Биологическое разнообразие

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ставропольский государственный аграрный университет

Биологическое разнообразие

Учебное пособие

И.О. Лысенко,

А.В. Емельянов,

Т.А. Кознеделева

Ставрополь 2014

Рецензенты: Доктор биологических наук, профессор Б. К. Котти

Биологическое разнообразие: учебное пособие для практических занятий / авторы: И.О. Лысенко, А.В. Емельянов, Т.А. Кознеделева. - Ставрополь: Изд-во Ставропольский ГАУ "АГРУС". - 2014. - ____ стр.

Учебное пособие для практических занятий «Биологическое разнообразие» предназначено для студентов направления 022000.62 - Экология и природопользование в качестве основного литературного источника по дисциплине «Биоразнообразие», а так же для практиков в области охраны природы и заповедного дела: охотоведов, егерей, зоологов. В нем рассматриваются вопросы современного состояния, сохранения и восстановления биоразнообразия.

Настоящее учебное пособие составлено в соответствии с требованиями, предъявляемыми к ООП ВПО направления подготовки 022000-Экология и природопользование (квалификация (степень) бакалавр).

биоразнообразие экосистемный охрана

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

Занятие 1. Понятие биоразнообразия. Формирование взглядов о биологическом разнообразии.

Занятие 2. Вымирание видов, прогнозы вымирания видов.

Занятие 3-4. Причины изменения биоразнообразия на уровне популяций и сообществ.

Занятие 5-6. Мет оды оценки биологического разнообразия.

Занятие 9. Красная книга, как метод сохранения биоразнообразия на популяционно-видовом уровне.

Занятие 10. Определение приоритетов для охраны биоразнообразия на экосистемном уровне. Оценка репрезентативности территории.

Занятие 11. Научные основы организации особо охраняемых природных территорий (ООПТ)

Занятие 12-13. Экономические подходы к оценке биоразнообразия и биоресурсов.

Занятие 14-15. Правовые основы сохранения биоразнообразия.

Занятие 16. Международные взаимоотношения в деле сохранения биоразнообразия.

Примерные вопросы для подготовки к зачету

Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Процесс изучения дисциплины «Биоразнообразие» направлен на формирование элементов следующих компетенций в соответствии с ФГОС ВПО по данному направлению:

Общекультурных (ОК):

- понимать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполенеию профессиональной деятельности (ОК-3).

Профессиональных (ПК):

- обладать базовыми знаниями фундаментальных разделов физики, химии и биологии в объеме, необходимом для освоения физических, химических и биологических основ в экологии и природопользовании (ПК-2);

- Иметь базовые общепрофессиональные (общеэкологические) представления о теоретических основах общей экологии, геоэкологии, экологии человека, социальной экологии, охраны окружающей среды (ПК-4);

- знать теоретические основы биогеографии, экологии животных, растений и микроорганизмов (ПК-8).

В ходе освоения дисциплины студент должен знать: закономерности формирования биоразнообразия, его дифференциацию в географическом пространстве, базовые единицы оценки биоразнообразия на разных уровнях дифференциации, иметь представление о системах экологического мониторинга, в том числе биоразнообразия, пути сохранения биоразнообразия.

Уметь: оценивать состояние и динамику биоразнообразия, прогнозировать изменение разнообразия под воздействием природных и антропогенных факторов.

Владеть: методами анализа и оценки биоразнообразия на разных уровнях организации биосферы; мониторинга и охраны биоразнообразия.

ЗАНЯТИЕ 1

ТЕМА: ПОНЯТИЕ БИОРАЗНООБРАЗИЯ. ФОРМИРОВАНИЕ ВЗГЛЯДОВ О БИОЛОГИЧЕСКОМ РАЗНООБРАЗИИ

Цель занятия: познакомиться с понятием «биоразнообразие», изучить историю формирования взглядов на биологическое разнообразие и его динамику.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ:

I. Терминологический диктант

II. Беседа по контрольным вопросам

III. Выполнение практических заданий

I. Дайте письменное определение терминов, предложенных преподавателем из числа нижеперечисленных: ген, фен, геном, генотип, популяция, линия, генофонд, сорт, порода, штамм, раса, вид, сообщество, биогеоценоз, экосистема, биосфера, биологическое разнообразие, уровни биологического разнообразия, охрана природы, заповедное дело, экологические кризисы, экологические революции, экологические катастрофы.

II. Устно ответьте на вопросы:

1. Дайте определение понятию «биоразнообразие».

2. Где и когда была подписана Конвенции о биологическом разнообразии?

3. Кем впервые было применено словосочетание «биологическое разнообразие»?

4. Когда понятие “биоразнообразие” вошло в широкий научный обиход? Что способствовало этому событию?

5. Назовите причины, по которым необходимо сохранять биоразнообразие.

6. Охарактеризуйте роль биоразнообразия для человека и биосферы в целом.

7. Что представляет собой Международная программа «биологическое разнообразие»?

8. Как проходит реализация конвенции о биологическом разнообразии в России?

9. Сколько уровней биологического разнообразия вам известно? Что представляет собой каждый из уровней?

