Варианты индивидуальных заданий

Практическое занятие№ 3

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОПУЛЯЦИЙ.

МОДЕЛЬ ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНОГО РОСТА

Цель: изучить основные свойства популяций: структуру, динамику численности, биотический потенциал; ознакомиться с методами обработки и анализа результатов натурных наблюдений.

Основные понятия и количественные закономерности

При проведении любых количественных исследований важно с большой степенью точности дать оценку численности организмов.

Численность популяции – общее количество особей, составляющих данную популяцию в определённый момент времени. Минимальное количество особей, при котором популяция не исчезает по экологическим и генетическим причинам, определяет нижний предел выживания. В целом в современных условиях устойчивая популяция насчитывает несколько тысяч особей, хотя для различных видов нижний предел выживания разный.

Если позволяют условия местообитания и образ жизни организмов применяются методы прямого учёта. На первом этапеисследований, как правило, с помощью аэрофотосъёмки определяются границы и площадь ареала. Внутри ареала выделяют квадраты равной площади и на каждом из них подсчитывают число особей X_i по половым и возрастным категориям, т. е. делается выборка n.

Плотность популяции – это количество особей или биомассы на единицу площади либо объёма – определяется как среднее арифметическое из всех выборок n:

, (1.1)

где – плотность популяции; X_i – число особей в выборке; n – число выборок.

Общая численность организмов N в популяции определяется как произведение плотности популяции на площадь ареала:

 

, (1.2)

где N – численность популяции; S – площадь ареала.

Пространственное распределение популяции внутри ареала носит вероятностный характер и отражает реакции организмов на различные экологические факторы:доступность пищевых ресурсов и физические условия или на присутствие конкурентов и поэтомуявляется важной характеристикой популяции, необходимой для прогноза её численности. Выделяют три основных типа распределения организмов в пределах территории, занятой одной популяцией:

Равномерное распределение в природе чаще всего связано с острой конкуренцией между разными особями. Такой тип распределения отмечают у хищных животных и рыб с их территориальным инстинктом и сугубо индивидуальным характером.

Случайное (диффузное) распределение имеет место в однородной среде или среде, где интенсивность и направление действия различных экологических факторов изменяются не закономерно, а случайно. Так на первых порах расселяется тля на поле. По мере роста популяции распределение приобретает групповой характер.

Групповое (мозаичное) распределение встречается наиболее часто. Так, в сосновом лесу деревья вначале расселяются группами, а в дальнейшем их размещение становится равномерным. Групповое распределение обеспечивает более высокую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью. Внутри популяций животных группировки носят разные названия – прайды, гаремы, стаи, колонии и т. д.

Характер пространственного распределения оценивается по величине дисперсии, характеризующей отклонение значений относительно среднего значения:

, (1.3)

где – дисперсия.

Если дисперсия =0, распределение считают равномерным; при 0   – распределение случайное; если  –распределение групповое (скученное).

Плотность и численность популяции зависят от рождаемости и смертности особей.

Рождаемость –способность популяции к воспроизводству.Различают рождаемость абсолютную В – число новых особей за единицу времени и удельную b (от англ. birth «рождение») – коэффициент рождаемости – число новых (родившихся) особей на одну особь в единицу времени:

 

; ; (1.4)

где B_N – число актов рождений в популяции за весь период наблюдений Δ ; B – рождаемость в единицу времени; b – удельная рождаемость.

Смертностьопределяютколичеством особей, погибших за определённый период времени. Смертность подвержена более резким колебаниям, чем рождаемость и играет главную роль в регулировании численности популяций. Абсолютная смертность D – это число особей, погибших в единицу времени, удельная смертность d (от англ. death – гибель) – коэффициент смертности – отношение абсолютной смертности к численности популяции:

 

, (1.5)

 

где D_N – число актов гибели за весь период наблюдений ( ); D – смертность в единицу времени; d – удельная смертность.

Динамика численности напрямую связана с возрастной структурой популяции. По отношению к популяции выделяют три экологических возраста: дорепродуктивный, репродуктивный, и пострепродуктивный. В сокращающихся популяциях преобладают старые особи, которые уже не способны приносить потомство. Такая возрастная структура свидетельствует о неблагоприятных условиях. В быстро растущих популяциях преобладают интенсивно размножающиеся молодые особи. В стабильных популяциях это соотношение, как правило, 1:1. При благоприятных условиях в популяции имеются все возрастные группы и поддерживается сравнительно стабильный уровень численности, значитель­ную долю которой составляют молодые половозрелые особи. Возрастная структура популяции определяется на основании данных наблюдений по выборкамn:

 

, (1.6)

 

где N – общая численность данной возрастной группы; n_i – число особей этой возрастной группы в выборке.

