Андрей 4 модуль. Міністерство освіти та науки України Національна металургійна академія України
 Скачать 383.91 Kb.
|
|
Міністерство освіти та науки України Національна металургійна академія України Кафедра екології, теплотехніки та охорони праці Індивідуальне заняття по модулю 4 По дисципліні «Загальна екологія та неоекологія » Варіант №7 Виконав: студент гр. ЕО01-17 Марина Андрій Іванович Перевірив: старший викладач Мєшкова Анжела Геннадіївна Дніпро 2017 СОДЕРЖАНИЕ 1 Демографические таблицы, учитывающие интенсивность размножения. 1 1.1 Определение коэффициента воспроизводства 10 1.2 Время генерации и способы его оценки 12 ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК ….………………………………………………16
К статическим показателям популяций относятся их численность, плотность и показатели структуры. Численность ̶ это поголовье животных или количество растений, например, деревьев, в пределах некоторой пространственной единицы ̶ ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т.д. Плотность ̶ число особей, приходящихся на единицу площади, например, плотность населения ̶ количество человек, приходящееся на один квадратный километр, или для гидробионтов ̶ это количество особей на единицу объема, на литр или кубометр. Показатели структуры: половой ̶ соотношение полов, размерный ̶ соотношение количества особей разных размеров, возрастной ̶ соотношение количества особей различного возраста в популяции. Численность тех или иных животных определяется различными методами. Например, подсчетом с самолета или вертолета при облетах территории. Численность гидробионтов определяют путем отлавливания их сетями (рыбы), для микроскопических (фитопланктон, зоопланктон) применяют специальные мерные емкости. Численность человеческой популяции определяется путем переписи населения всего государства, его административных подразделений и т.п. Знание численности и структуры населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой и т.п.) имеет большое экономическое и экологическое значение. Плотность популяции определяется без учета неравномерности распределения особей на площади или в объеме, т.е. получаем среднюю плотность животных, деревьев, людского населения на единицу площади или микроскопических водорослей в единице объема. Каждое животное соблюдает баланс энергии, затрачиваемой на охрану территории, добывание пищи и получаемой от съедания пищи. При уменьшении корма животные расширяют свою территорию (а человек, например, «поднимает целину»). Такое поведение животных называют территориальным поведением. Чем крупнее животное, тем большая ему нужна площадь на добычу пищи, поэтому, чем больше размеры тела особи, тем меньше плотность популяции. Территориальные границы могут быть весьма подвижны. Достаточно надежно определяются границы у немигрирующих животных (грызуны, моллюски), которые создают так называемые локальные популяции. У подвижных - границы трудно определить, например, у лося, а тем более у птиц, которые легко мигрируют и расселяются на больших территориях. Ограничивают возможность расселения как биотические, так и абиотические факторы. Из биотических факторов среды такими являются, прежде всего, пресс хищников и конкурентов, нехватка пищевых ресурсов, а из абиотических ̶ толерантность к факторам среды. Пресс хищников особенно силен, когда в коэволюции «хищник- жертва» равновесие смещается в сторону хищника и ареал жертвы сужается. Конкурентная борьба тесно связана с нехваткой пищевых ресурсов, она может быть и прямой борьбой, например, хищников за пространство как ресурс, но чаще всего это просто вытеснение вида, которому на данной территории пищи не хватает, видом, которому этого, же количества пищи вполне достаточно. Это уже межвидовая конкуренция. Важнейшим условием существования популяции или ее экотипа является их толерантность к факторам (условиям) среды. Толерантность у разных особей и к разным частям спектра разная, поэтому толерантность популяции значительно шире, чем у отдельных особей, что представлено на рисунке 1.1. Но из этого правила могут быть исключения, зависящие от того, какую стадию жизненного цикла проходит особь: толерантность наибольшая у покоящейся особи. Показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал) времени. Основными динамическими показателями (характеристиками) популяций являются рождаемость, смертность и скорость роста популяций. Явления иммиграции и эмиграции на численность влияют несущественно, поэтому при расчетах ими можно пренебречь. Рождаемость, или скорость рождаемости, выражают отношением
где ΔNn ̶ число особей (яиц, семян и т.п.), родившихся (отложенных, продуцированных и т.д.) за некоторый промежуток времени ̶ Δt. Но для сравнения рождаемости в различных популяциях пользуются величиной удельной рождаемости: отношением скорости рождаемости к исходной численности (N):
