Экология популяций и сообществ

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВО РГАТУ ИМЕНИ П. А. КОСТЫЧЕВА
Экология популяций и сообществ
Методические указания к выполнению
самостоятельной работы
для студентов факультета ветеринарной медицины и биотехнологии,
направления подготовки 06.03.01 Биология, профиль «Биоэкология»
Рязань, 2015
УДК 581.524
У 48
Уливанова Г. В. Методические указания разработаны для выполнения
самостоятельной работы по дисциплине «Экология популяций и сообществ»
студентами, обучающимися по направлению подготовки 06.03.01 Биология,
профиль «Биоэкология». - Рязань ФГБОУ ВО РГАТУ, 2015, 41 с.
Рецензент: д.б.н., профессор А. И. Новак
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
с.
Введение
4
Домашняя самостоятельная работа по курсу
5
1.1.
Раздел I: «Структура и динамика популяций»
5
1.2.
Раздел II: «Гомеостаз и взаимодействие популяций»
13
Раздел III: «Биоценозы, биогеоценозы и экосистемы.
15
1.
1.3.
Их структура и динамика»
2.
Теоретические
вопросы
для
самостоятельного
23
изучения по курсу
2.1.
Раздел I: «Структура и динамика популяций»
23
2.2.
Раздел II: «Гомеостаз и взаимодействие популяций»
23
Раздел III: «Биоценозы, биогеоценозы и экосистемы.
24
2.3.
Их структура и динамика»
2.4.
Раздел
IV:
«Системный
анализ
биоценозов,
24
биогеоценозов и экосистем»
3.
Реферативная и семинарская работа по курсу
25
4.
Контрольные работы по курсу
27
Раздел I: «Структура и динамика популяций»
27
Итоговая форма контроля по курсу
31
Балльно-рейтинговая система оценки знаний по
35
4.1.
5.
6.
курсу
Список рекомендуемой литературы
37
Приложения
38
3
Введение
Самостоятельная работа является обязательной частью учебного
процесса в ВУЗе. Основная цель самостоятельной работы – закрепить
полученные знания, выработать умение самостоятельного изучения учебной,
научной и специальной литературы и справочно-нормативной документации.
В процессе самостоятельной работы студент должен хорошо усвоить
материал, уметь отвечать на предлагаемые вопросы, делать правильные
выводы и реферативно излагать основное содержание проработанных
литературных источников.
На самостоятельную работу выносятся темы и вопросы, несложные
для самостоятельного изучения, усвоение которых базируется на ранее
изученном материале.
Цель данной самостоятельной работы состоит в более детальном
изучении и закреплении знаний по курсу «Экология популяций и
сообществ».
Задачи данной самостоятельной работы включают:
•
закрепление
умения работать с
печатной
литературой и
электронными носителями информации по данной тематике.
•
обобщение и использование на практике методик и научных
тематик по курсу.
•
выполнение заданий и отчета по результатам, выданным
преподавателем;
•
подготовку к экзамену по курсу.
4
1. ДОМАШНЯЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ
1.1. Раздел I: «Структура и динамика популяций»
1.1.1. Тема: «Пространственная структура популяции»
Задание 1: При учете плотности популяции крапчатого суслика
полигон исследования в 1 га был разбит на 100 квадратов 10x10 м, в каждом
из которых подсчитывалось количество гнездовых нор. В итоге были
получены следующие данные: 60 площадок не имели нор, 11 — по 1 норе, 18
— по 2 норы, 9 — по 3 норы, 3 — по 4 норы.
Определите
тип
пространственного
распределения
популяции
крапчатого суслика по отношению дисперсии (S2) к среднему числу особей
на одной площадке.
Методика расчета:
Дисперсия рассчитывается по следующей формуле:
где
х — количество особей на конкретной площадке;
m — среднее количество особей на площадке;
n — число площадок.
При S2/m < 1 — распределение равномерное;
S2/m = 1 — распределение случайное;
S2/m > 1 — групповое (контагиозное) распределение.
Для расчетов постройте вспомогательную, таблицу, используя
методику статистической обработки больших выборок (таблица 1).
5
Таблица 1 — Вспомогательная таблица для расчета
Номер участка
х
х-m
(х-m)2
1
2
3
…
1.1.2. Тема: «Территориальная структура популяции»
Задание 2: Территориальные отношения у ушастой круглоголовки
Типичное местообитание вида в Северо-Западных Кызылкумах —
барханные пески. Вся территория популяции поделена самцами на строго
охраняемые и слабо перекрывающиеся участки (средняя площадь 14,2 тыс.
м2). Около половины участка используется ежедневно (зона активности),
остальная — набегами. Участки самок гораздо меньше (1,1 тыс. м2),
используются равномерно и расположены по 1 — 2 в зонах забегов
территории самцов. Взрослые особи нор не роют. Неполовозрелые особи
используют на территориях самцов и самок совсем мелкие участки (160 м2) с
норой в центре, охраняют их и часто меняют. Ряд самцов имеет мелкие
участки (4—5 тыс. м2). Часть половозрелых членов популяции — неоседлые
особи, мигрирующие через занятые территории.
Вопросы:
1. Объясните
биологическую
целесообразность
указанных
территориальных отношений в популяциях ушастой круглоголовки.
2. Почему так велики индивидуальные участки оседлых особей?
3. Какую роль в популяции могут играть самцы, занимающие
мелкоразмерные участки, и какую — неоседлые особи?
4. Какова роль норы в жизни молодых круглоголовок?
