Жизнеспособность популяции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общее понятие об экологии

Экология (от греч. oikos - дом, жилище, местопребывание и... логия), наука, изучающая взаимосвязи организмов с окружающей средой, т. е. совокупностью внешних факторов, влияющих на их рост, развитие, размножение и выживаемость. До некоторой степени условно факторы эти можно разделить на «абиотические», или физико-химические (температура, влажность, длина светового дня, содержание минеральных солей в почве и др.), и «биотические», обусловленные наличием или отсутствием других живых организмов (в том числе, являющихся объектами питания, хищниками или конкурентами).

В центре внимания экологии - то, что непосредственно связывает организм с окружающей средой, позволяя жить в тех или иных условиях. Экологов интересует, например, что потребляет организм и что выделяет, как быстро он растет, в каком возрасте приступает к размножению, сколько потомков производит на свет, и какова вероятность у этих потомков дожить до определенного возраста. Объектами экологии чаще всего являются не отдельно взятые организмы, а популяции, биоценозы, а также экосистемы. Примерами экосистем могут быть озеро, море, лесной массив, небольшая лужа или даже гниющий ствол дерева. Как самую большую экосистему можно рассматривать и всю биосферу.

В современном обществе под влиянием средств массовой информации, экология часто трактуется как сугубо прикладное знание о состоянии среды обитания человека, и даже - как само это состояние (отсюда такие нелепые выражения как «плохая экология» того или иного района, «экологически чистые» продукты или товары). Хотя проблемы качества среды для человека, безусловно, имеют очень важное практическое значение, а решение их невозможно без знания экологии, круг задач этой науки гораздо более широкий. В своих работах специалисты-экологи стараются понять, как устроена биосфера, какова роль организмов в круговороте различных химических элементов и процессах трансформации энергии, как разные организмы взаимосвязаны между собой и со средой своего обитания, что определяет распределение организмов в пространстве и изменение их численности во времени. Поскольку объекты экологии - это, как правило, совокупности организмов или даже комплексы, включающие наряду с организмами неживые объекты, ее определяют иногда как науку о надорганизменных уровнях организации жизни (популяциях, сообществах, экосистемах и биосфере), или как науку о живом облике биосферы.

Термин «экология» был предложен в 1866 году немецким зоологом и философом Э. Геккелем, который, разрабатывая систему классификации биологических наук, обнаружил, что нет никакого специального названия для области биологии, изучающей взаимоотношения организмов со средой. Геккель определял также экологию как «физиологию взаимоотношений», хотя «физиология» понималась при этом очень широко -как изучение самых разных процессов, протекающих в живой природе.

Безусловно, предтечей экологии можно назвать немецкого естествоиспытателя А. Гумбольдта, многие работы которого сейчас с полным правом считаются экологическими. Именно Гумбольдту принадлежит заслуга в переходе от изучения отдельных растений к познанию растительного покрова, как некоторой целостности. Заложив основы «географии растений», Гумбольдт не только констатировал различия в распределении разных растений, но и пытался их объяснить, связывая с особенностями климата.

Выдающуюся роль в подготовке научного сообщества к восприятию в дальнейшем экологических идей имели работы Ч. Дарвина, прежде всего его теория естественного отбора как движущей силы эволюции. Дарвин исходил из того, что любой вид живых организмов может увеличивать свою численность в геометрической прогрессии (по экспоненциальному закону, если пользоваться современной формулировкой), а поскольку ресурсов для поддержания растущей популяции вскоре начинает не хватать, то между особями обязательно возникает конкуренция (борьба за существование). Победителями в этой борьбе оказываются особи, наиболее приспособленные к данным конкретным условиям, т. е. сумевшие выжить и оставить жизнеспособное потомство. Теория Дарвина сохраняет свое непреходящее значение и для современной экологии, нередко задавая направление поиска определенных взаимосвязей и позволяя понять суть разных «стратегий выживания», используемых организмами в тех или иных условиях.

Для превращения экологии в самостоятельную науку очень важными были 1920-1940-е годы. В это время публикуется ряд книг по разным аспектам экологии, начинают выходить специализированные журналы (некоторые из них существуют до сих пор), возникают экологические общества. Но самое главное - постепенно формируется теоретическая основа новой науки, предлагаются первые математические модели и вырабатывается своя методология, позволяющая ставить и решать определенные задачи. Тогда же оформляются два достаточно разных подхода, существующие и в современной экологии: популяционный - уделяющий основное внимание динамике численности организмов и их распределению в пространстве, и экосистемный - концентрирующийся на процессах круговорота вещества и трансформации энергии.