За бесконечно малый промежуток времени (Δt →0) мы получим мгновенную удельную рождаемость, которую обозначают латинской буквой «b». Эта величина имеет размерность «единица времени ̶ 1» и зависит от интенсивности размножения особей: для бактерий ̶ час, для фитопланктона ̶ сутки, для насекомых ̶ неделя или месяц, для крупных млекопитающих ̶ год. Смертность ̶ величина, обратная рождаемости, но измеряется в тех же величинах и вычисляется по аналогичной формуле. Если принять, что ΔNm ̶ число погибших особей (независимо от причины) за время Δ t, то удельная смертность  (1.3)а при Δt →0 имеем мгновенную удельную смертность, которую обозначают буквой «d». Величины рождаемости и смертности по определению могут иметь только положительное значение, либо равное нулю. Скорость изменения численности популяции, т.е. ее чистое увеличение и уменьшение, можно представить и как изменение ΔN за Δt, а при Δ t →0 можно ее определить как мгновенную скорость изменения численности (r), которая может быть рассчитана как: r = b - d. (1.4) Анализ уравнения показывает, что если b = d, то r = 0 и популяция находится в стационарном состоянии, если же b¹ d, то r может быть величиной положительной (b > d), и мы имеем численный рост популяции, или отрицательной (b < d), что говорит о снижении численности на данном отрезке времени. Эта формула важна как раз для определения смертности, которую трудно измерить непосредственно, а определить r достаточно просто непосредственными наблюдениями, тогда d = b - r. Статистическая демографическая таблица женского населения Канады представлена в таблице 1.1. Таблица 1.1 ̶ Статистическая демографическая таблица женского населения Канады на 1980 год  Такие таблицы представляют собой как бы временной срез через популяцию. Если в популяции не происходит существенных изменений в смертности и рождаемости, то статические и динамические таблицы совпадают. Данные таблиц выживания позволяют построить кривые выживания, или их еще называют кривыми дожития, так как отражают зависимость количества доживших до определенного возраста особей от продолжительности этого интервала с самого момента от рождения организмов. Выделяют три типа основных кривых выживания, которые приведены на рисунке 1.2.  Рисунок 1.2 ̶ Основные типы кривых выживания Кривая I типа, когда на протяжении всей жизни смертность ничтожно мала, резко возрастая в конце нее, характерна для насекомых, которые обычно гибнут после кладки яиц (ее и называют «кривой дрозофилы»), к ней приближаются кривые выживания человека в развитых странах, а также некоторых крупных млекопитающих. Кривая III типа ̶ это случаи массовой гибели особей в начальный период жизни. Гидробионты и некоторые другие организмы, не заботящиеся о потомстве, выживают за счет огромного числа личинок, икринок, семян и т.п. Моллюски, прежде чем закрепиться на дне, проходят личиночную стадию в планктоне, где личинки гибнут в огромных количествах, поэтому кривую III называют еще «кривой устрицы». Кривая II типа (диагональная) характерна для видов, у которых смертность остается примерно постоянной в течение всей жизни. Такое распределение смертности не столь уж редкое явление среди организмов. Встречаются они среди рыб, пресмыкающихся, птиц, многолетних травянистых растений.  а-арифметическая шкала; б-логарифмическая шкала Рисунок 1.3 ̶ Экспоненциальный рост гипотетической популяции одноклеточного организма, делящегося каждые 4 часа На современном математическом языке эта кривая (рис. 1.3) отражает экспоненциальный рост численности организмов и описывается уравнением:
где Nt ̶ численность популяции в момент времени t; No ̶ численность популяции в начальный момент времени t0 ; e ̶ основание натурального логарифма (2,7182); r ̶ показатель, характеризующий темп размножения особей в данной популяции. 1.1 Определение коэффициента воспроизводства Экспоненциальный рост возможен только тогда, когда r имеет постоянное численное значение, так как скорость роста популяции пропорциональна самой численности:
Если численность отложить в логарифмическом масштабе, то кривая приобретает вид прямой линии (рис. 1.3, б). Таким образом, экспоненциальный рост численности популяции ̶ это рост численности ее особей вне изменяющихся условиях. Условия, сохраняющиеся длительное время постоянными, невозможны в природе. Если бы это было не так, то, например, обычные бактерии могли бы дать такую массу органического вещества, которая могла бы покрыть весь земной шар слоем толщиной в два метра за два часа. Однако такого в природе не происходит, так как существует множество ограничивающих факторов. Но есть примеры, когда при замедлении роста, т.е. при снижении r, экспоненциальный рост сохраняется, может он возникать и на коротких отрезках жизни популяций. Чтобы иметь полную картину динамики численности популяции, а также рассчитать скорость ее роста, необходимо знать величину так называемой чистой скорости воспроизводства (Rо), которая показывает, во сколько раз увеличивается численность популяции за одно поколение, за время его жизни ̶ T,
где Nт ̶ численность нового поколения; No ̶ численность особей предшествующего поколения; Ro ̶ чистая скорость воспроизводства, показывающая также, сколько вновь родившихся особей приходится на одну особь поколения родителей. Если Ro = 1, то популяция стационарная, ̶ численность ее сохраняется постоянной. Скорость роста популяции обратно пропорциональна длительности поколения