6
1.1.3. Тема: «Возрастная структура популяции»
Половозрастная пирамида (ПВП) состоит из координатной сетки,
координатных осей: абсцисс (в обе стороны от нуля — зеркальная), ординат
(только над нулем) и собственно пирамиды (нескольких рядов положенных
друг на друга четырехугольников (приложение 1, рисунок 1).
Задание:
Построить
половозрастную
пирамиду
популяции
байкальской нерпы, используя данные структуры популяции в 1991-1995 гг.
(таблица 2). Определить тип половозрастной пирамиды (приложение 1,
рисунок 2).
Таблица 2 —Половозрастная структура популяции байкальской нерпы
Возрастная структура, %
Возрастная
самцы
группа, годы
самки
1988-1990
1991-1995
1988-1990
1991-1995
1-3
31,3
29,6
34,1
31,8
4-6
22,0
21,5
17,1
14,8
7-12
31,8
35,2
21,2
29,1
13-19
8,1
11,7
15,6
15,9
20-29
6,4
1,8
9,7
6,8
30-39
0,5
0,2
2,4
1,6
Методика построения:
1.
Для построения ПВП необходимы три ряда показателей:
промежутки возрастных групп, количество (число, особей, или % от общей
численности
популяции) мужского и женского пола соответственно
по
каждой группе.
2.
На вертикальной оси, которая имеет вид столбца, отмечают
последовательно возрастные группы (обычно через каждые 5 или 10 лет),
толщина оси для каждой группы произвольна (обычно 5мм).
7
3.
На горизонтальной оси справа и слева от нуля зеркально
отмечают тыс. особей, или % ориентируясь на масштабный показатель в
одной из групп одного из полов.
4.
.Построение ПВП осуществляется следующим образом: берутся
показатели обоих полов самого младшего возраста и на осях (для самцов на
правой для самок на левой) находятся соответствующие отметки, затем от
них восстанавливается перпендикуляр в толщину доли вертикального столба
отведенного для этой возрастной группы, после проводится линия
параллельная горизонтальной оси, в результате получается вытянутый
прямоугольник. После строятся прямоугольники для всех последующих
возрастных групп, лежащие на более низком ряду.
5.
Название половозрастной пирамиды подписывается обычно под
самой пирамидой.
1.1.4. Тема: «Этологическая структура популяции»
Задание: Составьте таблицу этологической структуры популяции. В
каждой этологической группе необходимо указать не менее 3-5 видов
животных или птиц (если таковые имеются).
Таблица 3 — Определение различных группировок у птиц и млекопитающих
Этологическая
особенность
Одиночный образ жизни
Групповой образ жизни
Клан
Колония
Стая
Стадо
Прайд
Семья
ночной образ жизни
дневной образ жизни
определение
8
вид животного (птицы)
1.1.5. Тема: «Экологическая ниша вида»
Дж. Хатчинсон подразделил видовую нишу на:
фундаментальную (преконкурентная), которая охватывает все
множество оптимальных условий, в которых данный вид может обитать в
отсутствие врагов,
реализованную
(постконкурентная,
фактическая)
—
фактический комплекс условий, в которых вид обычно существует.
Задание 1. В Белгородской области в разное время были акклиматизированы
следующие
виды
животных:
енотовидная
собака,
американская норка, ондатра; реакклиматизированы бобр, выхухоль, сурокбайбак, пятнистый олень, благородный олень. Каковы могли быть
последствия этих мероприятий? Объясните с точки зрения учения об
экологической нише.
Задание 2. В лесном хозяйстве выделяют 3 группы насекомыхвредителей:
– первичные (большой еловый лубоед, древесница въедливая,
древоточец пахучий, усач осиновый и др.), поражающие здоровые деревья;
– вторичные (многие усачи, короеды, златки, рогохвосты) –
поселяются на ослабленных деревьях;
– третичные (серый длинноусый усач, полосатый древесинник,
валежный короед) – питаются на срубленных деревьях, пнях, порубочных
остатках, валежнике.
Вопросы:
1.
Различаются ли эти группы по размеру вреда, причиняемого
лесному хозяйству?
2.
Какие меры профилактики Вы могли бы предложить по
отношению к этим группам вредителей?
9
1.1.6. Тема «Таблицы и кривые выживания»
В
таблицах
смертности
по
выживания
возрастам.
отражается
Таблицы
характер
выживания
распределения
также
называются
выживаемости
популяции
динамическими или жизненными таблицами.
Задание:
1.
Проанализировать данные таблицы 4.
2.
Составить
расчетную
таблицу
куропатки (таблица 5).
3.
Определить ожидаемую продолжительность жизни особей,
4.
Выяснить, как меняется продолжительность жизни с возрастом,
5.
Построить кривую выживания и определить ее тип (приложение
2, рисунок 3 — 4).
Таблица 4 —Таблица выживаемости куропатки (по Швердпфегеру)
озраст,
годы
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Количество особей
Живых к
Погибших в
началу
данном
возраста
возрасте
1000
150
112
81
57
39
26
17
11
7
5
3
2
1
850
38
31
24
18
13
9
6
4
2
2
1
1
1
Смертность,
%
85
25
28
30
32
34
35
35
35
35
35
35
50
100
10
Средняя
Доля самок
продолжительность
в популяции
жизни, годы.
