Привет студент

 

Методические указания для выполнения биотического мониторинга

 

 

«ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПРИРОДНЫХ СООБЩЕСТВ: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА КРИВОЙ РОСТА, ПЛОТНОСТИ ПОПУЛЯЦИИ»

 

 

 

 

 

Содержание

1. Пояснительная записка…………………………………………………….3
2. Терминологический словарь………………………...…………………..4-5
3. Общие положения……………………………………………………...5-11
4. Определение размеров популяции…………………………….……..11-14
5. Форма отчета………………………………………………..….…………14
6. Вопросы для самоконтроля …………………………………...…………14
7. Приложение ………………………………………………………………15

 

 

1. Пояснительная записка

Методические рекомендации разработаны в соответствии с ГОС ВПО «Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы» по дисциплинам специальности 280201.65 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» и базируется на знаниях правило, живые макросистемы, природно-техногенные комплексы, включающие наряду с организмами и неживые объекты, в качестве задач формирования экологического знания выступает объяснение явлений, процессов и свойств объектов природы.

Истоками экологического знания является естественнонаучное познание. По общему убеждению, любой процесс познания состоит из трех этапов: поиск причинно-следственных связей; организация эксперимента и опыта; анализ и обобщение результатов, благодаря чему устанавливаются границы истинности полученных экспериментальных результатов или границы применимости законов, теорий отдельных научных утверждений.

Истинный естествоиспытатель не должен ограничиваться теоретическими утверждениями или выдвинутыми гипотезами для объяснения наблюдаемых явлений или свойств. Он должен подтвердить их экспериментом, опытом и связать их с «действительным ходом вещей». Умения и навыки по организации регулярных, выполняемых по заданной программе наблюдений природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяют определить их состояние и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности. Все это является целью экологических исследований.

Направления исследования окружающей природной среды и природно-техногенных систем делятся на: геофизические; геохимические; биологические; физико-географические, общей экологии, прикладной экологии, химии, биологии, физики, географии и др.

Цель: сформирование у студентов навыки  комплексного подхода при организации экологического мониторинга.

Задачи:

- овладеть навыками организации и проведения практических занятий по биотическому мониторингу,

- продолжить процесс формирования у студентов экологического сознания, основанного на бережном, рациональном подходе к изучению природных явлений и природно-техногенных комплексов,

- научиться проводить математический расчет таких параметров устойчивости у растительных и животных популяций как кривая роста и плотность.

Предметом является специфические аспекты методов лабораторных и практических работ.

 

2. Терминологический словарь

Сообщество - группа растительных или животных организмов, временно или постоянно ведущих совместную жизнь. Простейший вид сообщества животных - стадо, стая.

Обилие вида – это число особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого пространства.

Экологическая стратегия – приспособление особей (адаптация), направленная на повышение вероятности выживания и оставление потомства; приспособление особей к длительному выживанию

Резистентность – способность организма сопротивляться неблагоприятным изменениям окружающей среды.

Рождаемость – количество потомков (в частях или процентах от общего размера популяции или сообщества), производимых одной женской особью за год.

Биотический (репродуктивный) потенциал – разность между относительной рождаемостью и смертностью.

Дорепродуктивная смертность – процент особей, погибших до достижения половой зрелости.

Выживаемость – процент особей, выживших до достижения половой зрелости.

Емкость среды – пределы ресурсов, за счет которых существует вид, популяция, особь (ресурсы – пищевые предпочтения, убежища, места миграции, размножения).

Плотность популяции - число особей (животных, растений, микроорганизмов) в расчёте на единицу объёма (воды, воздуха или почвы) или поверхности (почвы или дна водоёма).

Динамика популяции - изменение численности организмов.

r – виды (“оппортунисты”, ”пионеры”). Эти виды не чувствительны к плотности популяции, т.е. с i-образной кривой численности.

К – виды. Эти виды популяции с относительно низким значением r, зависящим от плотности популяции, т.е. с S-образной кривой роста, со свойственной тенденцией к равновесию.

Ключевые факторы – условия, влияющие на смертность, сдвиги в популяции, связанные с плотностью.