Во второй половине 20-го в. завершается становление экологии как самостоятельной науки, имеющей собственную теорию и методологию, свой круг проблем, и свои подходы к их решению. Математические модели постепенно становятся более реалистичными: их предсказания могут быть проверены в эксперименте или наблюдениями в природе. Сами же эксперименты и наблюдения все чаще планируются и проводятся так, чтобы полученные результаты позволяли принять или опровергнуть заранее выдвинутую гипотезу. Заметный вклад в становление методологии современной экологии внесли работы американского исследователя Роберта Макартура (1930-1972), удачно сочетавшего в себе таланты математика и биолога-натуралиста. Макартур исследовал закономерности соотношения численностей разных видов, входящих в одно сообщество, выбор хищником наиболее оптимальной жертвы, зависимость числа видов, населяющих остров, от его размера и удаленности от материка, степень допустимого перекрывания экологических ниш сосуществующих видов и ряд других задач. Констатируя наличие в природе некой повторяющейся регулярности («паттерна»), Макартур предлагал одну или несколько альтернативных гипотез, объясняющих механизм возникновения данной регулярности, строил соответствующие математические модели, а затем сопоставлял их с эмпирическими данными. Свою точку зрения Макартур очень четко сформулировал в книге «Географическая экология» (1972), написанной им, когда он был неизлечимо болен, за несколько месяцев до своей безвременной кончины.

Подход, который развивали Макартур и его последователи, был ориентирован прежде всего на выяснение общих принципов устройства (структуры) любых сообществ. Однако, в рамках подхода, получившего распространение несколько позже, в 1980-х гг., основное внимание было перенесено на процессы и механизмы, в результате которых происходило формирование этой структуры. Например, при изучении конкурентного вытеснения одного вида другим, экологи стали интересоваться прежде всего механизмами этого вытеснения и теми особенностями видов, которые предопределяют исход их взаимодействия. Выяснилось, например, что при конкуренции разных видов растений за элементы минерального питания (азот или фосфор) победителем часто оказывается не тот вид, который в принципе (при отсутствии дефицита ресурсов) может расти быстрее, а тот, который способен поддерживать хотя бы минимальный рост при более низкой концентрации в среде этого элемента.

Особое внимание исследователи стали уделять эволюции жизненного цикла и разным стратегиям выживания. Поскольку возможности организмов всегда ограничены, а за каждое эволюционное приобретение организмам приходится чем-то расплачиваться, то между отдельными признаками неизбежно возникают четко выраженные отрицательные корреляции (так называемые «трейдоффы»). Нельзя, например, растению очень быстро расти и в то же время образовывать надежные средства защиты от травоядных животных. Изучение подобных корреляций позволяет выяснить, как в принципе достигается сама возможность существования организмов в тех или иных условиях.

В современной экологии по-прежнему сохраняют свою актуальность некоторые проблемы, имеющие уже давнюю историю исследований: например, установление общих закономерностей динамики обилия организмов, оценка роли разных факторов, ограничивающих рост популяций, выяснение причин циклических (регулярных) колебаний численности. В этой области достигнут значительный прогресс - для многих конкретных популяций выявлены механизмы регуляции их численности, в том числе и тех, которые порождают циклические изменения численности. Продолжаются и исследования взаимоотношений типа «хищник-жертва», конкуренции, а также взаимовыгодного сотрудничества разных видов - мутуализма.

Новым направлением последних лет является так называемая макроэкология - сравнительное изучение разных видов в масштабах больших пространств (сопоставимых с размерами континентов).

Громадный прогресс в конце 20-го столетия достигнут в изучении круговорота веществ и потока энергии. Прежде всего это связано с совершенствованием количественных методов оценки интенсивности тех или иных процессов, а также с растущими возможностями широкомасштабного применения этих методов. Примером может быть дистанционное (со спутников) определение содержания хлорофилла в поверхностных водах моря, позволяющее составить карты распределения фитопланктона для всего Мирового океана и оценить сезонные изменения его продукции.

2. Факторы среды: определения, группы, примеры

Факторы среды (экологические факторы) - это любые свойства или компоненты внешней среды, которые влияют на организмы.

Факторы среды делятся на абиотические, т.е. факторы неорганической, или неживой, природы, и биотические - порожденные жизнедеятельностью организмов.

Совокупность абиотических факторов в пределах однородного участка называется экотопом, вся совокупность факторов, включая биотические, - биотопом.

К абиотическим факторам относятся:

климатические - свет, тепло, воздух, вода (включая осадки в различных формах и влажность воздуха);

Эдафические, или почвенно-грунтовые, - механический и химический состав почвы, ее водный и температурный режим;

Топографические - условия рельефа.

Климатические и эдафические факторы во многом определяются географическим положением экотопа - его удаленностью от экватора и от океана и высотой над уровнем моря.

