Понятие популяции

Популяцией называют группу особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих определенную территорию. Согласно определению С. С. Шварца, популяция - это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

Слово "популяция" происходит от латинского populus - народ, население. Популяциям свойственен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях, т. е. популяции обладают определенными генетическими и экологическими характеристиками.

Популяции карасей

Основные характеристики популяции

Пространственное распределение особей.

Особи, составляющие популяцию, могут иметь различные типы пространственного распределения, выражающие их реакции на благоприятные и неблагоприятные физические условия или конкурентные отношения. Знание типа распределения организмов очень важно при оценке плотности популяции методом выборки.

Состояние и функционирование популяции зависит как от общей численности популяции, так и от пространственного размещения особей. Различают случайное, равномерное и групповое распределение особей и их групп. Рассмотрим пример, в котором с помощью математической обработки результатов экспериментов можно определить характер распределения особей в популяции.
Под выборкой мы будем понимать серию экспериментов по оценке плотности популяции. Обозначим количество выборок n. Если через m обозначить среднее число особей в каждой выборке, то дисперсию s2, с помощью которой можно судить о характере пространственного распределения особей, определяют по формуле

,

где s2 - мера рассеяния, или отклонения, значений x от среднего m (дисперсия); х - число особей в каждом эксперименте.

Предположим, мы провели 3 серии экспериментов (n = 3), данные этих экспериментов приведены в таблице.

				(m-x)2

В случае равномерного распределения s2 равна нулю, поскольку число особей в каждом выборе постоянно и равно среднему. При случайном распределении среднее m и дисперсия s2 равны (при достаточном количестве выборок n). При групповом распределении дисперсия s2 выше среднего, и разница между ними тем больше, чем сильнее тенденция организмов к образованию скоплений.

В нашем случае s2>m, значит мы имеем групповое распределение особей.

Равномерное распределение особей встречается в природе крайне редко. Оно чаще связано с острой конкуренцией между разными особями. Такой тип распределения характерен, например, для хищных рыб и колюшек с их территориальным инстинктом. Пример равномерного распределения дает также пластинчатожаберный моллюск, живущий на песчаных пляжах по берегам Ла-Манша.

Случайное распределение встречается только в однородной среде и у видов, не обнаруживающих склонности к скоплению. Первоначально распределение мучного хрущака в муке совершенно случайное.

Распределение группами - гораздо более распространенное. Группы в свою очередь могут распределяться случайно или образовывать скопления. Особенно хорошо изучено пространственное размещение деревьев в лесу. Если деревья в лесу состоят из одной породы, то вначале они обычно распределяются скоплениями, и только со временем их размещение становится более равномерным, а густота в результате внутривидовой конкуренции уменьшается. Таким равномерным пространственным распределением отличаются, например, сосновые и буковые леса. В смешанных растительных сообществах подавляемые виды обычно образуют "букеты" (групповое распределение), а доминирующие виды имеют равномерное распределение.

Численность популяции -
это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Оно никогда не бывает постоянно и зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность же приводит к сокращению ее численности.

Плотность популяции определяется количеством особей (либо биомассой) на единице площади или в единице объема, занимаемого популяцией. Например, 150 растений сосны на 1 га или 0,5 г циклопов в 1 м3 воды характеризуют плотность популяции этих видов.

Смертность - это количество особей, погибших за определенный период. Различают три типа смертности.
Первый тип характеризуется смертностью, одинаковой во всех возрастах;
второй тип отличается повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития;
третий тип характеризуется повышенной гибелью взрослых (старых) особей.

Кривые выживаемости (смертности) (по Э. Макфедьену)

Прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть как положительным, так и отрицательным. Прирост населения в Санкт-Петербурге в 1990 г. составил -1,4 (рождаемость 10,8; смертность 12,2 чел. на 1000 человек), в 1993 г. он составил -10,8 (рождаемость 6,6; смертность 17,4), а в 1996 г. величина прироста составила -7,5 (рождаемость осталась 6,6; а смертность уменьшилась до 14,2).

Темп роста - средний прирост за единицу времени.
Если обозначить через R0 среднее число потомков, достигших репродуктивного возраста, производимых одной особью данного вида за всю жизнь (чистая скорость размножения), то при

R0>1 популяция растущая;
R0=1 популяция стабильная;
R0<1 популяция сокращающаяся.