0,5
0,47
0,46
0,41
0,32
0,26
0,23
0,29
0,27
0,28
0,20
0
0
0
4,0
29,
2,7
2,6
2,5
2,4
2,3
2,3
2,3
2,3
2,0
2,3
1,5
-
Таблица 5 — Выживаемость куропатки
х
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
nx
lx
dx
qx
Lx
Tx
ex
x — возраст или возрастной интервал класса;
nx — число живых особей в момент учета;
lx — доля особей, доживших до начала возрастного интервала х;
dx — число особей, погибших от начала интервала х до начала
интервала х+1;
qx — удельная смертность в интервале х;
ex — ожидаемая продолжительность жизни особей, доживших до
начала интервала х;
Lx — число особей бывших живыми от начала интервала х до начала
интервала х+1;
Tx — промежуточная величина.
Кривая выживания — это график зависимости числа доживших
особей nx от возраста x. Существует три основных типа кривых выживания
(приложение 2, рисунок 3), хотя встречаются и промежуточные типы.
11
1.1.7. Тема: «Динамические показатели антропоэкосистем»
Задание:
Составить таблицу выживаемости женского населения Канады
определить ожидаемую продолжительность жизни женщин, выяснить, как
меняется продолжительность жизни с возрастом, построить кривую
выживания и определить ее тип.
Таблица 6 — Статистическая демографическая таблица женского населения
Канады на 1980г. (по Krebs, 1985)
)Возрастная группа
Количество человек
в каждой возрастной
группе
Число умерших в
каждой возрастной
группе
Смертность в
расчете на 1000
человек, 1000qx
0-1
1-4
5-9
10-14
15-19
20-24
25-29
30-34
35-39
40-44
45-49
50-54
55-59
60-64
65-69
70-74
75-79
80-84
85 и старше
173400
685900
876600
980300
1164100
1136100
1029300
933000
739200
627000
622400
615100
596000
481200
413400
325600
235100
149300
119200
1651
340
218
234
568
619
578
662
818
1039
1664
2574
3878
4853
6803
8421
10029
10824
18085
9,52
0,50
0,25
0,24
0,49
0,54
0,56
0,71
1,11
1,66
2,67
4,18
6,51
10,09
16,07
25,86
42,66
72,50
151,70
12
1.1.8. Тема: «Генетическая структура популяции. Вычисление
ожидаемых частот генотипов при трехаллельной системе локуса с
использованием формулы Берншетейна»
Задание: Частота встречаемости аллеля A1 =0,5; аллеля А2 =0,3; аллеля
А3 =0,2. Определить ожидаемые частоты всех возможных генотипов.
Методические рекомендации
Если в локусе находится не 2, а 3 аллеля, то для вычисления
ожидаемых частот генотипов и аллелей используется формула Бернштейна
(1). Она аналогична формуле Харди- Вайнберга и выглядит следующим
образом:
p2+q2+r2+2pq+2pr+2qr (1)
где р — частота встречаемости аллеля А1;
q — частота встречаемости аллеля А2;
г — частота встречаемости аллеля А3.
Для удобства расчетов можно использовать таблицу 7.
Таблица 7 — Расчет ожидаемых частот генотипов
генотип
формула
А1А1
р2
А2А2
q2
А3А3
г2
А1А2
2pq
А1А3
2рг
А2А3
2qr
результат
13
1.2. Раздел II: «Гомеостаз и взаимодействие популяций»
1.2.1. Тема: «Внутривидовая конкуренция за пищу»
Задание:
1.
Проанализировать результаты опыта с жуками двух видов,
конкурирующих в небольшом объеме муки.
2.
Какой из этих видов более конкурентоспособен в данных
условиях?
3.
Составьте график зависимости численностей от исходной
плотности каждого вида.
Таблица 8— Внутривидовая конкуренция за пищу
Исходное число
Число жуков в
Число жуков в потомстве при
жуков
потомстве в
добавлении 8 пар Cathartus
Cryptolestes
чистой культуре
Cryptolestes
Cathartus
4
101
86
208
8
180
260
185
16
276
208
164
32
427
414
121
64
411
430
78
1.2.2. Тема «Конкуренция двух видов за ограниченные ресурсы»
Задание:
проанализировать
результаты
поставленные задачи.
14
опыта
и
выполнить
Таблица 9— Количество жуков двух видов в присутствии и отсутствии
паразита
Условие
опыта и вид
жуков
Количество жуков через … дней
60
120
180
240
T. confusum
T. castaneum
16
80
52
76
52
70
42
88
T. confusum
T. castaneum
50
42
46
120
42
104
44
52
1.
300
360
420
Без паразита
35
24
15
88
92
120
С паразитом
50
70
46
8
4
3
480
540
600
660
720
900
11
142
8
210
3
172
4
120
3
64
0
122
68
3
52
5
50
3
52
2
46
8
48
3
Начертить график численности жуков двух видов в культуре без
паразита,
2.
Какой вид более конкурентоспособен при этих условиях?
3.
Сколько времени жуки могут существовать совместно?
4.
Отложить на оси абсцисс время (в днях), а на оси ординат —
долю (в %) каждого вида от суммарной численности, принимаемой в каждый
срок за 100%. Для решения каких вопросов наиболее информативен этот
способ иллюстрации.
2.
Отложить на оси абсцисс численность одного, а на оси ординат –
численность другого вида. Соединить стрелками точки, полученные для
каждого из последовательных сроков учета. Проанализировать полученную
ломанную кривую. Что можно проиллюстрировать этим графиком.
3.
Построить график численности жуков в культуре с паразитом.
Чем можно объяснить ход численности обоих видов в данной экологической
ситуации?
4.
Начертить графики 4-5 для ситуации с паразитом. Сравнить
полученные данные с графиками «чистой» культуры. В чем причина и
каковы различия между парами графиков?
15
1.3. Раздел III: «Биоценозы, биогеоценозы и экосистемы. Их структура и
динамика»
1.3.1. Тема: «Базовые спектры ценопопуляций растений»
Задание:
1.
