Population Ecology

ประชากร (Population)

ประชากรคืออะไร

• มะพร้าวในสวนของนาย ข มีอยู่ 250 ต้น • ประชากรป่าไม้ที่ภาคเหนือเมื่อปีที่แล้ว มีจ านวนลดลง • ในปี 2527 มีนักเรียนชายในจังหวัด ก 25,000 คน • ประชากรคนกรุงเทพฯ เมื่อปี พ.ศ. 2545 มีจ านวน 8

ล้านคน • ในเดือนมกราคมปีที่แล้ว ในบ้านของนางสาว ข มี

แมลงสาบและหนูอย่างละ 20 ตัว

ลักษณะเฉพาะของประชากร

1. ขนาดของประชากร (Population size) 2. ความหนาแน่นของประชากร (Population density) 3. การกระจายของประชากร (Dispersion) 4. โครงสร้างอายุประชากร (Age structure) 5. อัตราส่วนระหว่างเพศ (Sex ratio) 6. อัตราการเกิด (Birth ratio) 7. อัตราการตาย (Death ratio) 8. กราฟของการอยู่รอด (Survivorship curve)

A B

1. ขนาดของประชากร (Population size)

ตัวอย่างเช่น

• ต้นมะม่วง 30 ต้นต่อไร ่

• กุ้ง 5 ตัวต่อ น้ าทะเล 1ลูกบาศก์เมตร

• หมีขั้วโลก 5 ตัวต่อตารางกิโลเมตร

Density :

ความหนาแน่น คือการศึกษาขนาดของประชากรต่อหน่วยพื้นที่ หรือปริมาตร

2. Population density

• การนับโดยตรง (direct count) นิยมนับในสัตว์ใหญ่ จากการถ่ายภาพ นับจ านวนพืช ใช้ได้ดีกับสิ่งมีชีวิตที่มีการเคลื่อนที่ไม่มากนัก

• การสุ่มตัวอย่าง (quadrat sampling and transect sampling) ใช้ได้ดีกับสิ่งมีชีวิตที่ค่อนข้างอยู่กับที่หรือพืช

วิธีการประเมินค่าความหนาแน่นของประชากร :

วิธีการประเมินค่าความหนาแน่นของประชากร :

• การท าเครื่องหมายและจับกลับคืน (mark and recapture techniques) นิยมกับสัตว์ที่มีการเคลื่อนที่ไปมามาก รวมทั้งสัตว์ที่จับนั้นจะต้องเข้าไปสู่กลุ่ม และโอกาสที่จะถูกจับจะต้องเท่าๆกับสัตว์ที่ไม่ได้ท าเครื่องหมาย

T1 = (T2/M2) M1

เม่ือ

T1 = ประชากร (จ านวนสัตว์) ท่ีต้องการทราบ (อาจใช้ P แทน T1 ก็ได)้

T2 = จ านวนสัตว์ทั้งหมดที่จับได้ครั้งที่สอง

M1 = จ านวนสัตว์ที่ถูกท าเครื่องหมายในครั้งแรก

M2 = จ านวนสัตว์ที่มีเครื่องหมายในการจับครั้งที่ 2

3. รูปแบบการกระจายในประชากร (population dispersion)

3. รูปแบบการกระจายตัวของประชากร

1. การรวมกลุ่ม (Clumped) - พบมากที่สุด - สิ่งแวดล้อมไม่สม่ าเสมอ

2. สม่ าเสมอ (Uniform) - พบไม่บ่อย - การแก่งแย่งรุนแรง

3. อิสระ (Random) - ค่อนข้างหายาก - สิ่งแวดล้อมสม่ าเสมอ - การต่อสู้ไม่รุนแรง

A B C

มักไม่ค่อยพบในสภาพธรรมชาติปกติ

- ตัวอย่าง พืชในกลุ่ม dipterocarp มีการกระจายเมล็ดที่กระจายออกไปอย่างอิสระด้วยแรงลม หรือแมงมุมบางชนิดมีการกระจายตัวของตัวอ่อนโดยอาศัยลม

รูปแบบการกระจายตัวของประชากร

พบมากในประชากรของสัตว์ชนิดต่างๆ โดยจะอยู่อย่างอิสระภายในกลุ่ม เพื่อประโยชน์ในการด ารงชีวิต เช่น หาอาหาร สืบพันธุ์ หรือป้องกันตัว