10. Что включает в себя понятие «биоразнообразие созданное человеком»? Приведите примеры объектов биоразнообразия созданных человеком.

III. Выполните практические задания:

Задание 1

Растительные и животные организмы являются типичными представителями биологического разнообразия Земли. Растения отличаются от животных по многим признакам: особенностям строения клетки, способу питания, образу жизни. На уровне популяций главное отличие заключается в том, что растения не обладают подвижностью. Поэтому растения, в отличие от животных, не могут активно реагировать на резкие изменения внешней среды, не могут избегать неблагоприятных условий или рассредоточиваться по площади при нехватке ресурсов. Вся приспособленность растений к условиям среды связана с морфологическими или физиолого-биохимическими адаптациями. Сделайте сравнительную характеристику популяций растений и животных. Заполните таблицу 1.



Таблица 1 - Сравнительная характеристика популяций растений и животных (по Злобину, 1989 и Миркину и др., 2001 с изменениями)

Признак	Растения	Животные
Границы особей	Не всегда определены, особенно у вегетативно размножающихся растений	Определены четко
Способность к росту
Выраженность модулярной (метамерной) структуры
Размеры особей одного возраста
Факторы, регулирующие численность популяции
Отношение к стрессу
Наличие запасных (резервных) групп

Задание 2

В 1992 году представители правительств, групп коренного населения и неправительственных организаций (НПО) со всего мира собрались в Рио-де-Жанейро (Бразилия), чтобы обсудить вопросы, связанные с состоянием окружающей среды. Саммит Земли в Рио стал самой крупной из всех международных встреч по вопросам окружающей среды. На нем мировые лидеры пришли к выводу о важности защиты окружающей среды для всех людей, включая будущие поколения. Лидеры приняли решение о разработке двух конвенций для достижения этой цели. Назовите эти конвенции. В чем их сущность?

Задание повышенной сложности!!!

На рисунке 1 показано историческое развитие Конвенции о биологическом разнообразии. Укажите правильный путь в лабиринте или хронологию событий, связанных с КБР, с момента принятия до настоящего времени.



Рисунок 1 - Историческое развитие Конвенции о биологическом разнообразии

Задание 3

Внимательно проанализируйте таблицу 2, прокомментируйте ее.

Таблица 2 - Площадь и степень антропогенной трансформации основных биомов России

Биомы	Пло-щадь (S) тыс. кв. км	% от площа ди страны и эко-номической зоны	Унич-тожено природ-ных экосис-тем (% от S)	Транс-форми-ровано природ-ных экосис-тем (% от S)	Наруше на про- дуктив-ность природ-ных эко-систем (% от S)	Общая степень нарушен-ности биома (% от S)	Доля от общей площади нарушен-ных при-родных экосистем (%)
Акватории (в пределах экономической зоны
Открытый океан	31.8	0.135	0	0.2-0.6	1-2	0.27	0.004
Моря Тихого океана	2125.3	9.05	0	0.8-1.5	6-10	1.18	0.17
Баренцево море	1216.9	5.18	0-0.1	2-4	15-20	2.70	1.50
Др.моря Сев.-Лед. Ок-на	2835.5	12.08	0	0.0-0.2	0-1	0.08	0.10
Балтика	6.8	0.029	1-2	15-22	40-50	11.55	0.04
Азов, Черное море	3.2	0.014	2-5	25-40	60-65	19.50	0.02
Прибрежные зоны	79.1	0.337	0.0-0.1	1-2	10-15	1.75	0.06
Российский Каспий	78.1	0.33	1-2	8-15	10-12	6.45	0.23
Территории (в том числе воды суши)
Оз. Байкал	31.5	0.13	1-2	2-4	6-8	3.30	0.05
Прочие озера	400.5	1.704	2-4	4-8	5-7	5.40	0.99
Реки	237.6	1.01	0-1	20-25	10-15	8.50	0.92
Поймы и дельты	525.1	2.24	12-14	10-12	?	17.00	4.07
Болота	804.8	3.43	0.5-1.5	?	?	5.22	1.92
Тундры	2298.1	9.79	0-0.1	8-11	14-16	4.40	4.61
Лесотундра	2443.9	10.41	0.1-0.2	8-10	12-14	4.15	4.62
Северная тайга	1889.4	8.05	1.0-1.5	12-13	1.5-2.5	5.20	4.48
Средняя тайга	2630.7	11.21	1.5-2.2	10-12	3.0-4.0	5.50	6.60
Южная тайга	3527.3	15.03	10-11	14-16	3.0-5.0	15.40	24.74
Широколиствен. Леса	1316.7	5.61	32-34	13-15	3.0-4.0	37.55	22.53
Степи, полупустыни	950.6	4.05	39-41	37-39	1.0-2.0	51.55	22.34
Высокогорья	41.0	0.174	0	?	?	0.2	0.004
Всего		100					100

Задание 4

Глобальное биоразнообразие изменяется с беспрецедентной скоростью. Факторами, в наибольшей степени ответственными за эти изменения, являются трансформирование земной поверхности, климатические изменения, загрязнение, неконтролируемая добыча природных богатств и интродукция экзотических видов. Степень влияния этих факторов варьирует в зависимости от экосистем.