Проанализировать данные таблицы.
2.
Отметить долю особей, не приступивших к цветению; долю
сенильных растений (приложение 3, таблица 1).
Составить обобщенный (базовый) возрастной спектр для
3.
хохлаток из всех биотопов.
Отметить, к какому типу он относится (приложение 4, рисунок 5).
4.
Таблица 10 Возрастные спектры популяций безвременника, %
фитоценоз
Возрастное состояние
im
v
g
s
31
12
25
32
0
18
16
30
31
5
12
6
49
24
9
17
6
40
27
10
54
3
21
15
7
j
Широколиственные
леса
нижнего и среднего горных
поясов
Среднегорные высокотравные
луга
Среднегорные низокотравные
луга
Слабо нарушенные
высокогорные луга
Сильно нарушенные и
выбитые луга
Методика расчета:
Для
установления
базового
спектра
ценопопуляции
строится
вспомогательная таблица (таблица 11.
Подобная таблица строится для каждого возрастного состояния
растения.
х — варианта;
М — среднее арифметическое;
16
σ — стандартное отклонение.
Таблица 11— Вспомогательная таблица для расчетов базового спектра
ценопопуляции растений
Возрастное
состояние
х
М
х-М
сумма
-
-
-
Для
(х-М)2
σ
3σ
-
-
построения базового спектра сначала строится график
зависимости М от возрастного состояния. Потом от каждой точки М
откладывается 3σ в ту или иную сторону, и соединяют образующиеся точки.
Образуемый
спектр
сравнивают
со
стандартным
спектром
(приложение 4, рисунок 5) и определяют его тип.
1.3.2. Тема: «Индекс восстановления популяции»
Соотношение числа особей в прегенеративном (p, j, im, v) и в
генеративном возрасте (g) является показателем восстановления популяции
(I):
I=
I pr
I gen
× 100 , где
I — индекс восстановления, %;
Ipr — сумма растений в прегенеративном периоде, шт/га;
Igen — сумма растений в генеративном периоде, шт/га.
Задание: В таблице 11 приведены данные о динамике возрастного
состава популяций овсеца Шелля на площади 50м2 .
17
1.
Проанализируйте возрастную структуру популяций в разные
2.
Какие из них можно назвать инвазионными (растущими), какие
годы.
— регрессивными (вымирающими), какие — нормальными (относительно
равномерно представлены все возрастные группы)?
3.
Рассчитайте индексы восстановления для популяций овсеца в
разные годы и сравните их между собой.
4.
Сделайте вывод об устойчивости существования популяций
овсеца Шелля.
Таблица 12— Численность и возрастные спектры ценопопуляции овсеца
Шелля на площади 50м2
год
прегенеративное
генеративное
постгенеративное
всего
p
j
im
v
g1
g2
g3
ss
s
1970
15
54
102
87
14
39
105
149
38
558
1971
5
8
745
48
5
9
25
99
62
301
1972
0
0
124
4
1
10
24
12
6
61
1973
6
9
82
7
0
26
87
127
38
296
1974
0
9
8
7
8
21
31
56
4
144
1.3.3. Тема: «Кривые доминирования»
Кривыми доминирования называются графики зависимости степени
доминирования вида от занимаемого им ранга. Существует три типа кривых
доминирования (приложение 5, рисунок 6 — 7).
Задание:
1.
Проанализировать данные таблицы 13.
2.
Рассчитать степень доминирования видов птиц в биоценозе
«посевы с лесополосами»
18
3.
Построить кривую относительного доминирования видов птиц в
в биоценозе «посевы с лесополосами» (таблица 14.
4.
Определить ее тип и сделать соответствующее заключение по
результатам работы (приложение 5, рисунок 6).
Таблица 13— Видовой состав и численность птиц на полях северных
районов Нижнего Поволжья
Численность птиц (на 1 км маршрута)
вид
Посевы с
Ковыльная степь
Посевы без лесополос
лесополосами
Гнездящиеся
Степной жаворонок
25,8
14,2
11,0
Полевой жаворонок
18,0
0,02
2,6
Малый жаворонок
3,1
4,7
3,2
Каменка- плясунья
0,6
0,01
Каменка- плешанка
0,3
Желтая трясогузка
0,05
Розовый скворец
0,03
Чибис
0,2
Перепел
0,17
Лунь полевой
0,08
0,2
Лунь степной
0,1
Степной орел
0,1
Не гнездящиеся, но иногда использующие данный биотоп для кормежки
Славка серая
0,1
Городская ласточка
0,2
0,2
Деревенская ласточка
0,6
0,7
Береговая ласточка
0,2
Полевой воробей
0,05
Камышовая овсянка
0,03
0,05
Серая ворона
0,02
0,08
Сизоворонка
0,3
Грач
0,3
1,2
Сорока
0,2
0,01
Стриж
0,02
Щурка золотистая
0,4
0,04
Сизый голубь
0,8
Белогрудая чайка
0,2
Чеглок
0,02
Кобчик
0,4
0,01
Черный коршун
0,02
Обыкновенная
0,01
пустельга
Методика расчета:
19
Для определения относительной степени доминирования строится
подсобная таблица 14.
1.
Степень доминирования (Pi ) рассчитывается по формуле:
,
Где ∑Pi≈100%
2.
Ранг, занимаемый тем или иным видом, определяется в
соответствии с рассчитанной степенью доминирования. Если у нескольких
видов степень доминирования оказалась одинаковой, то их ранг вычисляется
как среднее арифметическое из рангов, которые эти виды могли бы иметь
при различном выражении степени доминирования.
