Министерство общего и профессионального образования
Российской Федерации
Томский государственный университет
систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)
Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)
Контрольная работа № 1
По дисциплине «Экология»
Вариант № 6
Выполнил студент:
Проверил:
Преподаватель
_____________
Оглавление
Чем определяется экологическая структура популяции? Какие факторы определяют ее устойчивость, а какие ведут к ее вымиранию?
Круговорот фосфора в биосфере.
Выполнить практические работы №1 и №4. Ваш вариант в указанных работах - №6.
Правильно ли сделали измерение БПК сточной воды, если замер показал БПК = 100 мг х л-1, а замер ХПК = 150 мг х л-1?
Какое сочетание свойств воды и температурных условий на Земле было решающим для возникновения жизни?
Назовите источники поступления в атмосферу парниковых газов.
Единство и разнообразие живых систем. Термодинамика биологических систем.
Внутреннее облучение от космогенных радионуклидов.
1. Чем определяется экологическая структура популяции? Какие факторы определяют ее устойчивость, а какие ведут к ее вымиранию?
Популяция - это совокупность особей одного биологического вида, населяющих одну территорию, имеющих общий генофонд и возможность свободно скрещиваться. В состав одного вида организмов может входить несколько, иногда много популяций, в большей или меньшей степени изолированных друг от друга. Если представителей разных популяций одного вида поместить в одинаковые условия, они сохранят свои различия. Но принадлежность к одному виду обеспечивает возможность получения плодовитого помесного потомства от представителей разных популяций.
Популяция — элементарная форма существования вида в природе. Популяции эволюционируют и являются единицами эволюции видов и видообразования.
Различают половую, возрастную, генетическую, пространственную и экологическую структуры популяций.
Экологическая структура популяции — это подразделенность всякой популяции на группы особей, по-разному взаимодействующие с факторами среды. Легко выявляются группировки по питанию, так как особи разного пола и возраста обладают различным пищевым предпочтением. Разные члены популяции отличаются друг от друга по ориентировочному поведению и по двигательной активности; у многих животных хорошо выражены различия реакций избегания опасности или оптимизационного поиска.
Часто наблюдается распределение функций («разделение труда») при охоте на добычу, при уходе за потомством и т.п. Наличие мигрирующих и немигрирующих групп особей накладывает отпечаток на ряд физиологических особенностей питания, полового поведения, групповой активности. Для всех популяций характерна, по-видимому, и фенологическая дифференциация: разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения (диапауза, спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и т.п.); наличие сезонных рас у насекомых, растений, проходных рыб.
Таким образом, популяционный уровень занимает особое место в иерархии живого вещества: с одной стороны, популяция является элементарной единицей эволюционного процесса, а с другой — элементарной единицей биоценотического взаимодействия.
Нижеприведенные факторы и свойства, совокупно, влияют на устойчивость и вымирание популяции.
Основным свойством популяции, как и любой экологической системы, является то, что она не стабильна, а находится в непрерывном изменении, в движении, которое существенно отражается на ее структурно-функциональной организованности, продуктивности, биологическом разнообразии и устойчивости.
Структура популяции характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространств. Функции популяции тождественны функциям других биосистем. Популяциям свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях среды, т.е. популяция обладает конкретным генетическими и экологическими характеристиками. Основными параметрами популяции являются ее численность и плотность.
Численность популяции — это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Численность никогда не бывает постоянной и зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. Процесс размножения ведет к росту, а смертность приводит к сокращению численности.
Плотность и численность популяции. Влияние популяции на сообщество и экосистему зависит не только от того, из каких организмов она состоит, но и от их численности (N), которая означает общее количество организмов, населяющих ту или иную территорию. Кроме численности, важным показателем является плотность популяции - отношение количества особей к единице пространства. Она измеряется числом особей или биомассой популяций на единицу площади или объема. Например, 400 деревьев на 1 га, 2 млн. диатомовых водорослей на 1 м3 воды, 100 кг рыбы на 1 га поверхности водоема. При изучении плотности популяции различают среднюю плотность, то есть число особей на единицу всего пространства, и экологическую, или специфическую, плотность - число особей на единицу заселенного пространства (доступной площади или объема, которые могут быть заселены популяцией).