Среди факторов среды различаются также прямые и косвенные.

Прямые экологические факторы непосредственно влияют на растения. Примеры прямых факторов: увлажнение, температура, богатство почвы питательными элементами и др.

Косвенные экологические факторы действуют на растения опосредствованно - через прямые факторы среды. Примеры косвенных факторов: географическая широта и удаленность от океана, рельеф (высота над уровнем моря и экспозиция склона), механический состав почвы. С подъемом в горы изменяется климат (количество осадков и температурный режим); экспозиция и крутизна склона влияют на интенсивность прогревания поверхности почвы и режим ее увлажнения. Механический состав почвы (соотношение песчаных, глинистых и илистых частиц) влияет на растения и почвенную фауну через режим увлажнения и динамику питательных элементов.Кроме того, прямые абиотические факторы среды разделяются на условия и ресурсы.

Условия - это факторы среды, которые организмы не потребляют. К их числу относятся температура, влажность воздуха, соленость воды, реакция почвенного раствора, содержание в воде и почве загрязняющих веществ, которые не используются растениями как элементы питания.

Ресурсы - это факторы среды, которые потребляются организмами. Поэтому один более сильный организм может «съесть» ресурсов больше, и другому более слабому их останется меньше.

Для растений ресурсами являются свет, вода, элементы минерального питания, диоксид углерода; для животных - биомасса растений, живые животные или мертвое органическое вещество. Необходимым ресурсом для подавляющего большинства организмов является кислород.

Ресурсом может быть пространство. Растения для прохождения жизненного цикла, должны получить определенную площадь «под солнцем» и некоторый объем почвы для потребления воды и элементов минерального питания (площадь питания). Растительноядным животным нужен участок «пастбища» (для тли это будет часть листа, для косяка лошадей - десяток гектаров степи, для стада слонов - десятки квадратных километров), плотоядным животным - охотничий надел.

Изредка возможна и чисто физическая нехватка пространства. Так, крокусы даже выталкивают «лишние» луковицы из земли. В поселениях мидий раковины так плотно прижаты друг к другу, что между ними не может втиснуться новый претендент на место.

Биотические факторы являются следствием взаимоотношений организмов. Для растений - это конкуренция, влияние животных (растительноядных, паразитов, опылителей, распространителей плодов и семян), грибов (микоризных, паразитических), бактерий (азотфиксирующих и болезнетворных), вирусов. Для животных - это обеспеченность ресурсами питания, конкуренция, влияние хищников, патогенных микроорганизмов. Примерами действия биотических факторов на растения, являются нейтрализм, паразитизм, комменсализм, аменсализм, симбиоз, конкуренция, поедание. Понятие «нейтрализм» говорит само за себя, при этом сосуществующие на одной территории организмы не приносят друг другу ни пользы, ни вреда. Пример внутривидовой конкуренции - искусственный сосновый лес, где деревья одного возраста соперничают за свет. Те деревья, которые не успевают за растущими быстрее, в тени значительно хуже развиваются, и многие из них погибают. Межвидовая конкуренция прослеживается среди близких по потребностям видов и родов растений, которые входят в состав одной группы, к примеру, в смешанных лесах между грабом и дубом.

Факторы, связанные с влиянием человека, выделяются в отдельную группу антропогенных факторов.К наиболее существенным антропогенным факторам относятся химическое загрязнение воды, атмосферы и почвы, техногенное нарушение экосистем при разработке полезных ископаемых, выпас скота, рекреационное влияние, промысел животных, заготовка растительного сырья и др.В настоящее время роль антропогенных факторов резко возросла, и потому изучение последствий их влияния и разработка способов регулирования отношений человека и природы являются важнейшими проблемами прикладной экологии.Совокупности факторов абиотической среды формируют среды жизни - наземно-воздушную, водную, почвенную. Для многочисленных видов-паразитов средой жизни является организм хозяина.

Эти среды жизни различаются по условиям существования для организмов. Водная среда отличается высокой плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы. Температурный режим в ней мягче, чем на суше. Для наземно-воздушной среды характерно обилие кислорода, света, резкие изменения температуры, перепады давления и периодический дефицит влаги. Почвенная среда состоит из трех фаз: твердые частицы почвы пронизаны порами и полостями, заполненными частично водой, частично воздухом. Организм как среда жизни паразитов характеризуется практически неограниченным запасом пищи и надежной защитой.

Разные организмы используют разные среды жизни, причем, если рыбы или почвенные животные используют одну среду (соответственно водную и почвенную), то растения связаны с двумя и даже тремя средами (почвенной, наземно-воздушной и водной), две среды жизни используют амфибии (лягушки) и некоторые паразиты, которые часть жизненного цикла проводят в водной или наземно-воздушной среде.