Половая и возрастная структура популяции.
Половая структура отражает соотношение полов популяции; этот показатель особенно важен для видов с преобладающим половым размножением. Возраст и условия наступления половой зрелости самцов и самок оказывают существенное влияние на поддержание численности популяции.

Самцы и самки нередко по-разному проявляют себя в сообществе через своеобразие питания, ритмы жизни и поведение. Например, самки многих комаров, некоторых клещей и мошек являются кровососущими, самцы же питаются нектаром. Из-за своих сравнительно малых размеров самка куницы оказывается более всеядной по сравнению с самцом, в рационе которого преобладают белки и крупные птицы.

Возрастная структура отражает не только соотношение различных возрастных групп в популяции, но и то, как меняется это соотношение в разные сезоны года, при смене биогеоценозов, какова скорость обновления популяции и каково взаимодействие возрастных групп с окружающей средой.

Существует множество классификаций живых организмов по возрасту. Например, Г. А. Новиков выделяет пять возрастных групп животных:

новорожденные - до момента прозревания;

молодые - подрастающие особи, еще не достигшие половой зрелости;

полувзрослые - близкие к половой зрелости;

взрослые - половозрелые животные, которые размножаются или физиологически способны к этому;

старые - переставшие размножаться особи.

Обычно в популяции присутствуют все возрастные группы, между ними наблюдаются постепенные переходы, и регулярное возобновление обеспечивает поддержание оптимального уровня численности. Иногда это соотношение может быть нарушено: сокращение численности какой-то возрастной группы может привести к деградации популяции или наоборот, к чрезмерному ее увеличению. Количественное соотношение возрастных групп может служить индикатором состояния популяции и ее будущего в биогеоценозе. Примеры основных типов возрастных пирамид приведены на рисунке.

Человеческую популяцию также можно охарактеризовать половозрастной структурой. Пример такой структуры для населения России приведен на стр. 85.

Чем сложнее половозрастная структура, тем выше приспособительные возможности популяции.

Основные типы возрастных пирамид

Несколько слов о таком важном показателе популяции, как средняя продолжительность жизни. Рассмотрим его на примере человеческой популяции. Ученые считают, что предельная видовая продолжительность человеческой жизни 110-120 лет. Однако в действительности, в результате воздействия различных экологических и социально-экономических факторов, она значитель-
но ниже, хотя и имеет тенденцию к повышению. Существуют подтверждения того, что в Древнем Риме и Древней Греции средняя продолжительность жизни составляла всего 25 лет. В средние века она поднялась до 30 лет. В России на рубеже XIX и XX вв. - до 32 лет. В наши дни по мере развития цивилизации средняя продолжительность жизни в мире возрастает, прежде всего благодаря снижению младенческой и детской смертности. В 1950 г. для мира в целом она составляла 50 лет, а в 1990 г. - 63 года.

В настоящее время в России продолжительность жизни мужчин составляет в среднем 54-56 лет, а женщин 68-69 лет.

Методы выявления, учета и специальных исследований вредных позвоночных играют в практике защиты растений подчиненную роль. В центре внимания всех специальных исследований находятся обыкновенная полевка и водяная крыса.

Метод затаптывания нор для определения численности обыкновенной полевки . Степень распространенности обыкновенной полевки (Microtus arvalis) в условиях производства определяют преимущественно с помощью метода затаптывания нор.

На подлежащих обследованию полях выделяют контрольную площадь размером 1000 м 2 . Ее делят на четыре участка по 250 м 2 каждый (10X25 м или 16X16 м). На этих участках затаптывают все мышиные норы и через сутки устанавливают число вновь отрытых нор. Значения, полученные по отдельным участкам, суммируют.

Для определения плотности популяции в качестве контрольных площадей наиболее пригодны посевы люцерны, клевера лугового, клеверо-злаковой смеси и многолетних трав, кормовых культур и рапса, а при необходимости и другие посевы.

Учеты плотности популяций обыкновенной полевки следует проводить согласно предписанию Государственной службы защиты растений не менее двух раз в год - весной после схода снега (март - апрель) и в конце лета после уборки зерновых (август - сентябрь). В годы с высокими значениями численности популяций и намечающимся массовым размножением обыкновенной полевки могут потребоваться дополнительные (иногда даже еженедельные) проверки.