Виды динамики популяции: стабильная (изменение численности по отношению к нулевой в несколько раз); изменчивая (если скачки по отношению к нулевому значению численности происходят в десятки раз); взрывная (если скачки по отношению к нулевому значению численности отличаются от нулевого в сотни или тысячи раз).

Плотность вида – это число организмов определенного данного вида на данной площади, например на 10 м².

Частота вида – это вероятность обнаружения определенного вида в пределах, любым случайным образом, брошенного квадрата в данном районе.

Проективное покрытие вида показывает, какая часть почвы занята особями данного вида, и дает оценку площади, покрытой этим видом в процентах от общей площади.

Экологическая ниша – комплекс факторов, которые требуются для существования вида, включая его связи с другими видами в сообществе. Среда обитания + условия жизни (конкретного организма) = экологическая ниша.

 

3. Общие положения

При проведении любых количественных экологических исследований важно с большой степенью точности дать оценку численности организмов, населяющих определенную площадь на суше или объем воды или воздуха. Как правило, это равнозначно оценке величины популяции. Выбор метода зависит от размеров и образа жизни организма и площади исследуемой территории. На небольшом участке можно непосредственно подсчитать число или оценить проективное покрытие или обилие растений и прикрепленных или медленно передви­гающихся животных. На больших же открытых пространствах для оценки численности быстро передвигающихся животных необходимы косвенные методы учета. В местообитаниях, в которых наблюдение за организмами затруднено вследствие особенностей их поведения и образа жизни, приходится оценивать численность организмов, используя либо метод изъятия, либо метод мечения и повторного отлова. Существуют объективные и субъективные методы оценки численности популяции.

 

   Объективные методы

 

   Квадраты, прямое наблюдение и фотографирование относятся к методам прямого учета, тогда как метод изъятия и повторного отлова организмов составляют косвенные методы учета.

 

1. Квадрат. Если установлено число организмов в пределах некоторого числа квадратов, занимающих известную часть общей площади, то простым умножением можно подсчитать численность орга­низмов на всей территории. Используя этот метод, можно определить следующие три параметра распределения видов.

1) Плотность вида. Плотность вида - это число организмов определенного данного вида на данной площади, например на 10 м². При определении плотности подсчитывают число организмов в брошенных случайным образом квадратах. Метод имеет ряд преимуществ, а именно: он точен, позволяет сравнивать различные участки и виды и установить точное значение обилия. Недостатки метода состоят в том, что он требует значительных затрат времени и при пользовании им необходимо четко определить категорию «особь». Например, считать за одно растение всю дернину или каждый побег?

   2) Частота вида. Это вероятность обнаружения определенного вида в пределах любого случайным образом брошенного квадрата в данном районе. Например, если вид встречается в одном из каждых десяти квадратов, то его встречаемость равна 10%. Чтобы получить эту величину, отмечают наличие или отсутствие вида в каждом квадрате, брошенном случайным образом. (Число присутствующих осо­бей не имеет значения.) При использовании этого метода необходимо оговорить размер квадрата, так как это будет влиять на результаты, и, кроме того, условиться о том, какую частоту учитывать: побеговую или корневую? (В случае «побеговой» частоты вид считается присутствующим, если его листья попадают на площадь квадрата, хотя сама особь находится вне его. При «корневой» встречаемости вид считается присутствующим, если его особи укореняются на площади, захваченной квадратом.)

  Преимущества этого метода в том, что он прост и не требует больших затрат времени. Его применяют в определенных крупномасштабных экосистемах, например в лесных массивах. Недостатки же состоят в том, что на полученное значение частоты влияют размеры растения и его пространственное размещение (например, случайное, равномерное или групповое).

3) Проективное покрытие вида показывает, какая часть почвы занята особями данного вида, и дает оценку площади, по крытой этим видом в процентах от общей площади. Его определяют в нескольких случайно выбранных точках путем регистрации покрывающего почву вида, каждый раз субъективно оценивая площадь квадрата, покрытую этим видом, или используя раму со стержнем.

 

Этот метод удобен при оценке проективного покрытия растений, особенно травянистых, когда посчитать число особей трудно и не столь важно, как опреде­лить проективное покрытие. Однако это достаточно трудоемкий и утомительный метод.