Разнообразием условий существования организмов в разных частях планеты и в разных экотопах объясняется биологическое разнообразие - разнообразие живых организмов.

3. Половая структура популяции

Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение характерно для популяции в целом. Сцепленные с полом признаки часто определяют значительные различия в физиологии, экологии и поведении самок и самцов. В силу разной жизнеспособности мужского и женского организмов это первичное соотношение нередко отличается от вторичного и особенно от третичного -- характерного для взрослых особей. Так, у человека вторичное соотношение полов составляет 100 девочек на 106 мальчиков, к 16-18 годам это соотношение из-за повышенной мужской смертности выравнивается и к 50 годам составляет 85 мужчин на 100 женщин, а к 80 годам -- 50 мужчин на 100 женщин.

Соотношение полов в популяции устанавливается не только по генетическим законам, но и в определенной мере под влиянием среды обитания.

Соотношение особей по полу и особенно доля размножающихся самок в популяции имеют большое значение для дальнейшего роста ее численности. У большинства видов пол будущей особи определяется в момент оплодотворения в результате перекомбинации половых хромосом. Такой механизм обеспечивает равное соотношение зигот по признаку пола, но из этого не следует, что такое же соотношение характерно для популяции в целом. Сцепленные с полом признаки часто определяют значительные различия в физиологии, экологии и поведении самцов и самок. Следствием этого является более высокая вероятность гибели представителей какого-либо пола и изменение соотношения полов в популяции.

Экологические и поведенческие различия между особями мужского и женского пола могут быть сильно выражены. Например, самцы комаров семейства Culicidae, в отличие от кровососущих самок, в имагинальный период либо не питаются совсем, либо ограничиваются слизыванием росы, либо потребляют нектар растений. Но даже если образ жизни самцов и самок сходен, они различаются по многим физиологическим признакам: темпам роста, срокам полового созревания, устойчивостью к изменениям температуры, голоданию и т. п.

Различия в смертности проявляются еще в эмбриональный период. Например, у ондатр во многих районах среди новорожденных в полтора раза больше самок, чем самцов. В популяциях пингвинов Megadyptes antipodes при выходе птенцов из яиц подобной разницы не отмечается, но к десятилетнему возрасту на каждых двух самцов остается лишь одна самка. У некоторых летучих мышей доля самок в популяции после зимней спячки снижается порой до 20 %. Многие другие виды отличаются, наоборот, более высокой смертностью самцов (фазаны, утки-кряквы, большие синицы, многие грызуны).

Таким образом, соотношение полов в популяции устанавливается не только по генетическим законам, но и в известной мере под влиянием среды.

У рыжих лесных муравьев (Formica rufa) из яиц, отложенных при температуре ниже +20 °C, развиваются самцы, при более высокой - почти исключительно самки. Механизм этого явления заключается в том, что мускулатура семяприемника, где хранится после копуляции сперма, активизируется лишь при высоких температурах, обеспечивая оплодотворение откладываемых яиц. Из неоплодотворенных же яиц у перепончатокрылых развиваются лишь самцы.

Особенно наглядно влияние условий среды на половую структуру популяций у видов с чередованием половых и партеногенетических поколений. Дафнии Daphnia magna при оптимальной температуре размножаются партеногенетически, но при повышенной или пониженной температуре в популяциях появляются самцы. На появление обоеполого поколения у тлей могут влиять изменения длины светового дня, температуры, увеличение плотности населения и другие факторы.

Среди цветковых растений встречается немало двудомных видов, у которых существуют мужские и женские особи: виды ив, тополей, дрема белая, щавель малый, пролесник многолетний, бодяк полевой и др. Есть и виды с женской двудомностью, когда одни особи имеют обоеполые цветки, а другие - женские, т. е. с неразвитым андроцеем. Обычно андростерильные цветки мельче, чем обоеполые. Такое явление встречается в семействах губоцветных, гвоздичных, ворсянковых, колокольчиковых и др. Примерами видов с женской двудомностью являются чабрец Маршалла, душица обыкновенная, мята полевая, будра плющевидная, смолевка поникшая, герань лесная и др. Популяции таких видов генетически неоднородны. В них облегчено перекрестное опыление, чаще наблюдается протероандрия - более раннее созревание пыльников по сравнению с пестиками. В пределах ареала видов половая структура популяций растений более или менее постоянная, однако изменение внешних условий меняет соотношение полов. Так, в засушливый 1975 г. в Зауралье резко уменьшилось число женских форм, например у шалфея степного в 10 раз, у спаржи лекарственной в 3 раза.