- ตัวอย่าง ด้วงขี้ควายในกองมูลช้าง กิ้งกือใต้ขอนไม้ผุ

A B C

รูปแบบการกระจายตัวของประชากร

พบมากในบริเวณที่มีการแก่งแย่งทรพัยากรกันสูงมากๆ

- ตัวอย่าง เพรียงหินบนก้อนหิน นกทะเลท ารังตามหน้าผาสูง หรือพืชในทะเลทรายสร้างสารเคมีออกมายับยั้งพชืต้นอื่นโดยออกมาตามราก

- จุดประสงค์เพื่อให้สิ่งมีชีวิตมีโอกาสอยู่รอดเท่าเทยีมกัน

A B C

รูปแบบการกระจายตัวของประชากร

• อัตราส่วนเพศและโครงสร้างอายุ

- อัตราส่วนเพศของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆมักจะแตกต่างกันออกไป อาจจะขึ้นกับพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตนั้นเองหรืออาจจะขึ้นกับสภาพแวดล้อมก็ได้

Sex ratio and Age structure :

Mammals ทั่วไปในระยะแรกฟักตัวมักมีอัตราการเกิดเพศผู้ต่อเพศเมียประมาณ 1:1 แต่เมื่อถึงวัยที่สัตว์สามารถผสมพันธุ์ได้ อัตราส่วนเพศจะผันแปรไปจากค่าเม่ือแรกเกิดมากขึ้น เช่น

- ลิง ส่วนใหญ่จะมีเพศเมียมากกว่าเพศผู้ 2:1

Aves - เป็ดหางแหลม มีเพศผู้มากกว่าเพศเมีย 5:1

Invertebrates แล้วแต่ชนิดของสัตว์

- หมึกกระดอง จะมีเพศเมียมากกว่าเพศผู้ 1.3 : 1

Sex ratio :

• ภายในประชากรหนึ่งๆจะประกอบด้วยสมาชิกท่ีมีอายุแตกต่างกันจ าแนกได้เป็น 3 ระยะคือ

1. ระยะก่อนสืบพันธุ์ (Pre-reproductive stage) 2. ระยะสืบพันธุ์ (Reproductive stage) 3. ระยะหลังสืบพันธุ์ (Post-reproductive stage)

Age structure :

Age-structure pyramids

% increase: 2.1% 0.6% 0.0%

• ถ้าแบ่งประชากรตามตามชั้นอายุ (age class) สามารถเขียน พีระมิดอายุ (age pyramid) ได้เป็น 3 รูปแบบด้วยกันคือ

1. มีระยะก่อนสืบพันธุ์มาก มีแนวโน้มเพิ่มจ านวนสมาชิกในอนาคต

2. ทั้งสามระยะเป็นสัดส่วนกัน ประชากรมีแนวโน้มที่สมดุล จ านวนประชากรค่อนข้างคงที่

3. มีระยะหลังสืบพันธุ์มากกว่าระยะก่อนสืบพันธุ์ มีแนวโน้มที่จะลดจ านวนสมาชิกในอนาคต

รูปแบบการเจริญเติบโตของประชากร

1. Exponential growth เป็นการเจริญเติบโตของประชากรไม่มกีารควบคุมโดยปัจจัยจ ากัด เส้นกราฟการเจริญเติบโตจะเป็นรูปตัวเจ (J-shape) มีการเจริญเติบโตแบบทวีคูณ

แบ่งได้ 3 ลักษณะด้วยกันคือ

Logistic or sigmoid growth

2. Logistic or sigmoid growth เป็นการเจริญเติบโตของประชากรเป็นรูปตัวเอส (S-shape) โดยมีปัจจัยจ ากัดช่วยควบคุมจ านวนประชากรสูงสดุให้อยู่ในระดับคงที่ และจ านวนประชากรจะอยู่ในระดับนี้เป็นเวลานาน

Logistic or sigmoid growth

• ในทุกๆประชากรจะมีปัจจัยจ ากัดที่ท าให้ประชากรไม่สามารถเพิ่มจ านวนแบบ exponential growth ได ้

• ระดับสมดุล คือ ระดับที่มีอัตราการเจริญเติบโตเท่ากับศูนย์หรือใกล้เคียงศูนย์

- ค่า K ของประชากรสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันสามารถแตกต่างกันได้ตามสภาพแวดล้อมและถิ่นอาศัย

