Практическое занятие № 3

Экосистемы.Популяции.

Вопрос № 1

Что такое трофические цепи?

Что такое трофический уровень?

Что такое трофические сети?

Даны следующие организмы: травы, почвенные грибы, ягодный кустарник, жук-навозник, гусеница, паук, синица, ястреб, волк, лисица, сова, уж обыкновенный, травяная лягушка, заяц, полевка, тля, кролик, божья коровка, дуб, мухоловка, короед, дятел.

1.Постройте схемы пищевых цепей. Назвать организмы по типу питания.

2.Составьте пищевую сеть из полученных пищевых цепочек.

Задание № 1

Вопрос № 2

Какие типы экологических пирамид вы знаете?

В чем заключается сущность правила 10 процентов?

Постройте пирамиды биомассы озера в зимний и весенний период по следующим данным (Грин, Стаут, Тейлор, 1990):

Экологические группы организмов

Биомасса, г/м3

Зима Весна

Продуценты 2 100

Первичные консументы

10 12

Вторичные консументы

15 6

Объясните, почему в течение года пирамида «переворачивается».

Задание № 2

Зная правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (около 10%) и предполагая, что животные каждого трофического уровня питаются только организмами предыдущего уровня, постройте пирамиду годовой биологической продуктивности следующей пищевой цепи:растения – кузнечики – лягушки – ужи – ястребы.Постройте пирамиду чисел этой пищевой цепи, зная, что масса 1 побега травянистого растения – 5 г; 1 кузнечика – 1 г; 1 лягушки – 10 г; 1 ужа – около 100 г; 1 ястреба – 1.8 кг.

Количество особей подсчитайте суммарно за год с учетом общей годовой продуктивности 40 тонн.

Задание № 3

Вопрос № 3

Что такое сукцессия?

Какие типы сукцессий вы знаете?

Определите тип сукцессии:

•Превращение заброшенных полей в дубравы•Появление лишайников на остывшей вулканической лаве•Постепенное обрастание голой скалы•Появление на песчаном грунте соснового леса•Превращение гарей в еловые леса•Постепенная смена вырубок лиственницей•Превращение деградированных пастбищ в березовый лес

Задание № 4

Функционирование экосистем• Круговорот воды в биосфере

Функционирование экосистем• Круговорот азота

Функционирование экосистем• Круговорот углерода

Функционирование экосистем• Круговорот фосфора

Функционирование экосистем• Круговорот кислорода

Функционирование экосистем• Круговорот серы

Популяции

«Популяции»Популяция – совокупность организмов, обитающая более или менее изолированно в пространстве и во времени от других аналогичных совокупностей того же вида и осуществляющая обмен генетической информацией.

Статические показатели популяции:

Численность популяции – общее количество организмов одного вида на данной территории или в данном объеме.

Плотность популяции – число организмов популяции, приходящихся на единицу занимаемого данной популяцией пространства.

1. Возрастная, т.е. показывать соотношение количества особей разного возраста. Возрастная структура популяции характеризует общее количество представленных в ней возрастных групп и соотношение их численности или биомассы.

2. Половая – отражает соотношение полов;

3. Размерная – отражает соотношение количества особей разных размеров.

Структура популяции

Рождаемость – это число особей ΔNn, родившихся в популяции за некоторый промежуток времени (Δt):

Р = ΔNn/Δt.

 Смертность – это число особей ΔNm, погибших в популяции за некоторый промежуток времени Δt:

С = ΔNm/Δt.

Для сравнения рождаемости и смертности в разных популяциях используют удельные показатели.

 Удельная рождаемость – отношение рождаемости к исходной численности N

b = Р/ N = ΔNn/NΔt.

 Удельная смертность – отношение смертности к исходной численности:

d = С/ N = ΔNm/NΔt.

 Скорость изменения численности популяции:

ΔN/Δt. dN/dt = rN (при отсутствии экологических ограничений) константа скорости естественного прироста

Удельная скорость изменения численности:

r = b – d.

Если b = d, то r = 0, и популяция находится в стационарном состоянии. Если b > d, то r > 0, имеем рост популяции. Если b < d, то r < 0, имеем снижение численности.

Динамические показатели популяции

Тема: Возрастная структура популяции»

В одном из степных заповедников на площади 250 га насчитывалось 410 особей сурков-байбаков, распределенных по возрасту следующим образом: новорожденных – 128, годовалых – 59, двухлетних – 60, трехлетних и старше – 163 (Жердев, Успенский, Дорогань, 2001). Спустя два года на участке было 588 особей, и среди них новорожденных – 142, годовалых – 93, двухгодовалых – 88, остальные – старше.