У некоторых видов пол изначально определяется не генетическими, а экологическими факторами. Так, у растений Arisaema japonica пол зависит от накопления запасов питательных веществ в клубнях. Из крупных клубней вырастают экземпляры с женскими цветками, из мелких - с мужскими.

Половая структура популяции определяется по дифференциальному уравнению, предложенному Р.А. Полуэктовым.

где х^o , х⁺ -- число самцов и самок соответственно; d_t -- отрезок времени; b ^o и b ⁺ -- рождаемость самцов и самок одной половой группы соответственно, d ^oи d ⁺ -- рождаемость самцов и самок другой половой группы особей соответственно. Для определения П. с. п. существенную роль играет половой индекс:

где n₊ -- число особей женского пола, N -- общее число особей в популяции.

4. Зоны экологического поражения

Под экологическим поражением подразумевается значительное региональное или локальное нарушение условий среды, которое приводит к деструкции местных экологических систем, местной хозяйственной инфраструктуры, серьезно угрожает здоровью и жизни людей и наносит заметный экономический ущерб.

Экологические поражения бывают:

1. Резкие, внезапные, катастрофические, связанные с чрезвычайными ситуациями (ЧС), которые, в свою очередь, подразделяются на:

* природные катастрофы и стихийные бедствия (землетрясения, извержения вулканов, оползни, наводнения, природные пожары, ураганы, сильные снегопады, лавины, эпидемии, массовые размножения вредных насекомых и т.п.);

* антропогенные (техногенные) катастрофы (промышленные и коммуникационные аварии, взрывы, обвалы, разрушение зданий и сооружений, пожары и т.п.).

2. Протяженные во времени, когда поражение является длительным, постепенно затухающим последствием ЧС, катастрофы, или, наоборот, возникает и обнаруживается как результат постепенно нарастающих негативных изменений. Масштаб таких поражений объективно может быть не меньше катастрофических.

Протяженные во времени экологические поражения в природе обычно являются последствием катастрофических (стихийных или антропогенных) нарушений среды, имеют затухающий характер и сопровождаются сукцессиями.

Длящиеся антропогенные экологические поражения в техносфере также могут быть затухающими последствиями техногенных катастроф -- аварийных химических и радиационных загрязнений. Но есть и такие, которые постепенно развиваются в результате хронических техногенных загрязнений или экологических ошибок и просчетов в создании новых хозяйственных объектов и преобразовании территорий.

Между некоторыми природными и антропогенными экологическими поражениями нет четких границ. Так, часто невозможно установить истинную причину лесного пожара; оползни и наводнения могут быть следствием технических аварий, а разрушения зданий -- результатом тектонических сдвигов.

Разумеется, все региональные и локальные экологические поражения вносят существенный вклад в глобальное нарушение экосферы, в деградацию природной среды на планете.

В соответствии в Законом РФ "Об охране окружающей среды" различают зоны чрезвычайной экологической ситуации (участки территории, где происходят устойчивые отрицательные изменения природной среды) и зоны экологического бедствия (где эти изменения носят глубокий необратимый характер). Всего в РФ зарегистрировано более 400 таких зон. Катастрофы техногенного (антропогенного) характера представляют наибольшую экологическую опасность, т.к. влекут за собой травмы и гибель большого числа людей, огромные экономические потери и значительное загрязнение природной среды. Большую экологическую опасность представляют вооруженные конфликты и терроризм, особенно с применением ядерного, химического или бактериологического (биологического) оружия.

Зоны чрезвычайной экологической ситуации (ЗЧЭС) - участки территории, где происходят устойчивые отрицательные изменения в окружающей среде, угрожающие здоровью населения, состоянию естественных экосистем, генетических фондов растений и животных.

Зоны экологического бедствия (ЗЭБ) - участки территории, на которых произошли глубокие необратимые изменения окружающей природной среды, повлекшее за собой ухудшение здоровья населения, нарушение природного равновесия, разрушение естественных экосистем, деградацию флоры и фауны.

Наиболее экологически опасны техногенные аварии и катастрофы, которые сопровождаются выбросом вредных химических и радиоактивных материалов в окружающую среду (Чернобыль, Челябинск-65).

5. Охраняемые территории

Основу территориальной охраны природы в России составляет система особо охраняемых природных территорий ( ООПТ ). Статус ООПТ в настоящее время определяется Федеральным Законом "Об особо охраняемых природных территориях", принятым Государственной Думой 15 февраля 1995 г. Согласно Закону "Особо охраняемые природные территории - участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют свое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим специальной охраны."

Россия унаследовала от СССР довольно сложную систему категорий ООПТ, которая формировалась эволюционно. В Законе выделяются следующие категории:

-государственные природные заповедники, в том числе биосферные;

-национальные парки;

-природные парки;

-государственные природные заказники;

-памятники природы;

-дендрологические парки и ботанические сады;

-лечебно-оздоровительные местности и курорты.

