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/м 3 ЗимаВесна Продуценты2100 Первичные консументы 1012 Вторичные консументы 156 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. 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 жизни12345 Плотность Рождаемость Смертность Задача 2

Постройте весеннюю возрастную пирамиду популяции ласточек, если исходная численность составила 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 < 1250d = 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 Численность растения Задача 5

Динамика популяций Кривые выживания

Кривые роста J-образная кривая роста численности (экспоненциальная) Графический вид зависимости lnN от t в случае экспоненциального роста

Кривые роста S-образная кривая роста численности (логистическая) а – константа интегрирования, при t = 0 a = ln(K – N)/N

1.Построим график N от t: Как видно график имеет логистический характер. Для описания данной зависимости воспользуемся уравнением: Решение

Коэффициент K найдем из графика. K = 42. Коэффициент a найдем из выражения a = ln((K – N 0 )/N 0 ). N 0 = 10. a = 1,2. Далее, выбираем t 1 = 5. Ему соответствует N 1 = 27. Подставив данные значения в выражение, получим: Выразим r: Таким образом, уравнение, описывающее экспериментальную зависимость численности растения от времени, имеет вид: Решение