ความสามารถในการรองรับประชากร (carrying capacity หรือ K) คือ จ านวนที่มากที่สุดของประชากรสิ่งมีชีวิต ที่สิ่งแวดล้อมขณะนั้นสามารถรองรับได้

Gajaseni, 2001 23

กราฟที่ 40

Environmental resistance

3. Irregular growth เป็นการเจริญเติบโตไปในทิศทางเดียวกับ logistic growth แต่จะมีการโตแบบขั้นบันได อาจจะเป็นเพราะว่าสภาพแวดล้อมมีการเปลี่ยนกลบัไปมาอย่างรุนแรง

ปัจจัยหลัก คือ ปัจจัยที่คอยควบคุมขนาดของประชากรไม่ให้มีมากเกินไป สามารถแบ่งปัจจัยหลักที่เก่ียวข้องกับความหนาแนน่ของประชากรได้ 2 ลักษณะคือ 1. ปัจจัยที่ไม่ขึ้นกับความหนาแน่นของประชากร (density independent factor) 2. ปัจจัยที่ขึ้นกับความหนาแน่นของประชากร (density dependent factor)

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อขนาดประชากร (Population Limiting factor)

คือ ปัจจัยที่ท าให้จ านวนประชากรลดลงในอัตราคงที่ ไม่เกี่ยวกับขนาดของ

ประชากร และมีผลต่อประชากรเท่าเทียมกัน

- ภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลัน

- ภัยธรรมชาตติ่าง ๆ

- สารฆ่าแมลง

ปัจจัยที่ไม่ขึ้นกับความหนาแน่นของประชากร (density independent factor)

คือ ปัจจัยที่ท าให้จ านวนประชากรลดลงในอัตราส่วนที่เพิม่ขึ้น เมื่อความหนาแน่นของประชากรเพิม่ขึ้น

- การแก่งแย่งอาหารและน้ า

- ผู้ล่า ตัวห้ า ตัวเบียน

- โรคระบาด

- ขนาดของที่อยู่อาศัย

ปัจจัยที่ขึ้นกับความหนาแน่นของประชากร (density dependent factor)

Predation Food shortage in winter

Prey availability

Population limiting – Boom-and-bust cycles จากกราฟ ท าไมจึงเป็นเช่นนี้ ?

Population limiting – Boom-and-bust cycles

Predation Food shortage in winter

Prey availability

Population cycle

Lemming

Lemming

• กราฟการอยู่รอด คือ กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการอยู่รอดของสมาชิกในช่วงอายุต่างๆกับเปอร์เซ็นต์ของผู้รอดชีวิตในช่วงอายุนั้น ๆ

Survivorship curve:

Survivorship curve:

I II or III? ช้าง ไฮดร้า ต้นสน ไส้เดือนดิน ปลา กิ้งก่า วาฬ กุ้ง พืชล้มลุก แมลง กวาง เต่า

Type I : อายุน้อยอัตราการตายต่ า และสูงมากขึ้นเมื่ออายุมาก

Type II : อัตราการอยู่รอดคงที่ตลอดอายุขัย

Type III : ตอนต้นมีอัตราการตายสูงมาก

I II or III? ช้าง ไฮดรา ต้นสน ไส้เดือนดิน ปลา กิ้งก่า วาฬ กุ้ง พืชล้มลุก แมลง กวาง เต่าทะเล

Survivorship curve:

Survivorship curve:

K-selection VS R-selection

K-selected sp. VS R-selected sp.

ลักษณะเปรียบเทียบ R-selected sp. K-selected sp.

สภาพแวดล้อมที่อยู่อาศัย แปรผันสูง แปรผันต่ า

การเติบโตเป็นตัวเต็มวัย เวลาสั้น เวลานาน

อายุขัย สั้น ยาว

อัตราการตาย มักจะสูง ปกติต่ า

จ านวนลูกที่ออกในแต่ละครั้ง มาก น้อย

จ านวนลูกที่ออกตลอดชีวิต ปกติ 1 ครั้ง มักจะมีหลายครั้ง

เวลาที่เริ่มมีลูกครั้งแรก เร็ว ช้า

ขนาดของลูกหรือไข่ เล็ก ใหญ่

การเลี้ยงดูจากพ่อแม ่ ไม่ม ี มีมาก

K-selected sp. VS R-selected sp.