 

2.Прямое наблюдение. Прямой подсчет особей при­меним не только к сидячим или медленно передви­гающимся животным, но и ко многим крупным подвижным организмам. К таким, например, как олени, дикие пони и львы, лесные голуби и летучие мыши, в то время когда они покидают место ночлега.

3.Фотографирование. Прямым подсчетом особей на фотоснимках можно установить размеры популяций крупных млекопитающих и морских птиц, собираю­щихся на открытых пространствах.

 

4. Метод изъятия. Этот метод очень удобен для оценки численности мелких организмов, особенно насекомых, на определенном участке луга или в определенном объеме воды. Взмахами специальной сетки животных отлавливают, записывают число пойманных и не выпускают до конца исследования. Затем еще трижды повторяют отлов, при этом с каждым разом числа пойманных животных умень­шается. При построении графика отмечают число пойманных при каждом отлове животных против общего числа пойманных ранее животных. Продолжив линию графика к точке, в которой вновь пойманных животных не окажется можно оценить общий размер популяции, как это показано на рисунке

 

3.

Эта оценка размера популяции называется индексом Линкольна. Индекс выводится исходя из ряда приведенных ниже допущений.

1. Внутри популяции организмы размещены случайным образом. (Эта не всегда так, пос­кольку некоторые организмы живут колониями, стадами или стаями.)
2. Между первым и вторым отловом должно прой­ти достаточное количество времени, чтобы животные успели распределиться случайным образом. Чем менее подвижны особи вида, тем больше времени должно пройти между отло­вами.
3. Индекс применим только к популяциям, перемещение которых ограничено по географическим причинам.
4. Организмы равномерно размещены в пределах географического ареала популяции.
5. Изменения размеров популяции, вызываемые иммиграцией, переселением, рождением и смертью особей, незначительны.
6. Метки не должны мешать передвижению животных и делать их заметными для хищников.

При изучении растений и мелких животных, например усоногих раков, прямой подсчет числен­ности - очень трудоемкая процедура, поэтому ее в зависимости от необходимой степени точности можно заменить оценкой проективного покрытия или обилия на площади квадратной рамы. В начале работы, для того чтобы увеличить точность оценки, рекомендуется пользоваться рамой, поделенной на мелкие квадратики. Для определения проективного покрытия или обилия можно освоить различные методики, одни из которых целиком субъективны, другие частично или полностью объективны.

 

                                        Число выживших организмов

М(выживаемость) =   ————————————— * 100%

                                     Численность исходной популяции

 

Рост популяции и кривые роста

Если при незначительной эмиграции и иммиграции рождаемость превышает смертность, то популяция будет расти. Рост популяции является непрерывным процессом, если в ней существуют все возрастные группы. Скорость роста популяции при отсутствии каких-либо экологических ограничений описывает дифференциальное уравнение:

а – J-образная                            б – S-образная

Рисунок - 1. Типы кривых роста численности популяции (модели роста популяции): а – J-образная; б – S-образная; K – поддерживающая емкость среды

 

                                     dN/dτ = rN,                                                               (1)

где N – численность особей в популяции; τ – время; r – константа скорости естественного прироста.

 

J-образная модель роста популяции. Если r > 0, то со временем численность популяции становится больше. Рост происходит сначала медленно, а затем стремительно увеличивается по экспоненциальному закону, т. е. кривая роста популяции принимает J-образный вид (рис. 1, а).

S-образная модель роста популяции. Иное развитие получает ситуация при ограниченности пищевых ресурсов либо при скоплении токсичных продуктов (отходов) метаболизма. Первоначальный экспоненциальный рост в исходных благоприятных условиях со временем продолжаться не может и постепенно замедляется. Плотность популяции регулирует истощение пищевых ресурсов, накопление токсикантов и поэтому влияет на рост численности. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля, и кривая выходит на некоторый стабильный уровень (график образует плато). Кривая такого роста (рис. 1, б) имеет S-образную форму, и поэтому соответствующая модель развития событий называется S-образной. Она характерна, например, для дрожжей, фактором, ограничивающим их рост, является накопление спирта, а также для водорослей, самозатеняющих друг друга. В обоих случаях численность популяции не достигает уровня, на котором начинает сказываться нехватка элементов питания (биогенов).