3.
Затем строится график зависимости степени доминирования вида
от занимаемого им ранга.
Таблица 14 Подсобная таблица для расчетов уровня доминирования
Степень
доминирования,
Pi
Численность на 1
км маршрута, xi
вид
ранг
Итого (Робщ.)
1.3.4. Тема: «Сходство видового состава популяции»
Задание. В таблице 15 риведены сокращенные описания лесных
фитоценозов, характерных для Белгородской области.
20
Таблица 15 — Видовой состав лесных фитоценозов
Название
фитоценоза
Видовой состав
древесного
полога
Сосна, дуб
Сосняк
ракитниковозлаковый
Сосняк
Сосна, дуб, осина,
травяной с
береза, клен
дубом
остролистный
Дубняк
осоковозлаковый
Дуб, ясень, осина,
клен полевой
Дубняк
осоковоснытьевый
Дуб, ясень, осина,
клен полевой, клен
остролистный, липа,
ильм
Дубняк
снытьевый
Дуб, ясень, клен
полевой, клен
остролистный, липа
Видовой состав
подлеска
Видовой состав
травяного покрова
Ракитник, карагана,
вишня степная,
боярышник
Клен татарский,
крушина, бересклет
бородавчатый,
Типчак, очиток едкий, мятлик,
овсяница, тимофеевка степная,
гвоздика, вейник
Купена, ландыш, подмаренник,
душица, мятлик, перловник,
грушанка, медуница, клевер,
золотая розга
Клен татарский,
Осока волосистая, мятлик, ежа
бересклет
сборная, перловник, фиалка,
бородавчатый,
звездчатка, копытень, сныть,
боярышник, лещина медуница
Лещина, клен
Осока волосистая, сныть,
татарский, бересклет купена, папоротник, костяника,
бородавчатый,
грушанка, копытень, медуница
бересклет
европейский
Лещина, бересклет
Сныть, копытень, звездчатка,
бородавчатый,
будра, медуница, купена,
бересклет
фиалка, хохлатка, ветреница
европейский
Определите сходство (по коэффициенту Жаккара) их видового
состава и методом полярной ординации разместите их на оси градиента
среды. Определите вид этого градиента.
Из списков видового состава приведенных фитоценозов назовите
диагностические (характерные, дифференциальные виды).
Методика расчета
1. Расчет коэффициента Жаккара производится по формуле:
где j – число общих видов на обоих участках;
а – число видов на участке А;
b – число видов на участке В.
Несходство (D) можно определить по формуле:
D = 1 – CJ
21
1.3.5. Тема: «Сукцессия»
Задание
1:
В
таблице
16
приведены
тезисы
концепции
детерминированной сукцессии Ф. Клементса. Заполните таблицу, вписав в
нее соответствующие представления оппонентов этой концепции (Уиттекера,
Коннела, Слейтера).
Таблица 16 — Концепция детерминированной сукцессии Ф. Клементса
Ф. Клементс
Оппоненты
Сукцессия представляет собой жестко детерминированный процесс смены
стадий, которым соответствуют группы видов.
Сукцессионное развитие экосистем данного региона приводит к единому
климаксному состоянию.
В ходе сукцессии происходит улучшение условий.
Самое высокое видовое разнообразие характерно для климаксовых
сообществ.
Климакс – самое продуктивное сообщество с максимальным запасом
биомассы для данного климата.
Эволюция сообществ описывается континуальной (коадаптационной)
моделью.
Задание 2: Заполните таблицу 17, характеризующую различные модели
межвидовых отношений в ходе сукцессий.
Таблица 17 — модели межвидовых отношений в ходе сукцессий
Признак
Модель
Благоприятствование Толерантность Ингибирование
Изменение
условий
Изменение
структуры
сообщества
Стратегии
популяций
Характеристика
межвидовых
отношений
Примеры
Практическое
использование
закономерностей
22
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
ИЗУЧЕНИЯ ПО КУРСУ
2.1. Раздел I: «Структура и динамика популяций»
Популяции
1.
с
партеногегетическим
и
гингетеническим
размножением;
2.
Генетическая и экологическая точка зрения на популяцию;
3.
Этологическая структура популяции;
4.
Территориальные отношения, территориальность животных;
5.
Процесс цикломорфоза;
6.
Растущие, стабильные и убывающие популяции;
7.
Ценопопуляции. Отличия от популяций животных;
8.
Генеалогические,
иммуногенетические,
цитогенетические,
феногенетические, статистические методы анализа структуры популяции;
Регуляция плотности населения популяции через ее структуру;
9.
10. Кривые и таблицы выживания.
11. Найти и записать следующие определения терминов: виоленты,
клоны, патиенты, эксплеренты, монокарпические и поликарпические виды,
моноциклические
и
полициклические
виды,
моновольтинные
и
поливольтинные виды, тонкомер, редколесье, мозаичность ландшафта,
сезонные формы, таксация, древостой, модулярные и унитарные организмы,
асимптота.
2.2. Раздел II: «Гомеостаз и взаимодействие популяций»
1.
Закономерности нарушения доминантности;
2.
Регуляция плотности у растений;
3.
Механизм поддержания иерархии;
4.
Взаимоотношения хищник-жертва. Приспособление хищников и
5.
Взаимоотношения растение-животное;
жертв;
23
6.
адаптации,
Найти и записать следующие определения термина: болезнь
микроэволюционные
процессы,
инбридинг,
экологическая
пластичность популяции, антагонизм.