Возрастная структура популяции, как правило, представляется в виде диаграмм, в которых площадь каждого прямоугольника соотносится с числом особей других возрастных групп в одном и том же масштабе.

Биотический потенциал популяций можно описать с помощью простых уравнений – модели Мальтуса. Построение этой модели основано на нескольких допущениях:

• не учитываются физиологические и биохимические процессы в популяции;

• рассматриваются только процессы рождения и естественной гибели, скорости которых пропорциональны численности особей в данный момент времени;

• рассматривается одна популяция без учета взаимодействия с другими популяциями.

Так, в популяции с исходной численностью N_о особей, за промежуток времени  появляется N новых особей. Если число вновь появившихся особей прямо пропорционально N_о и , то имеем уравнение:

 

или , (1.7)

 

где r – удельная скорость роста численности, проявление биотического потенциала популяции в данных конкретных условиях.

Удельная скорость роста численности (прирост популяции) рассчитывается как разница между удельной рождаемостью и удельной смертностью:

r = b – d, (1.8)

где b – удельная рождаемость; d – удельная смертность (4,5).

В дифференциальной форме уравнение роста: , а решением этого уравнения (интегральной формой) – является функция

 

, (1.9)

где е – основание натурального логарифма (2,71). В случае, когда рождаемость меньше смертности процесс изменения численности называется экспоненциальным затуханием.

Задание. Используя данные натурных наблюдений (табл. 2), опишите популяцию организмов по плану.

1. Определите среднюю численность популяции.

2. Выявите характер распределения популяции по основной территории.

3. Установите возрастную структуру популяции; постройте диаграмму.

4. Постройте графическую модель роста численности популяции.

5. Определите время Т_0,5, когда численность особей изменится в два раза по сравнению с первоначальной и сравните с расчётной величиной Т_0,5 = ln 2/r.

6. Сделайте вывод о степени благоприятности условий существо­ва­ния популяции и дайте прогноз её развития

Пример выполнения задания (используйте данные табл. 1).

Таблица 1

Исходные данные

Вид: японский журавль	Число особей Xi в выборках n, ед/км2										B, ед/год	D, ед/год	Площадь ареала, S, км2
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
птенцов	4	5	4	1	9	4	4	4	10	3	25	10	20
взрослых	6	2	6	3	6	6	8	10	6	2
пострепродукт. возраста	0	5	0	1	5	0	0	1	2	4

 

1. Для нахождения численности рассчитаем среднюю плотность популяции (1):

.

2. Рассчитаем численность популяции по (1.2):

 

.

 

3. Определим характер распределения популяции по основной территории. Для этого рассчитаем дисперсию по (1.3):

 

 

4. Сравним значения дисперсии и плотности популяции :

 

20,03  12,1,

 

следовательно, распределение по территории групповое (стаями).

5. Определим возрастную структуру популяции. Для этого рассчитаем численность птенцов N_p, взрослых N_r и особей пострепродуктивного возраста N_hr (6):

;

;

.

 

Построим диаграмму возрастной структуры популяции (рис. 5). В популяции преобладают молодые и взрослые особи, следовательно, структура равномерная.

 

Рис. 5. Возрастная структура популяции

 

6. Построим модель роста численности популяции, для этого рассчитаем удельную рождаемость в популяции по формуле (1.7):

 

;

удельную смертностьпо формуле (8):

 

;

 

определим биотический потенциал по формуле (1.9):

 

.

 

Используя уравнение роста биотического потенциала (1.10): , рассчитаем 10–12 значений , выбрав соответствующие временные интервалы, и составим таблицу для построения графика.

 

Таблица результатов расчета

, год	1	3	5	7	9	11	13	15
	2,5	2,9	3,3	3,8	4,3	4,9	5,5	6,3

 

Построим график c помощью ПК (рис. 6).

Вывод: положительный биотический потенциал и равномерная возрастная структура свидетельствуют об устойчивости популяции в данных условиях обитания. При отсутствии лимитирующих факторов и взаимодействия с другими популяциями численность этого вида живых организмов способна увеличиться за 17 лет от 242 до 7000 особей.