На рост численности, в которой значительную (возможно, даже главную) роль играет пространство, также влияет перенаселенность.

5. Метод мечения и повторного отлова. Этот метод включает отлов        животного, его мечение таким образом, чтобы не причинить ему вреда и   выпускают на волю там, где его поймали, с тем, чтобы оно могло продолжить нормальную жизнедеятельность в популяции. Например, на жаберные крышки пой­манной сетями рыбы прикрепляют алюминиевые пластинки или на ноги пойманных сетями птиц надевают кольца. Мелких млекопитающих можно метить краской, надрезать ухо или остригать пальцы, членистоногих также метят краской. В любом из случаев можно применить такую форму кодирования, которая позволяет различить индиви­дуальные организмы. Пойманных животных под­считывают, метят репрезентативную выборку из них, затем всех животных выпускают в то же самое место. Через некоторое время животных снова отлавливают и подсчитывают в выборке число животных с меткой. Размер популяции оценивают, используя следующее словесное уравнение:

                                                           R=Х₁-Х₂/У                              (2)

Х₁ – число животных в первом улове;

Х₂ – число животных во втором улове;

У – число животных с меткой во втором улове.

   Субъективные методы

Эти методы включают в себя определенный способ оценки частоты, шкалу частоты или оценку обилия через покрытие. Например, в условной шкале, составленной Криспом и Саутвардом, для оценки обилия живущих на скалистых берегах блюдечек (Patella) используются следующие символы, часто­ты и проценты.

A - обильный > 50%

C - обычный 10-50%

F - часто встречающийся 1-10%

О - редкий < 1 %

R - единичный - за 30 минут поисков обнаружено лишь несколько особей

Соотношение процентов и словесных обозначений частоты условное, поэтому оно может меняться. Например, в отдельных случаях обильным может считаться вид с покрытием > 90%. Значения приве­денных выше пяти категорий можно использовать при представлении данных, например при построе­нии кайт-диаграмм. Главный недос­таток этого метода состоит в том, что он необъек­тивeн и при использовании его наблюдается тенден­ция к уменьшению величины покрытия для мелких невзрачных видов по сравнению с цветущими, бросающимися в глаза и растущими в куртинах видами.

 

4. Определение размеров популяции

 

Задание №1.

Чтобы оценить численность форели в маленьком озере, 625 форелей были пойманы, помечены и снова выпущены. Через неделю поймали 873 форели, из них у 129 были обнаружены метки. Определите примерные размеры популяции.

                                                           R=Х₁-Х₂/У                              

Х₁ – число животных в первом улове;

Х₂ – число животных во втором улове;

У – число животных с меткой во втором улове.

 

Задание №2.

Рыба нерка из семейства лососевых обитает в реках Канады и Западной Сибири. Осенью каждая самка откладывает 3200 икринок на гравий в мелких местах. Следующей весной из них выживает 640 мальков, 64 малька (серебрянки живут в озере год). Две взрослые рыбы возвращаются через 2,5 года для нереста. Нарисуйте кривую выживания. Какова дорепродуктивная смертность?

              

М_{0,5 г} = ——

 

М_{1 г} = ——

 

М_{2,5 г =} _______

 

N – дорепродуктивная смертность

N = 100% - М_2,5

Задание № 3.

Определите степень выживаемости популяции и уровень смертности в ней:

 

Мi = (число выживших / численность исходной популяции)*100%,

 

где i - число лет, прошедших после метания икры;

N -

 

Смертность вычисляется по формуле:

Сi = 100 % - Мi

 

Задание №4. Постройте график зависимости между выживаемостью и возрастом особей.

 

Задание № 5. Сделать вывод по результатам заданий.

5. Форма отчета о выполненной работе:

 

Отчет о выполненной работе оформляется в виде таблицы

Таблица 3 – Результаты расчетов по заданиям

Задание № 1	R =
Задание № 2	M1 = C1 =
	…
	Mi = Ci =

 

6. Контрольные вопросы:
7. Назвать объективные методы оценки размеров популяций.
8. Назвать субъективные методы оценки размеров популяций.
9. Что такое выживаемость?
10. Что такое дорепродуктивная смертность?

Скачать: ocenka.docx