2.3. Раздел III: «Биоценозы, биогеоценозы и экосистемы. Их структура и
динамика»
1.
Типы цепей питания;
2.
Интродукция и акклиматизация видов на территории Российской
Федерации;
3.
Примеры влияния компонентов биоценоза на изменение рельефа;
4.
Основные экосистемы Земли (доклады на семинаре);
5.
Найти и записать следующие определения терминов: принцип Ле
Шателье, элиминация, травянистые полуаридные формации, эстуарии, видыиндикаторы, эфемеры, эфемероиды, энтропия, макрофиты, биоморфы, видыантагонисты, парцелла.
2.4. Раздел IV: «Системный анализ биоценозов, биогеоценозов и
экосистем»
1.
Контуры обратных связей;
2.
Теория фундаментальных триад (Н.С. Бурин);
3.
Теория физических структур;
4.
Концепция адаптивной самоорганизации сложных систем.
5.
Найти
и
записать
следующие
эмерджентность экосистемы.
24
определения
терминов:
3. РЕФЕРАТИВНАЯ И СЕМИНАРСКАЯ РАБОТА ПО КУРСУ
«ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ И СООБЩЕСТВ»
Цель работы. Приобретение студентами навыков самостоятельной
работы, имитация выполнения научной работы, приобретение навыков
публичных выступлений, углубленное изучение учебной дисциплины.
Время
проведения.
1
доклад
(10-15
мин,
до
4-х
страниц
машинописного текста) + 10-15 минут на обсуждение.
Задания:
1.
Написание реферата по выбранной теме.
2.
Подготовка и доклад студента по выбранной тематике.
3.
Участие слушателей в обсуждении доклада: каждый участник
обязательно задает вопрос по докладу или комментирует выступление
товарища, предлагает оценку доклада. По итогам доклада выставляется
оценка докладчику по традиционной пятибалльной системе оценок, а также
оценка участникам обсуждения по двухбалльной системе (например: «+» или
«-»).
Тема реферата (доклада) выбирается студентами самостоятельно из
предложенного перечня и согласовывается с преподавателем.
Написание рефератов предполагает углубленную самостоятельную работу
студента на основе изучения учебной и дополнительной литературы. Реферат
оформляется на отдельных листах рукописным или машинописным
способом. Его объем должен составлять около 20 листов рукописного или 15
листов машинописного текста.
25
Тематика рефератов по теме «Экологические системы Земли»
№
тема
1
Тундра
2
Леса умеренной зоны
3
Степи умеренной зоны
4
Полупустыни и пустыни
5
Тропические степи (саванны)
6
Влажные тропические леса
7
Болота
8
Экосистема Антарктики
9
Открытый океан
10
Зоны прибрежного шельфа
11
Коралловые рифы
12
Реки
13
Озера
14
Моря
15
Глубоководные экосистемы
16
Высокогорные экосистемы
План реферата
1.
Климатические условия экосистемы
2.
2. Почвенный покров (донный рельеф, состав донных отложений)
3.
Растительное сообщество
4.
Животное сообщество
5.
Основные экологические функции данной экосистемы
6.
Трофическая сеть экосистемы
7.
Основные экологические проблемы экосистемы
26
4. КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Раздел «Структура и динамика популяций»
Контрольная работа по данному разделу рассчитана на 2 часа.
Варианты контрольных работ состоят из трех вопросов.
1.
Практическое задание или задача.
2.
Теоретический вопрос, раскрыть который необходимо как
можно полнее.
3.
Вопрос на знание терминологии: студенту дается несколько
терминов, определения которых он должен отразить в работе.
Теоретические вопросы для контрольной работы
1.
Возрастная структура популяции;
2.
Исторические предпосылки возникновения дэмэкологии;
3.
Классификация особей по возрасту;
4.
Классификация типов стратегий;
5.
Поддержание генетической структуры популяции;
6.
Поддержание пространственной структуры популяции;
7.
Полезно-вредные отношения;
8.
Половая структура популяции;
9.
Популяция как биологическая система. Типы популяций;
10. Популяционная структура вида у растений;
11. Популяционная структура вида;
12. Пространственная структура популяции;
13. Регуляция плотности населения;
14. Репродуктивный потенциал и рост численности;
15. Статические показатели популяции;
16. Типы динамики
27
Практические задания для контрольной работы
1.
Построить половозрастную пирамиду популяции, используя
данные структуры популяции. Определить ее тип.
2.
Начертить схемы популяционной структуры вида.
3.
Составить таблицу этологической структуры популяции.
4.
Составить обобщенный (базовый) возрастной спектр для хохлаток
из всех биотопов. Отметить, к какому типу он относится и какой популяции
соответствует.
5.
Составить таблицу выживаемости популяции. Начертить кривую
выживаемости и определить ее тип.
6.
Определить тип пространственного распределения популяции по
отношении дисперсии к среднему числу особей на площадке.
7.
Определить и проанализировать динамику популяций хищника и
жертвы.
8.
Определить частоты генотипов по формуле Бернштейна.