Начертите возрастную пирамиду популяции.

Изменилась ли возрастная структура популяции? Какова смертность молодых особей за этот период?

Задача № 1

• При построении возрастных пирамид по вертикали откладывается возраст (например, в масштабе 1 клетка = 1 год), а по горизонтали количество особей в данной возрастной группе (например, в масштабе 1 клетка – 20 тыс. особей).

• Как видно из рис. численность популяции увеличивается, причем численность растет равномерно во всех возрастных категориях.

• Смертность молодых особей будет определяться из разности числа новорожденных особей в первоначальный период и двухгодовалых особей в рассматриваемый период времени: 128 – 88 = 40 особей. Таким образом, смертность молодых особей составляет 20 особей в год.

128

59

60

163

Воз

раст

Ч исленность

142

93

88

265

Воз

раст

Ч исленность

а б

а) б)Рис. Первоначальная возрастная пирамида (а) и возрастная пирамида спустя два года (б)

Решение

Плотность популяции синицы составляет 280 особей. За период размножения (у синицы 1 раз в году) из одной кладки яиц в среднем выживает 1,7 детеныша. В популяции равное число самок и самцов. Смертность синицы постоянна, в среднем за год погибает 24% особей. Определите, как будет меняться плотность популяции синицы в течение 5 лет. Данные представить в виде таблицы.

Годы жизни 1 2 3 4 5

Плотность          

Рождаемость          

Смертность          

Задача № 2

Постройте весеннюю возрастную пирамиду популяции ласточек, если исходная численность составила 12 000 особей, из них 50 % родились в прошлом году, 22 % – в позапрошлом 18 % – трехлетние птицы, 6 % – четырехлетние, 4 % – старше четырех лет. Постройте летнюю возрастную пирамиду, учитывая, что численность всей популяции возросла в 3 раза за счет родившихся в этом году ласточек. Условно считайте, что смертность взрослых ласточек в этот период отсутствует.

Задача № 3

Тема: «Прирост популяции»

Емкость среды (К) для популяции обыкновенной белки составляет 5000 особей. Принять, что численность выводков – 3 детеныша, при этом размножаются 50 % особей, соотношение самок и самцов 1:1. Смертность популяции за год (d) составляет:

• при N < 1250 d = 5 %, • при 1250 ≤ N < 2500 d = 25 %, • при 2500 ≤ N < 3750 d = 50 %, • при 3750 ≤ N < 5000 d = 75 %.

Определить абсолютный прирост популяции при ее численности (N):

а) 1000 особей; б) 2000 особей; в) 3000 особей; г) 4000 особей.При достижении какой численности популяции прирост

«перекрывается» смертностью.

Задача № 4

Тема: «Выживаемость особей в популяции»

Имеются данные изменения численности растения во времени:

1.Построить график зависимости численности популяции от времени, определить тип кривой роста.

2.Найти уравнение, описывающее экспериментальную зависимость.

Годы 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14Численность растения

10 12 15 19 23 27 30 33 35 37 39 40 41 42 42

Задача № 5

Динамика популяцийКривые выживания

Кривые роста

J-образная кривая роста численности(экспоненциальная)

dNrN

dt

0

0

exp( )rt

t

N t N r t

N N e

lnN

t

lnN 0

)

tgr

lnN = LnN 0 + rt

Графический вид зависимости lnN от tв случае экспоненциального роста

0ln lnN N rt

Кривые роста

S-образная кривая роста численности(логистическая)

1dN

rN N Kdt

1 exp

KN

a rt

а – константа интегрирования, при t = 0a = ln(K – N)/N

lnN

t

)

tgr

1.Построим график N от t:

Как видно график имеет логистический характер.

Для описания данной зависимости воспользуемся уравнением:

0 4 8 12 1610

20

30

40

50N

t

K

N 0

0 0ln1 e K N N rt

KN

Решение

Коэффициент K найдем из графика. K = 42.

Коэффициент a найдем из выражения a = ln((K – N0)/N0). N0 = 10. a = 1,2.

Далее, выбираем t1 = 5. Ему соответствует N1 = 27. Подставив данные значения в выражение, получим:

Выразим r:

Таким образом, уравнение, описывающее экспериментальную зависимость численности растения от времени, имеет вид:

42

271 exp 1,2 5r

42 27 1 exp 1,2 5r

42 27exp 1,2 5

27r

42 27ln 1,2

27 0,365

r

1,2 0,36

42

1 e tN

Решение