Подобно другим популяционным признакам, плотность популяции варьируется в определенных пределах. Однако ее изменение не бесконечно. Существуют определенные верхние и нижние пределы, имеющие место в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно долгого времени. Например, на некоторой площади леса может жить в среднем 100 птиц и 20 000 почвенных членистоногих, но никогда не бывает наоборот - 20 000 птиц и 100 почвенных членистоногих.
Верхний предел плотности популяции определяется потоком энергии в экосистеме, трофическим уровнем, к которому относится организм, а также объемом и интенсивностью его метаболизма.
Нижний предел выделить значительно сложнее, особенно в стабильных экосистемах, в которых, как правило, действуют механизмы, поддерживающие плотность обычных или доминирующих организмов в довольно ограниченных пределах.
При изучении плотности популяции наибольшие трудности возникают из-за того, что особи в популяции часто распределены в пространстве неравномерно и образуют более или менее обособленные скопления. В таких случаях достоверность исследований зависит от числа выборок, то есть чем менее равномерно на территории распределены особи, тем больше должно быть выборок.
В тех случаях, когда при изучении плотности популяции невозможно определить ее абсолютную величину, этот показатель выражают относительными величинами и характеризуют вид как "многочисленный", "обычный", "редкий" и т.д. Однако эти характеристики необходимо привязывать к определенным численным значениям.
Динамика популяций. Популяция изменчива во времени, и при ее изучении определенный интерес представляют не только ее состав и величина в каждый определенный момент, но также и то, как она изменяется. Зная скорость изменения популяции, можно судить о многих ее особенностях, условиях развития и, косвенно, о состоянии экосистемы в целом.
Скорость изменения численности популяции можно определить путем деления величины изменения количества особей на период времени, за который оно произошло. Полученная величина будет характеризовать скорость, с которой численность изменяется во времени. Средние скорости изменения популяций принято выражать в виде V = DN / Dt, где N - размер популяции (или другой показатель), t - время. Мгновенные скорости принято выражать соотношением DN / Dt . Например, предположим, что популяция из 100 представителей в некотором объеме воды за час увеличилась до 150 особей. Тогда DN = 50, Dt = (150 - 100) * 1 = 50 особей в час.
Рождаемость. Рождаемость - способность популяции к увеличению численности за счет размножения. Этот термин используется и для популяции человека. Он характеризует частоту появления новых особей вида. Различают максимальную и экологическую рождаемость.
Максимальная, или абсолютная, физиологическая, рождаемость - появление теоретически максимально возможного количества новых особей в идеальных условиях, то есть при отсутствии лимитирующих факторов. Этот показатель - постоянная величина для данной популяции.
Экологическая, или реализуемая, рождаемость обозначает увеличение популяции при фактических, или специфических, условиях среды. Она зависит от состава, размера популяции и фактических условий среды.
Рождаемость обычно выражают в виде скорости, определяемой путем деления числа вновь образовавшихся особей за определенный промежуток времени ( [dNn / dt] - абсолютная рождаемость) или числом новых особей в единицу времени на единицу популяции ([dNn / Ndt] - специфическая, удельная рождаемость), где N - размер популяции или только части, способной к размножению. Например, для высших организмов рождаемость выражают в расчете на одну самку, а для популяции человека - в расчете на 1000 человек.
Рождаемость может быть нулевой или положительной, но никогда - отрицательной.
Максимальная рождаемость - это теоретический верхний предел, который популяция могла бы достичь в идеальных условиях. Несмотря на трудности при практическом определении этого показателя, он представляет интерес по следующим причинам. Во-первых, максимальная рождаемость служит критерием для сопоставления с реальной рождаемостью. Например, показатель рождаемости в популяции птиц 4 птенца в год будет иметь реальный смысл, если известен верхний предел, до которого она могла бы увеличиваться в менее лимитирующих условиях. Во-вторых, так как максимальная рождаемость - величина постоянная для данной популяции, этот показатель можно использовать для математических расчетов и прогнозирования скорости роста популяции.