Определения
1. К-стратеги;
2. L-стратеги;
3. r-стратеги;
4. Абсолютная рождаемость;
5. Агрегированный тип распределения популяции;
6. Биологические расы;
7. Биологические свойства популяции;
8. Биотип;
9. Возрастная группа;
10. Вторичная половая структура;
11. Гомеостаз;
12. Групповые свойства популяции;
13. Динамические показатели популяции;
28
14. Диффузный тип распределения особей;
15. Зона сходного благоприятствования;
16. Клон;
17. Клональные популяции;
18. Колония;
19. Логистический рост численности;
20. Метод полного изъятия путем серии последовательных отловов;
21. Метод тотального подсчета;
22. Морфобиологические группы;
23. Общий адаптационный синдром;
24. Патиенты;
25. Плотность популяции;
26. Поведение;
27. Подвид;
28. Поколение;
29. Половозрастные пирамиды;
30. Популяционные волны;
31. Популяция;
32. Приплод;
33. Пространственная структура популяции;
34. Равномерный тип распределения особей;
35. Репродуктивный потенциал;
36. Рождаемость;
37. Сигмоидальный рост численности популяции;
38. Слабые осцилляции;
39. Смертность;
40. Стабильный тип динамики популяции;
41. Статические свойства популяции;
42. Тип стратегии;
43. Топические связи;
29
44. Третичное соотношение полов;
45. Удельная рождаемости;
46. Флуктуации численности;
47. Формула Бернштейна;
48. Ценопопуляция;
49. Цикломорфоз;
50. Частота встречаемости;
51. Численность;
52. Экологическая популяция;
53. Эксплеренты;
54. Экспоненциальный рост численности;
55. Эруптивные виды;
56. Эфемерный тип динамики.
30
5. ИТОГОВАЯ ФОРМА КОНТРОЛЯ ПО КУРСУ
Итоговой формой контроля знаний, умений и навыков по данной
дисциплине является экзамен.
Экзаменационный
билет
включает три
вопроса. Все
билеты
равноценные по сложности. Полный ответ на каждый вопрос оценивается 5
балами. Общая оценка является средним арифметическим оценок трех
вопросов.
Значительной ошибкой при ответе на вопрос считается неверная
формулировка
определения,
а
также
неверное
описание
строения,
функционирования или взаимодействия объектов, протекание процессов,
неверное понимание основных законов и закономерностей и т.д.
Если в формулировках или в описаниях допущены неточности, в
целом не изменяющие правильного смысла ответа, ошибка считается
незначительной.
Критерии оценки ответов
Оценка
Исчерпывающие ответы без ошибок и неточностей
Правильные
ответы
на
все
вопросы
с
5 (отлично)
несущественными неточностями
При
ответах
на
вопросы
имеется
небольшое
количество незначительных ошибок и неточностей
Ответы на вопросы правильные только в общих
чертах, большое количество неточностей
Значительные неточности при ответах на вопросы
4 (хорошо)
3 (удовлетворительно)
2
(неудовлетворительно)
31
Примерные вопросы к экзамену1
1.
Биоценоз как биологическая система. Функции биоценоза
2.
Биологическая продуктивность биоценозов
3.
Вертикальная структура биогеоценоза
4.
Взаимовредные отношения
5.
Взаимоотношения растений и животных
6.
Взаимополезные отношения
7.
Взаимосвязи в биогеоценозе
8.
Видовая структура биоценоза
9.
Возрастная структура популяции
10. Генетическая
и
экологическая
точка
зрения
на
понятие
«популяция».
11. Генетическая структура популяции
12. Географические и экологические популяции
13. Горизонтальная структура биоценозов
14. Динамические показатели популяции
15. Доминантность. Закономерные нарушения доминантности
16. Закономерности сукцессионного процесса
17. Иерархия популяций. Механизмы поддержания иерархии.
18. Интерференция и эксплуатация. Сущность. Различия
19. Исторические предпосылки возникновения дэмэкологии
20. Классификация особей по возрасту
21. Классификация типов стратегий у растений
22. Климакс и эволюционная сукцессия
23. Кривые доминирования. Принципы построения. Типы кривых
доминирования
24. Межвидовые отношения по В.И. Беклемишеву
1
Вопросы к экзамену могут претерпевать некоторую корректировку с течением времени.
32
25. Методы учета численности особей популяции
26. Механизмы «индивидуализации» территории
27. Механизмы
поддержание
генетической
гетерогенности
биоценоза
28. Механизмы регуляции плодовитости и плотности населения
29. Органические функции биоценоза
30. Особенности экосистем
31. Отличия экспоненциального и логистического роста численности
32. Паразитизм. Виды паразитизма
33. Периодические и непериодические колебания численности.
Причины колебаний
34. Пищевые цепи. Типы пищевых цепей
35. Поддержание генетической структуры
36. Полезнонейтральные отношения
37. Половозрастные пирамиды. Типы. Принципы построения
38. Популяционная структура вида
39. Популяционная структура вида у растений
40. Популяция как биологическая система. Типы популяций
41. Принцип гомеостаза популяции
42. Регуляция плотности у растений
43. Репродуктивный потенциал и рост численности
44. Сопряженность видов в фитоценозе
45. Стабильность и устойчивость эекосистем
46. Статические показатели популяции
47. Сукцессии. Виды сукцессий
48. Сущность биологических показателей популяции
49. Сущность
понятия
«ценопопуляция».
Базовые
спектры
ценопопуляций.
50. Теории видового разнообразия
51. Территориальность животных. Территориальные отношения.
33
52. Типы динамики численности
53. Типы стратегий у растений
54. Устойчивость и динамика биоценозов
55. Экологические пирамиды и экологические ниши
56. Экосистемы. Состав и структура. Отличия естественных и
искусственных экосистем.
57. Этологическая структура популяции
34
6. МОДУЛЬНО -РЕЙТИНГОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ ПО
КУРСУ
Рейтинговая система оценки качества учебной работы студента
включает в себя следующие этапы:
1.
Учет посещаемости лекций;
2.
Учет знания лекционного материала;
3.
Учет посещаемости практических занятий;
4.
Учет текущей активности студента на занятиях;
5.