Рис. 6. Рост численности популяции

Дополнительное задание (представить в формате А4, оформленное в соответствии с требованиями):

а) рассчитайте и отобразите в виде графика рост численности кроличьей семьи в течение года, если известно, что крольчиха приносит в среднем 10 крольчат; среди 10 родившихся крольчат 4 самки. Репродуктивный возраст с четырех месяцев и размножение дважды в году [10].

б) дайте экологическую характеристику вида по плану:

 характеристика местообитания – географический ареал, ландшафт, преобладающая растительность, климатические условия;

 пищевые ресурсы, трофический статус;

 морфологические признаки адаптации к условиям существования – жизненная форма, размеры, окрас;

 физиологические способы адаптации к условиям существования – периодичность жизненных циклов, особенности репродуктивной стратегии, максимальный возраст;

 этологические способы адаптации – образ жизни, миграции, забота о потомстве;

 факторы, регулирующие численность в естественных условиях;

 значение вида в сообществах.

Таблица 2

Варианты индивидуальных заданий

Вари-ант	Вид организмов	Численность в выборках, ед./км2										В,ед./год	D,ед./год	S, км2
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	Воробей домашний птенцов взрослых пострепрод.	7 8 0	0 2 0	15 8 2	6 8 1	0 12 0	7 8 0	10 6 0	12 8 0	0 6 4	8 8 1	162,5	132	25
2	Воробей лесной птенцов взрослых пострепрод.	5 4 1	0 0 2	0 8 0	6 8 1	6 6 2	7 8 1	10 6 2	2 2 6	0 1 1	5 3 3	118,3	110	23,2
3	Сорока птенцов взрослых пострепрод.	4 2 1	0 2 1	2 4 0	3 2 1	6 6 2	1 8 0	1 9 0	4 2 3	1 1 0	6 2 2	126	108	45
4	Белка обыкновенная детёнышей взрослых пострепрод.	12 8 4	8 12 2	6 14 2	12 8 0	5 10 0	0 14 6	8 10 4	6 12 4	8 8 4	10 12 0	112,5	67	20
5	Ёж амурский детёнышей взрослых пострепрод.	2 10 3	4 8 0	3 8 2	4 10 1	6 6 3	2 10 0	4 8 2	4 8 2	6 6 3	0 12 0	75	58	20
6	Бурозубка детёнышей взрослых пострепрод.	8 2 0	6 4 0	6 4 2	8 2 0	8 4 2	3 2 0	6 3 1	7 4 1	6 4 2	8 2 2	250	120	35
7	Ёж ушастый детёнышей взрослых пострепрод.	4 2 2	6 2 0	3 5 0	6 2 0	4 2 2	6 2 5	8 6 2	5 3 2	6 4 0	4 2 0	124	66	21,8
8	Стриж птенцов взрослых пострепр.	20 25 5	15 15 0	16 11 3	14 3 3	16 25 5	14 7 2	14 5 5	12 12 8	25 10 5	25 20 2	280	82	14,2
9	Трясогузка горная детёнышей взрослых пострепрод.	8 4 0	8 3 0	10 4 2	2 2 0	4 6 0	0 8 0	4 2 0	6 2 0	0 6 0	0 6 2	85	12	25
10	Заяц-беляк детёнышей взрослых пострепрод.	0 2 4	0 6 0	2 4 2	4 2 2	0 6 2	0 3 2	4 2 1	0 2 2	4 2 2	3 6 2	70	76	20

 