Максимальная рождаемость как характеристика популяции ценна тем, что с ней, как с константой, можно сравнивать различные наблюдаемые величины рождаемости. Использовать ее имеет смысл только в тех случаях, когда известны условия, при которых она определяется. Следует отметить, что понятие "максимальная рождаемость" относится к популяции, а не к изолированным особям. За меру рождаемости следует принимать среднюю, а не индивидуальную наибольшую или наименьшую репродукционную способность. Наиболее корректно определение максимальной рождаемости не только при отсутствии лимитирующих физических факторов, но и при оптимальных размерах популяции.
При сравнении рождаемости в популяциях разных видов возникают трудности, связанные с несопоставимостью жизненных циклов. Поэтому при изучении рождаемости необходимо учитывать цикл развития организмов, особенно когда сравниваются различные популяции. В этом случае необходимо быть уверенным, что сравнение вообще возможно.
Смертность. Этот показатель характеризует гибель особей популяций за определенный период времени. Так же, как и в случае с рождаемостью, смертность можно выразить числом особей, погибших за определенный период.
Различают специфическую смертность - число смертей по отношению к числу особей, составляющих популяцию; экологическую или реализуемую, смертность - гибель особей в конкретных условиях среды (величина непостоянная, изменяется в зависимости от состояния природной среды и состояния популяции).
Существует некая минимальная величина, характеризующая гибель особей в идеальных условиях, когда на популяцию не воздействуют лимитирующие факторы. В этих условиях максимальная продолжительность жизни особей равна их физиологической жизни, которая в среднем выше экологической продолжительности жизни.
При проведении исследований часто значительно больший интерес, чем смертность, представляет показатель выживания особей. Если число погибших особей представить как М, то выживаемость будет равна 1-М
Специфическую смертность обычно выражают числом особей, погибших за определенное время, выраженным в процентах от начальной численности популяции. Как и в случае с рождаемостью, необходимо принять минимальную смертность за теоретическую константу. Даже в идеальных условиях в любой популяции происходит смерть от старости, то есть имеет место какая-то минимальная смертность, определяемая физиологической продолжительностью жизни особей. В природе средняя продолжительность жизни особей намного меньше, чем потенциальная, и фактическая величина смертности выше минимальной. Смертность, как и рождаемость, особенно у высших организмов, сильно варьируется с возрастом, поэтому при изучении смертности организмов популяцию целесообразно разделить на возрастные группы. Целостное представление о смертности в популяциях дают демографические таблицы (один из методов статистического анализа популяций), в которых приводится возрастная структура по продолжительности жизни особей. Они могут содержать следующие графы:
возраст (временные промежутки);
отклонение возраста от средней продолжительности жизни;
число особей, погибших в каждом возрастном интервале на 1000 рожденных;
число особей, выживших в начале каждого возрастного интервала;
смертность в начале каждого возрастного интервала на 1000 живых особей;
ожидаемая продолжительность жизни, или среднее время предстоящей жизни.
На основании анализа демографических таблиц можно строить кривые выживаемости особей в популяции, которые могут быть достаточно информативны. Выделяют три типа кривых выживаемости (рис. 1):
рис 1. три типа кривых выживаемости
сильновыпуклые кривые (I) - характерны для видов организмов в популяциях, смертность которых почти до конца жизненного цикла остается низкой. Такой тип кривых выживания характерен для многих видов крупных животных, в том числе и для человека;
сильновогнутые кривые (IV) - характерны для видов организмов в популяциях, смертность которых чрезвычайно высока на ранних стадиях развития, а в дальнейшем становится низкой. Например, семена дуба при прорастании погибают в больших количествах, а гибель укоренившихся растений остается чрезвычайно низкой;
кривые промежуточного типа (II-III) относятся к тем видам, у которых смертность для каждой возрастной группы - величина постоянная.