Учет качества выполняемой домашней самостоятельной работы.
Критерии рейтинговой оценки (таблица):
1.
Посещаемость одной лекции оценивается в 0,5 балла;
•
пропуск лекции по уважительной причине — 0 баллов
•
пропуск лекции без уважительной причины — минус 0,5 балла.
2.
посещаемость одного практического занятия может быть оценена
максимально на 0,5 балла, если студент:
•
пришел на занятие без опоздания:
•
подготовился к теоретическому опросу;
•
добросовестно выполнил все практические задания.
За невыполнение перечисленных требований баллы вычитаются.
3.
Текущая успеваемость студента рассчитывается по пятибалльной
системе, а позже проводится рейтинговый перерасчет по следующей схеме:
•
оценка «отлично» — 3 балла;
•
оценка «хорошо» — 2 балла;
•
оценка «удовлетворительно»: 1 балл;
•
оценка «неудовлетворительно» — минус 1 балл.
Таким же образом рассчитывается рейтинговая оценка контрольных
работ.
35
4.
Студент,
пропустивший
занятие
или
заработавший
неудовлетворительную оценку, обязан прийти на отработку занятия к
преподавателю. Такие отработки оцениваются в 1 балл.
5.
В течение семестра студент должен выполнять домашние
самостоятельные задания. Задания для самостоятельной работы выполняются
письменно в тетради по самостоятельной работе и еженедельно сдаются
преподавателю на проверку. Самостоятельные задания по курсу «Экология
популяций и сообществ» подразделяются на несколько типов.
•
Теоретические вопросы для самостоятельного изучения —
правильное и своевременное выполнение оценивается в 1 балл.
•
Задачи и практические задания для самостоятельной работы —
правильное и своевременное выполнение оценивается в 2 балла.
•
Работа с терминологией и прочая самостоятельная работа —
правильное и своевременное выполнение оценивается в 0,5 балла.
•
Реферативная
и
семинарская
работа
—
правильное
и
своевременное выполнение оценивается в 2 балла.
Несвоевременно выполненная самостоятельная работа оценивается в
половинном размере.
За семестр студент должен заработать 60% всего рейтинга, остальные
40% он зарабатывает на экзамене.
36
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
1.
Ручин А. Б. Экология популяций и сообществ М.: Издательский
центр «Академия», 2006, — 352 с.
2.
Шилов И. А Экология М.: «Высшая школа», 2003, — 512 с.
Дополнительная литература
1.
Басов
В.
М.
Задачи
по
экологии
М:
Книжный
дом
«ЛИБРОКОМ», 2009, — 160 с.
2.
Гиляров А. М. Популяционная экология М.: МГУ, 1990, — 191 с.
3.
Козлов О. В., Садчиков А. П. Задачник по экологии Ростов-на-
Дону: Феникс, 2006, —125 с.
4.
Петунин О. В. Сборник задач и упражнений по общей экологии
Задачник по экологии Ростов-на-Дону: Феникс, 2008, — 188 с.
Ценопопуляции растений: развитие и взаимоотношения, М: Наука, 1977, —
131 с.
37
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Половозрастные пирамиды
Рисунок 1 — возрастная пирамида популяции муфлона в заповеднике
Бавелла на Корсике
Существует три основных типа возрастных пирамид (рисунок 2).
Рисунок 2 — Примеры возрастной структуры популяции человека
38
Приложение 2
Основные типы и примеры кривых выживания
Рисунок 3 — основные типы кривых Рисунок 4 — кривые выживания
выживания
самцов и самок снежного барана
Приложение 3
Таблица 1 —Возрастные периоды и состояния у семенных растений
Период
Возрастное состояние
Индекс
I. Латентный
(первичного покоя)
1. Семена
sm
II. Прегенеративный
(виргильный)
2.
3.
4.
5.
Проросток (всход)
Ювенильное
Имматурное
Виргильное
(молодое
вегетатавное)
6. Молодое генеративное
7. Зрелое генеративное
8. Старое генеративное
9. Субсенильное
(старые
вегетативное)
10.Сенильное
11.Отмирающее
pl
j
im
III. Генеративный
IV.
Постгенерат
ивный (сенильный)
39
v
g1
g2
g3
ss
s
sc
Приложение 4
Базовые спектры ценопопуляций растений
Рисунок 5 — Типы базовых возрастных спектров ценопопуляции (по
Л.Б. Заугольновой и др., 1988): А — левосторонний; Б — одновершинный
симметричный;В— правосторонний; Г—двухвершинный. Штриховка —±Зσ;
40
Приложение 5
Основные типы кривых доминирования
Рисунок 6 — Основные типы кривых
относительного
доминирования
в
гипотетическом сообществе из 20
видов, соответствующие моделям
случайного распределения ресурсов
1- по Мак-Артуру,
2- геометрического распределения;
3- логнормального распределения
41
Рисунок 7 — Три примера графиков
относительного доминирования для
естественных сообществ.
1 - сообщество гнездящихся
птиц лиственного леса и Западной
Вирджинии, ранжированное по
плотности популяций, описывается
случайным распределением по
Мак-Артуру.
2 - сообщество сосудистых
растений субальпийского елового
леса в Грейт Смоки Маунтинз,
Теннесси,
характеризуется
геометрическим
распределением
относительных значений чистой
первичной продукции входящих в
него видов.
3 - сообщество сосудистых
растений лиственного леса в
ущелье в Грейт Смоки Маунтинз,
Теннесси,
имеет
близкое
к
логнормальному
распределение
относительных значении чистой
первичной
продуктивности
входящих и него видов.
42