Борьбу с обыкновенной полевкой надо начинать, если при определении плотности популяции методом затаптывания нор обнаружено наличие 72 вновь отрытых нор на 1000 м 2 или 18 нор на 250 м 2 . Для семенных посевов, плодово-ягодных насаждений, посевов озимых и рапса, а также для буртовых площадок и хранилищ (на 600 м вокруг) показателем необходимости борьбы считается наличие 30 вновь отрытых нор полевок на 1000 м 2 или 8 нор на 250 м 2 .

Счетный метод определения численности полевки . На посевах некоторых культур, например пропашных и определенных овощных, метод затаптывания нор неприемлем. Для них разработан специальный счетный метод определения плотности заселения обыкновенной полевкой. Он основан на выделении пяти контрольных полос шириной 1 м и длиной 30 м каждая. На картофеле и свекле в исследование каждый раз включают по два, на посевах моркови - по три рядка. Определение плотности популяции происходит следующим образом. По каждой из пяти контрольных полос подсчитывают число обитаемых мышиных нор на отрезках длиной 3 м, т. е. общий учет включает 5X10 обследуемых единиц. Указанием на присутствие полевок служат свежие следы погрызов и тропки. Затем суммируют число зараженных 3-метровых отрезков по всем контрольным полосам.

Меры борьбы с полевкой показаны в тех случаях, когда, по данным счетного метода, на пяти из 50 проверенных 3-метровых отрезков (по каждой контрольной полосе оценивают 10X3 отрезка) встречаются обитаемые мышиные норы.

Метод полного отлова . При определении плотности популяции обыкновенной полевки наряду с вышеуказанными методами иногда практикуют метод полного отлова. Он служит как для количественного учета всех грызунов, так и для получения материала для специальных исследований (обследование на беременность).

При методе полного отлова в биотопах, предпочитаемых обыкновенной полевкой, например на лугу, в посевах люцерны, клевера лугового, рапса и зерновых, выделяют зону площадью 1000 м 2 (30X35 м или 25X40 м). Около всех мышиных нор ставят ловушки (захлопывающиеся или со спускной скобой) и кладут в них приманку - хлеб, подсолнечные или тыквенные семечки. Кроме того, вскрывают ходы, идущие непосредственно под поверхностью почвы, и поперек них также устанавливают мышеловки. На следующий день ловушки проверяют. Все норы, возле которых ловушки остались нетронутыми, заваливают. В ходах, где были пойманы полевки, вновь ставят заряженные ловушки. На второй и третий день проверки повторяют. В результате на протяжении трех дней удается выловить почти всех полевок, обитающих в контрольной зоне. Результаты отлова за весь период регистрируют, а собранный материал срочно передают соответствующей службе защиты растений для обследований на беременность.

Полный отлов проводится по распоряжению государственных организаций защиты растений весной после схода снега (март - апрель) и поздним летом (август - сентябрь). При необходимости могут быть установлены и другие сроки.

Обследование обыкновенной полевки на беременность . Чрезвычайно высокий потенциал размножения обыкновенной полевки в благоприятных условиях приводит за короткий срок к массовому появлению вредителя, о чем необходимо своевременно сигнализировать. Важными критериями для прогнозирования такого нападения полевки служат соотношение полов, а также фертильность самок в популяциях этих мелких млекопитающих. Оба важных структурных элемента популяции учитываются при обследованиях на беременность.

Для проверки на беременность необходимо из каждого района с сильным заражением полевкой получить не менее 100, лучше 200-300 особей. У этих животных в лабораторных условиях регистрируют соотношение полов и размеры, затем при вскрытии определяют число беременных самок и, наконец, число жизнеспособных и рассасывающихся эмбрионов.

Обследования полевок на беременность проводят раз в год (апрель). В годы ожидаемого массового размножения их повторяют ежемесячно.

Примечание . Показателями увеличения популяции обыкновенной полевки являются высокий процент самок (>50%) и беременных самок (>10%), наличие более пяти эмбрионов на каждую беременную самку и менее 5% рассасывающихся эмбрионов. Рассасывание эмбрионов в материнском организме обыкновенной полевки происходит в стрессовых ситуациях (высокая плотность популяции, недостаток корма, конкуренция, неблагоприятные погодные условия). Если параметры, вычисляемые при обследованиях на беременность, лежат ниже указанных предельных значений, популяция останется неизменной или следует ожидать ослабления ее развития.