Среди этих территорий лишь заповедники, национальные парки и заказники федерального значения имеют федеральный статус (заказники могут быть и местными), остальные формы охраны территории обычно имеют местный статус и здесь не рассматриваются. Кроме того, Закон постулирует возможность создания и других категории ООПТ, что уже реализуется. Традиционно высшей формой охраны природных территорий в нашей стране являются заповедники.

Заповедники организуются постановлением Федерального правительства и находятся под совместным управлением Федерации и ее Субъекта, на территории которого они располагаются - чисто федеральной собственности на природные объекты действующее законодательство страны не предполагает. Территории заповедников полностью изымаются из хозяйственного использования и не могут отчуждаться, кроме того, заповедники имеют научный отдел, осуществляющий постоянное изучение их природных комплексов. Задачи заповедников ограничиваются охраной и исследованием природных комплексов, просвещением, участием в экологической экспертизе, подготовке соответствующих кадров. Обычно на территории заповедника выделяется зона, полностью закрытая для всякого воздействия. Нередко вдоль границ заповедников располагаются их охранные зоны, выполняющие буферную функцию за счет ограничений на определенные виды хозяйственной деятельности. В статусе заповедников реализуется наиболее действенный для охраны территорий режим. На 1 января 1998 г. в России действовало 98 заповедников общей площадью 32.9 млн. га . Территория этих высших форм охраны составила 2.1% от общей площади страны.

Национальные парки в отличие от заповедников наряду с задачами по охране и изучению природных комплексов должны обеспечивать туризм и рекреацию граждан. На их территории могут сохраняться земельные участки иных пользователей и собственников с преимущественным правом национального парка на покупку такой земли. На 1 января 1998 г. в России действовало 32 природных национальных парка общей площадью в 6.7 млн. га. Территория этих высших форм охраны составила 0.2% от общей площади страны.

Национальные природные парки - новая для России форма охраны территорий. Первые два (Лосиный остров и Сочинский) были созданы лишь в 1983 г., 12 из 32 - в последние пять лет. Реализация правового статуса национальных парков пока еще сталкивается с серьезным противодействием со стороны хозяйствующих субъектов, деятельность которых этим статусом ограничивается. Пока эту форму нельзя считать эффективным методом территориальной охраны живой природы, однако внимание общественности и тенденции, известные по другим странам, дают достаточно надежд на постепенную реализацию потенциала этой формы охраны природных комплексов.

Природные заказники отличаются от предыдущих категорий тем, что их земли могут как отчуждаться, так и не отчуждаться у собственников и пользователей, они могут быть как федерального, так и местного подчинения. Среди заказников федерального значения наибольшую роль играют зоологические, другие формы - ландшафтные, ботанические, лесные, гидрологические, геологические - распространены в меньшей степени. На 1 сентября 1994 г. в стране существовало 59 охотничьих и комплексных заказников федерального значения общей площадью в 62.0 млн.га. Основной их функцией является охрана охотничьей фауны. Охота запрещена всегда, но нередко бывают введены и весьма существенные ограничения на лесоэксплуатацию, строительство и некоторые другие виды хозяйственной деятельности. Охрана этих резерватов обычно довольно неплохо налажена

Значение охраняемых территорий в сохранении разнообразия животного и растительного мира зависит от географического положения данной особо охраняемой территории, ее площади и разнообразия представленных на ней территорий. Следует отметить, что эти факторы взаимосвязаны. На юге и в горах при равных площадях разнообразие выше, чем на севере и на равнинах. Так как в России обычно более крупные заповедники характерны для северных территорий, это несколько компенсирует различия их роли в охране биоты. Обычно и несколько повышено разнообразие местообитаний даже заповедных территорий в староосвоенных регионах. Дело в том, что здесь заповедники организуются чаще всего на ранее уже использовавшихся землях - леса здесь хотя бы частично проходились вырубками и гарями, степные и луговые участки часто уже распахивались и, безусловно, служили сенокосами и пастбищами, нередки имеющие антропогенное происхождение нарушения рельефа - овраги, насыпи дорог, пруды и т.п.. Естественно, здесь выше мозаичность растительного покрова и имеется довольно значительное количество видов - спутников человека - сорняков и других синантропов. Кроме того, островки сохранившейся природы среди антропогенного ландшафта имеют повышенную привлекательность для многих видов животных и они держатся почти исключительно на них, нигде вокруг заповедников не встречаясь

Задача 1.

Определить индекс рождаемости, уравнение смертности, жизнеспособность популяции и построить возрастные пирамиды для двух популяций лесных мышей.