Продолжение табл. 2

Вари-ант	Вид организмов	Численность в выборках, ед./км2										В,ед./год	D,ед./год	S, км2
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
11	Амурский тигр* (ед./тыс. км2) детенышей взрослых пострепрод.	2 1 0	0 0 0	0 1 0	0 0 0	1 1 0	0 0 0	0 0 1	0 1 0	0 1 0	1 1 0	6	7	45000
12	Дальневосточный леопард* (ед./тыс. км2) детёнышей взрослых пострепрод.	1 1 0	0 0 0	0 1 0	0 1 0	1 1 0	0 0 1	1 1 0	0 0 0	0 0 1	0 1 0	11	17	30000
13	Медведь* гималайский (ед./тыс. км2) детёнышей взрослых пострепрод.	3 2 0	0 2 1	0 0 1	2 1 1	0 3 1	1 1 0	4 2 1	2 1 0	0 0 1	3 1 0	52	44	30000
14	Волк* (ед./тыс. км2) детенышей взрослых пострепрод.	4 8 2	0 0 1	3 9 1	4 12 3	0 6 2	1 5 1	0 0 1	6 7 2	0 5 0	4 11 3	70	55	33000
15	Изюбр* (ед./тыс.км2) детёнышей взрослых пострепрод.	6 12 2	0 0 1	8 21 5	16 22 4	0 0 0	2 4 0	0 0 0	3 7 2	8 14 5	0 8 1	166	112	90000
16	Камышевый кот детёнышей взрослых пострепрод.	14 18 12	2 6 4	13 9 10	4 12 3	0 6 2	10 15 6	6 10 4	6 7 2	10 15 3	4 11 3	65	35	10000
17	Рысь детёнышей взрослых пострепрод.	4 8 2	2 10 2	13 9 1	4 12 3	10 16 4	1 5 1	0 0 1	6 7 2	6 10 4	4 11 3	50	25	230
18	Иволга детёнышей взрослых пострепрод.	20 25 5	15 15 0	16 11 3	14 3 3	16 25 5	14 7 2	14 5 5	12 12 8	25 10 5	25 20 2	180	72	15,4
19	Куница детёнышей взрослых пострепрод.	14 18 12	12 20 8	13 9 4	4 12 3	10 16 4	10 15 7	0 0 1	16 37 12	6 10 4	14 21 3	50	25	13,0
20	Неясыть детёнышей взрослых пострепрод.	20 25 5	15 15 0	16 11 3	14 3 3	16 25 5	14 7 2	14 5 5	12 12 8	25 10 5	25 20 2	280	82	14,2

Окончание табл. 2

Вари-ант	Вид организмов	Численность в выборках, ед./км2										В,ед./год	D,ед./год	S, км2
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
21	Полевая мышь детёнышей взрослых пострепрод.	44 88 12	120 200 18	13 90 4	40 120 13	100 160 14	10 25 7	10 10 4	16 37 12	6 10 4	14 21 3	350	125	13,0
22	Калуга детёнышей взрослых пострепрод.	4 8 2	2 6 4	3 9 4	4 10 3	6 10 4	4 6 2	0 0 1	6 7 2	6 10 4	4 9 3	50	25	13102
23	Таймень* (ед./тыс. км2) детёнышей взрослых пострепрод.	4 8 2	2 6 4	3 9 4	4 10 3	6 10 4	4 6 2	0 0 1	6 7 2	6 10 4	4 9 3	50	25	13102
24	Карась детёнышей взрослых пострепрод.	100 5 0	80 1 0	100 5 0	100 5 0	20 0 1	100 5 0	30 0 2	25 1 0	100 5 0	23 0 0	120	100	1500
25	Журавль птенцов взрослых пострепрод.	5 2 0	1 2 1	5 2 0	2 2 1	5 3 1	5 2 0	3 2 0	2 2 1	5 2 0	5 2 0	80	75	1200
26	Синий кит* (ед./тыс. км2) детёнышей взрослых пострепрод.	1 3 1	2 5 2	0 4 2	1 3 1	2 5 2	0 4 2	1 3 1	2 5 2	0 4 2	1 3 1	12	4	450103
27	Белый медведь (ед./тыс. км2) детёнышей взрослых пострепрод.	5 2 0	1 2 1	5 2 0	2 2 1	5 3 1	5 2 0	3 2 0	2 2 1	5 2 0	5 2 0	80	75	1500
28	Голубь лесной птенцов взрослых пострепрод.	20 25 5	15 15 0	16 11 3	14 3 3	16 25 5	14 7 2	14 5 5	12 12 8	25 10 5	25 20 2	280	82	14,2
29	Харза* (ед./тыс.км2) детёнышей взрослых пострепрод.	1 2 0	2 1 0	2 2 0	2 0 0	1 3 0	0 2 0	1 1 0	3 2 1	3 2 0	0 1 0	20	15	25000
30	Азиатский бурундук детёнышей взрослых пострепрод.	15 4 0	7 2 0	13 5 1	15 7 2	15 8 1	13 4 1	10 4 0	7 2 0	6 2 0	15 6 1	320	180	35

 

Примечание. * – численность крупных особей приведена в ед. на 1000 км².

 

---

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 2789; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!