Метод раскопки ходов для обнаружения водяной крысы . Выявляя наличие водяной крысы (Arvicola terrestris) или определяя численность популяции методом раскопки ходов, используют особенности поведения вредителя, заключающиеся в кратковременном зарывании прорытых отрезков ходов. В насаждениях, поврежденных водяной крысой (главным образом молодые яблони, декоративные культуры и лесные породы), раскапывают поверхностно расположенные ходы на протяжении 50 см, маркируют их и через сутки проверяют. На 1 га проводят 50 раскопок, равномерно распределяя их по всей площади. Наименьшее расстояние между контрольными участками должно составлять 10 м. Проба оценивается как положительная, если водяная крыса в течение суток снова зароет хотя бы часть разрытых ходов. Самым благоприятным временем раскопок считаются осенние месяцы.

Меры борьбы становятся необходимыми, если в плодовых садах 30 проб дают положительные результаты (15 положительных проб/га).

Крот не закрывает разрытые отрезки, а прокладывает обходы, однако при этом возможна засыпка ходов.

Определение плотности популяции хомяка . Численность хомяка обыкновенного (Cricetus cricetus) можно определить по плотности его популяции. Для этого в посеве зерновых, гороха, клевера или люцерны выделяют участок площадью 1 га и тщательно обследуют его на наличие нор хомяка. Запасные входы и выходы каждой открытой норы следует затоптать или плотно закупорить соломой или другими растительными остатками. Через сутки у нор, отмеченных шестами, проводят вторую оценку, т. е. определяют число фактически посещаемых (обитаемых) нор, так как за 24-часовой период забитые входы в обитаемых норах оказываются вновь открытыми.

Подсчеты плотности популяции хомяков проводят трижды в год, обычно в начале мая, в июне и сентябре.

Нормативным показателем для применения мер борьбы в посевах экономически важных культур считают 10 посещаемых нор хомяков на 1 га, для других культур - 20 нор/га.

Подсчет дичи . Точное определение плотности популяций дичи, например зайцев-русаков, кроликов, кабанов, оленей и косуль, с целью содействия мерам защиты посевов от повреждений по-прежнему представляет серьезную проблему, тем более что у отдельных видов дичи ареал активности очень велик. В качестве методов, результаты которых дополняют друг друга, можно рекомендовать регулярные наблюдения за животными, подсчеты на местах кормежек и выгулах, учеты по следам зимой, а также учеты во время гона.

2014-06-02

Существует несколько методов определения плотности и численности популяций разных видов организмов. Каждый из них учитывает биологические особенности вида и цели исследований.

1. Метод пробных участков. Суть его в том, что на опытной территории проводят подсчет особей или взвешивания их (в случае мелких существ), отбирая для этого определенное количество пробных участков. Размер пробной участка, на котором осуществляется подсчет, и их количество зависит от размера территории популяции и размеров особей животных или растений, характера их распределения на опытной территории. Для крупных хищников площадь подсчета может достигать 100 км2, для подсчета деревьев, белок, муравейников достаточная площадь 1 га, а для дождевого червя, личинок, майского жука, колорадского жука — 1 м2. В водной среде или в почве такими пробными единицы объема — 1 литр, 1 м3, 1 см 3 и т.д..

2. Метод общего подсчета. Используется для определения численности и плотности больших или хорошо заметных организмов и для существ, живущих колониями (муравейники, осиные гнезда, пчелиные рои).

3. Метод мечения с последующим повторным отловом подвижных животных. По этому методу часть особей популяции отлавливают, делают определенные метки, кольцуют (птиц) и отпускают. При повторном отлове устанавливают часть меченых особей среди отловленных и на основе этого оценивают плотность всей популяции, скорость ее роста.
Метод мечения и повторного отлова заключается в том, что с отведенной площади отлавливают некоторое количество животных, метят их (с помощью цветных меток краской) и выпускают снова в популяцию, откуда они были взяты.

Через определенный промежуток времени, когда немеченых особи смешиваются с мечеными, делают вторичную пробу и подсчитывают число меченых особей в ней.

Используют для определения плотности крупных прикрепленных организмов (деревьев и др.)..
Для подсчета численности популяций крупных подвижных животных (волков, оленей, сайгаков) используют метод облета территории на самолете или вертолете на низких высотах,
поскольку популяции этих животных занимают очень большие территории.
Изучение численности и плотности популяции является нелегким делом, поскольку особи ее размещены в пространстве неравномерно. В популяциях животных трудности связаны с их подвижным и кочевым образом.