Таблица 1

ТРОФИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ	Растения-»» Мышь-»»Еж-»»Лисица
Соотношение биомассы и численности в пищевой цепи	5г
МЫШЬ	10г
ЕЖ	500г
ЛИСИЦА	5000г
ЧИСЛЕННОСТЬ МЫШЕЙ ПО ВОЗРАСТНЫМ ГРУППАМ ДЛЯ 1-ОЙ И 2-ОЙ ПОПУЛЯЦИИ
0-2	210
2-4	86
4-6	60
6-8	43
8-10	36
10-12	10
Смертность в возрасте от 0 до 10мес., % (1-я популяция/2-я популяция)	25/32
Количество родившихся(от числен. размн-ся),% (1-я попул-я/2-я попул-я)	200/50
Биомасса продуцентов в пищевой цепи, ц/га.	150

Ход расчета

Построение возрастных пирамид популяций

Для построения возрастных пирамид популяции мышей необходимо рассчитать численность особей для каждой возрастной группы летом. Исходя из численности возрастных групп весенней популяции и данных по рождаемости и смертности из условий задания производим для 1-й популяции расчет с учетом следующих показателей:-в размножении участвуют мыши возрастных групп 2-4 месяца (86 особей), 4-6 месяцев(60), 6-8 месяцев (43), 8-10 месяцев (36 особей)=225;

-сеголетки - это количество родившихся детенышей (численность размножающихся увеличивается в 2раза) = 225*2=450;

-процент выживших особей в возрасте от 0 до 10 месяцев -75%. По условию задания известно, что смертность мышей в возрасте от 0 до 2-х месяцев составляет 25%. Всех особей популяции принимаем за 100%, значит выживших особей: 100% - 25% = 75% или 0,75;

Расчет производим в таблице 2

Таблица 2 - Расчет численности первой популяции мышей

Возраст,	Количество особей
Месяцы	Весна	Ход расчета	Лето
0-2	210	(86+60+43+36) х 2	450
2-4	86	210 * 0,75	158
4-6	60	86 * 0,75	65
6-8	43	60 * 0,75	45
8-10	36	43 * 0,75	33
10-12	10	36 * 0,75	27

По данным таблицы 2вычисляем для 1-й популяции мышей:

- численность всех возрастных групп популяции мышей весной - 445 ;

- численность всех возрастных групп популяции мышей летом - 777

для 2-й популяции расчет с учетом следующих показателей: - в размножении участвуют мыши возрастных групп 2-4 месяца (86 особей), 4-6 месяцев(60), 6-8 месяцев (43), 8-10 месяцев (36 особей)=225;

-сеголетки - это количество родившихся детенышей (численность размножающихся увеличивается в 0,5раза) = 225*0,5=113;-процент выживших особей в возрасте от 0 до 10 месяцев -68%. По условию задания известно, что смертность мышей в возрасте от 0 до 2-х месяцев составляет 32%. Всех особей популяции принимаем за 100%, значит выживших особей: 100% - 35% = 68% или 0,68;

Расчет производим в таблице 3

Таблица 3 - Расчет численности второй популяции мышей

Возраст,	Количество особей
Месяцы	Весна	Ход расчета	Лето
0-2	210	(86+60+43+36) х 0,5	113
2-4	86	210 * 0,68	143
4-6	60	86 * 0,68	59
6-8	43	60 * 0,68	41
8-10	36	43 * 0,68	29
10-12	10	36 * 0,68	24

По данным таблицы 3 вычисляем для 2-й популяции мышей:

численность всех возрастных групп популяции мышей весной - 445

численность всех возрастных групп популяции мышей летом - 409.

Строим возрастные пирамиды для летних популяций мышей (рисунки 1 и 2 ). Для этого по оси абсцисс откладываем численность особей, по оси ординат - возрастные периоды Так, при построении пирамиды для летней популяции полевки рыжей значение численности для возрастной группы 0-2 месяца -450 особей делится пополам и откладывается одна половина слева от 0, другая - справа в виде горизонтального прямоугольника. Аналогично достраиваем прямоугольники для остальных возрастных групп.

Расчет популяционных показателей и оценка жизнеспособности популяции

Расчет таких популяционных показателей, как индекс рождаемости и уравнение смертности производим по формулам 1 и 2.

Индекс рождаемости для первой популяций мышей рассчитываем:

где n число новорожденных особей за 2 месяца(450);

N - общая численность популяций мышей летом(777).

Индекс рождаемости для второй популяций мышей рассчитываем:

Уравнение смертности для популяций мышей рассчитываем:

-1-я популяция

где N₁ - численность всех возрастных групп популяции весной (445);

N₂ - численность всех возрастных групп популяции летом (777);

V(t₂ - t₁) - количество особей, родившихся за 2 мес. (450);

t₂ - t₁ - количество дней в двух месяцах (61).