отсюда ясно, что чем раньше происходит размножение организмов, тем больше скорость роста популяции. Это в равной степени относится и к популяции человека, отсюда ̶ важность значения этой закономерности в демографической политике любого государства. Воздействие экологических факторов на скорость роста популяции может довести численность популяции до стабильной (r = 0), либо ее уменьшить  Рисунок 1.4 ̶ Преобразование J-образной кривой роста численности в S-образную кривую при ограничивающем воздействии лимитирующих факторов (по Т. Миллеру, 1993)  Рисунок 1.5 ̶ Изменение численности рыси-зайца ̶классический пример цикличности колебаний популяции 1.2 Время генерации и способы его оценки Для существования сообщества важна не только величина численности организмов, но еще важнее видовое разнообразие, которое является основой биологического разнообразия в живой природе. Согласно конвенции о биологическом разнообразии Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992) под био разнообразием понимается разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие экосистем. Разнообразие в рамках вида является основой стабильности в развитии популяций, разнообразие между видами и, следовательно, популяциями ̶ основа существования биоценоза, как основной части экосистемы. Видовая структура биоценоза характеризуется видовым разнообразием и количественным соотношением видов, зависящих от ряда факторов. Главными лимитирующими факторами являются температура, влажность и недостаток пищевых ресурсов. Поэтому биоценозы (сообщества) экосистем высоких широт, пустынь и высокогорий наиболее бедны видами. Здесь могут выжить организмы, жизненные формы которых приспособлены к таким условиям. Богатые видами биоценозы ̶ тропические леса, с разнообразным животным миром и где трудно найти даже два рядом стоящих дерева одного вида. Обычно бедными видами природные биоценозы считаются, если они содержат десятки и сотни видов растений и животных, богатые ̶ это несколько тысяч или десятки тысяч видов. Богатство видового состава биоценозов определяется либо относительным, либо абсолютным числом видов и зависит от возраста сообщества: молодые, только начинающие развиваться ̶ бедны видами по сравнению со зрелыми или климаксными сообществами. Видовое разнообразие ̶ это число видов в данном сообществе или регионе, т.е. имеет более конкретное содержание и является одной из важнейших как качественных, так и количественных характеристик устойчивости экосистемы. Оно взаимосвязано с разнообразием условий среды обитания. Чем больше организмов найдут в данном биотопе подходящих для себя условий по экологическим требованиям, тем больше видов в нем поселится. Видовое разнообразие в данном местообитании называют a-разнообразием, а сумму всех видов, обитающих во всех место обитаниях в пределах данного региона, ̶ b-разнообразием. Показателями для количественной оценки видового разнообразия, индексами разнообразия, обычно служит соотношение между числом видов и значениями их численности, биомассы, продуктивности и т.п., или отношение числа видов к единице площади. Важным показателем является количественное соотношение числа видов между собой. Одно дело, когда среди ста особей содержится пять видов в соотношении 96 : 1 : 1 : 1: 1, и другое, если они соотносятся как 20 : 20 : 20 : 20 : 20. Последнее соотношение явно предпочтительнее, так как первая группировка значительно однообразнее. Наиболее благоприятные условия для существования множества видов характерны для переходных зон между сообществами, которые называют экотонами, а тенденцию к увеличению здесь видового разнообразия называют краевым эффектом. Экотон богат видами, прежде всего потому, что они попадают сюда из всех приграничных сообществ, но кроме того, он может содержать и свои характерные виды, которых нет в этих сообществах. Ярким примером этого является лесная «опушка», на которой пышнее и богаче растительность, гнездится значительно больше птиц, больше насекомых и т.п., чем в глубине леса. Виды, которые преобладают по численности, называют доминантными, или просто - доминантами данного сообщества. Но и среди них есть такие, без которых другие виды существовать не могут. Их называют эдификаторами (с лат. - строители). Они определяют микросреду (микроклимат) всего сообщества и их удаление грозит полным разрушением биоценоза. Как правило, эдификаторами выступают растения ̶ ель, сосна, кедр, ковыль и лишь изредка ̶ животные (сурки). «Второстепенные » виды ̶ малочисленные и даже редкие ̶ тоже очень важны в сообществе. Их преобладание ̶ это гарантия устойчивого развития сообществ. В наиболее богатых биоценозах практически все виды малочисленны, но чем беднее видовой состав, тем больше видов доминантов. При определенных условиях могут быть «вспышки» численности отдельных доминантов. Для оценки разнообразия используют и другие показатели, которые значительно дополняют вышеуказанные. Обилие вида ̶ число особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого ими пространства. Степень доминирования ̶ отношение (обычно в процентах) числа особей данного вида к общему числу всех особей рассматриваемой группировки. Однако оценка биоразнообразия биоценоза в целом по численности видов будет неправильной, если мы не учтем размеры организмов. Ведь в биоценоз входят и бактерии, и макро организмы. Поэтому необходимо организмы объединять в группировки, близкие по размерам. Здесь можно подходить и с точки зрения систематики (птицы, насекомые, сложноцветные и т.п.), экологом морфологической (деревья, травы, мхи и т.п.), либо вообще по размерам (микрофауна, мезо фауна и макрофауна почв или илов и т.п.). Кроме того, следует иметь в виду, что внутри биоценоза существуют еще и особые структурные объединения ̶ консорции. Консорция ̶ группа разнородных организмов, поселяющихся на теле или в теле особи какого-либо определенного вида ̶ центрального члена консорции, способного создавать вокруг себя определенную микросреду. Другие члены консорции могут создавать более мелкие консорции и т.д., т.е. можно выделить консорции первого, второго, третьего и т.д. порядка. Отсюда ясно, что биоценоз ̶ это система связанных между собой консорций. ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
|