При изучении популяции важно знать тенденцию ее развития — к уменьшению или к увеличению, что имеет не только теоретическое, но и практическое значение. По показателям изменения численности и плотности можно прогнозировать убытки от вредителей сельского хозяйства, разрабатывать пути влияния на развитие популяций промысловых животных.
В случаях, когда невозможно определить реальный размер популяции, для ее оценки используют показатели относительной численности. их широко используют для характеристики крупных животных и наземных растений, когда необходимо дать оценку численности на больших площадях без большой затраты времени и средств.

Например, такие данные должны иметь специализированные охотничьи и природоохранные организации, которые обязаны ежегодно регулировать охоту на мигрирующих водоплавающих птиц (гусей, уток, крякв), промысловых зверей региона (зайцев, диких кабанов, пушных зверей и др.)., Вылов рыбы с учетом изменений их численности по сравнению с предыдущим (предыдущих) лет.
Исследования популяций сложная и кропотливая дело, требует осведомленности с биологическими особенностями видов, закономерностями структуры и развития их популяций, также определенной периодичности и продолжительности. Однако, без таких исследований нельзя разрабатывать пути рационального использования природных ресурсов растительного и животного мира, сохранения их видового богатства.

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.

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 10м 2 . 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 квадрата, размеры растения и его пространственное размещение (например, случайное, равномерное или групповое; см. разд. П.2.8).

13.2. Какова частота вида, если он был обнаружен в 86 квадратах из 200?

3) Проективное покрытие вида показывает, какая часть почвы занята особями данного вида, и дает оценку площади, покрытой 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 (рис. 13.13). 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.

13.3. Чему равно проективное покрытие растений X, если рама с десятью спицами была использована 10 раз и 36 раз было зарегистрировано это растение?

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.

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

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 число 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 (т.е. их число в последнем отлове равно нулю), можно оценить общий размер популяции, как это показано на рис. 13.14.

Метод мечения и повторного отлова. Этот метод включает отлов животного, его мечение таким образом, чтобы не причинить ему вреда и выпуск 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:

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

1. Внутри популяции организмы размещены случайным образом. (Это 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 (рис. 13.11). Для определения проективного покрытия или обилия можно освоить различные методики, одни из которых целиком субъективны, другие частично или полностью объективны.

13.4. 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.

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.

А-обильный > 50%

С-обычный 10-50%

F-часто встречающийся 1-10%

О - редкий

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 (разд. П.2.7.3). Главный недостаток этого метода состоит в том, что он необъективен 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.

0

Методические указания для выполнения биотического мониторинга

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

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.

1. 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 м 2 .

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.

1. 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 передви-гающихся 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 орга-низмов 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 м 2 . 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 осо-бей 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 опреде-лить проективное покрытие. Однако это достаточно трудоемкий и утомительный метод.

2.Прямое наблюдение . Прямой подсчет особей при-меним не только к сидячим или медленно передви-гающимся 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, собираю-щихся на открытых пространствах.

1. 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 умень-шается. 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

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, пос-кольку некоторые организмы живут колониями, стадами или стаями.)
2. Между первым и вторым отловом должно прой-ти достаточное количество времени, чтобы животные успели распределиться случайным образом. Чем менее подвижны особи вида, тем больше времени должно пройти между отло-вами.
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 числен-ности - 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.

1. 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 пой-манной 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 индиви-дуальные организмы. Пойманных животных под-считывают, 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=Х 1 -Х 2 /У (2)

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, часто-ты 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 приве-денных выше пяти категорий можно использовать при представлении данных, например при построе-нии кайт-диаграмм. Главный недос-таток этого метода состоит в том, что он необъек-тивeн и при использовании его наблюдается тенден-ция к уменьшению величины покрытия для мелких невзрачных видов по сравнению с цветущими, бросающимися в глаза и растущими в куртинах видами.

1. 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=Х 1 -Х 2 /У

Х 1 - число животных в первом улове;

Х 2 - 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;

Смертность вычисляется по формуле:

Сi = 100 % - Мi

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

Задание № 5. Сделать вывод по результатам заданий.

1. Форма отчета о выполненной работе:

Отчет о выполненной работе оформляется в виде таблицы

Таблица 3 - Результаты расчетов по заданиям

Задание № 1
Задание № 2

1. Контрольные вопросы:
2. Назвать объективные методы оценки размеров популяций.
3. Назвать субъективные методы оценки размеров популяций.
4. Что такое выживаемость?
5. Что такое дорепродуктивная смертность?

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.