- 2-я популяция

где N1 - численность всех возрастных групп популяции весной (445);

N2 - численность всех возрастных групп популяции летом (409);

V(t2 - t1) - количество особей, родившихся за 2 мес. (113);

t2 - t1 - количество дней в двух месяцах (61).

Оценка жизнеспособности популяций проводится при сравнении показателей, приведенных в таблице 4 и справочной таблицей 5

Таблица 4 - Определение жизнеспособности популяции

Жизнеспособность	Индекс рождаемости	Уравнение смертности	Тип возрастной пирамиды
Высокая	Более 0,5	Менее 2	Растущий
Средняя	0,3 - 0,5	2-2,5	Стабильный
Низкая	Менее 0,3	Более 2,5	Сокращающийся

Таблица 5 - Показатели жизнеспособности популяций мышей

Популяция	Индекс рождаемости	Уравнение смертности	Тип возрастной пирамиды
1-	0,579	1,934	Растущий
2-	0,276	2,442	Сокращающаяся

Вывод: по данным таблицы 3 определяем, что 1-я популяция мышей более жизнеспособная, чем 2-я популяция мышей

7. Задача 2

Для более жизнеспособной популяции мышей по результатам задачи1 составить схему пищевой цепи для популяции лесных мышей, рассчитать численность ее видов и построить пирамиду численности.

Дано: Популяция мышей включена в следующую пищевую цепь: травянистые растения, мышь, еж, лисица.

Принимаем, что в данной пищевой цепи представители каждого последующего уровня питаются только организмами предыдущего уровня. Биомасса продуцентов в данной пищевой цепи составляет 150 ц/га. Соотношения биомассы и численности принимаются следующими: 1 побег травянистого растения - 5 г; 1 мышь - 10г; 1 еж -500 г;1 лисица - 5000 г

Ход расчета

Простой пример пищевой цепи (растения - мышь - еж - лисица) дает следующая последовательность: растительность - питающееся растительностью животное - более мелкое хищное животное - более крупное хищное животное. В этой цепи осуществляется однонаправленный поток вещества и энергии от одной группы организмов к другой. Построим пищевую цепь для популяций.

Биомасса продуцентов (I трофический уровень) по условию задания составляет 15000 кг/га. Для упрощения расчетов принимаем, что животные каждого трофического уровня питаются только организмами предыдущего уровня. С учетом правила перехода энергии с одного трофического уровня на другой (закон Линдемана) рассчитываем биомассу для последующих трофических уровней (таблица 6).

Соотношения биомассы и численности принимаются следующими: 1 побег травянистого растения -- 5 г; 1 мышь - 10 г; 1 змея - 100 г; 1 ястреб -2000 г. Определяем численность видов по соотношению веса одной особи и рассчитанной биомассе:

-численность продуцентов (растений)

15000 кг/га : 0,005 кг = 3 000 000 особей,

-численность консументов 1-го порядка(мыши)

1500 кг/га: 0,01 кг = 150 000 особей

-численность консументов 2-го порядка(ежа)

150 кг/га: 0,5 кг = 300 особей

численность консументов 3-го порядка(лисицы)

15 кг/га: 5 кг = 3 особи

Таблица 6 - Расчет биомассы и численности для пищевой цепи

Представители трофических уровней	Рассчитанная биомасса, кг/га	Вес одной особи, кг	Рассчитанная численность, особи
Растения	15000	0,005	3 000 000
Мышь	1500	0,01	150 000
Еж	150	0,5	300
Лисица	15	5,0	3

Для построения пирамиды чисел по оси абсцисс откладываем численность, по оси ординат - трофические уровни, начиная с 1-го снизу вверх. Значение численности для всего трофического уровня делится пополам и откладывается одна половина слева от 0, другая - справа в виде горизонтального прямоугольника. Аналогично достраиваем прямоугольники для остальных трофических уровней, накладывая их один на другой снизу вверх.

популяция рождаемость пищевой

Список литературы

1. Ивонин В.М., Водяной Экология: Учеб. пособие.-- Ростов- н/Д:СКНЦ, 2000.

2. Экология /Под ред.проф. В.В. Денисова. - М.ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: Изд.центр «МарТ»; 2006. -

3. Засоба В.В. Методические указания для проведения практических занятий по дисциплине "Экология". - Новочеркасск. :НГМА, 1996.

4. Засоба В.В., Левченко Е.Н., Богатова Е.С. Указания к реферату по дисциплине «Экология». - Новочеркасск: НГМА, 1998.

Размещено на Allbest.ru

...