В таблице 3 приведены данные о количестве видов позвоночных, находящихся под угрозой полного исчезновения, по регионам. Проанализируйте таблицу. Какие факторы негативного воздействия на биоразнообразие позвоночных преобладают в том или ином регионе? Почему потеря биоразнообразия вызывает беспокойство?

Таблица 3 - Количество видов позвоночных, находящихся под угрозой полного исчезновения (по регионам)

	Млекопитающие	Птицы	Рептилии	Амфибии	Рыбы	Всего
Африка	294	217	47	17	148	723
Азия и Океания	526	523	106	67	247	1469
Европа	82	54	31	10	83	260
Латинская Америка и Карибский бассейн	275	361	77	28	132	873
Северная Америка	51	50	27	24	117	269
Западная Азия	0	24	30	8	9	71
Полярные регионы	0	6	7	0	1	14

Примечание: понятие “виды, находящиеся под угрозой исчезновения”, включает в себя следующие категории, используемые МСОП (2000 год): исчезающие виды, виды, находящиеся под угрозой исчезновения, уязвимые виды (Hilton-Taylor 2000); сумма итогов по каждому региону не равна общему итогу, так как виды могут находиться на грани исчезновения более чем в одном регионе (Источник: составлено по данным Красной книги МСОП (Hilton-Taylor 2000) и данным по видам UNEP-WCMC).

Задание 5

Космические снимки со спутника “Ландсат”, помещенные на этой странице, показывают, как расчистка земель и лесозаготовки нарушают эту некогда залесенную территорию. Охраняемая территория национального парка “Игуасу”, расположенного на границе Аргентины с Бразилией и Парагваем. Охрана этого парка - объекта Всемирного наследия - исключительно важна, потому что здесь находится один из немногих сохранившихся массивов лесов Параны, которым грозит полное исчезновение. Богатейшая фауна парка насчитывает 68 видов млекопитающих, 422 вида птиц, 38 видов пресмыкающихся и 18 видов амфибий, значительная часть которых относится к числу уязвимых или находящихся под угрозой исчезновения.

Проанализируйте рисунок 2. Сформулируйте выводы.



1973 1985

2000

Рисунок 2 - Космические снимки национального парка “Игуасу” в динамике по годам.

Задания для самостоятельного выполнения

1. В Скандинавии эту многолетнюю траву называют цветком тролля. Где-то воловьим глазом. А у нас огоньки. Зацветает она только на девятый год. Каково название этого растения?

2. Ночной хищник. Поймав на лету добычу, никогда не ощипывает ее, а глотает вместе с перьями или шерстью. Непереваренные остатки в виде комочков (погадков) птица отрыгивает. Назовите ее.

3. Однажды, как гласит легенда, нечистая сила попробовала спрятаться в цветке. Но какой-то архангел возмутился и метнул в цветок огненное копье. С тех пор нечистая сила как огня боится этого цветка, а сам цветок стал называться..?

4. Это животное с крупную крысу; отлично плавает и ныряет. Голова оканчивается хоботком, которым оно отыскивает себе добычу в воде. Кто это?

5. У данного растения очень красивые листья, но цветков никто никогда не видел. В связи с этим родилась легенда, что его цветки заколдованы и только счастливец может их увидеть в ночь на Ивана Купалу. Это растение еще называют ключ-травой из-за якобы присущей ему способности помогать отыскивать клады. Каково название растения?

6. Согласно средневековому поверью, курение ветками этого растения изгоняет из дома злых духов и держит на расстоянии нечистого. Древние мудрецы советовали его применять, дабы обрести бессмертие. Назовите растение.

7. По древнерусской легенде, царевна Волхова полюбила удалого купца Садко, но тот отдал свое сердце Любаве, дочери лесов и полей. Опечаленная Волхова вышла на берег и стала плакать. Ее слезы превращались в цветы - символ чистой и безответной любви. Назовите их.

8. Эта малоподвижная донная рыба достигает длины 12 см. Является своеобразным индикатором чистой воды. Свое название она получила за пристрастие прятаться под различными подводными предметами. Ведет одиночный, скрытный образ жизни. Очень любит свое потомство, постоянно обмахивает икринки грудными плавниками.

9. Какая птица выкармливает своих детенышей рыбой, а из рыбьих костей строит гнездо, которое обычно устраивает в норе, выкопанной в береговом обрыве, поросшем кустарником?

10. Это растение, по выражению Чарлза Дарвина, является «живым ископаемым». Время его происхождения относится к послеледниковой эпохе. Растение вечнозеленое, обладает целебными свойствами, ягоды съедобны.

ЗАНЯТИЕ 2

ТЕМА: ВЫМИРАНИЕ ВИДОВ. ПРОГНОЗЫ ВЫМИРАНИЯ ВИДОВ

Цель занятия: изучить проблемы биологического разнообразия на современном этапе, научиться прогнозировать ситуацию динамики биоразнообразия.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ:

I. Терминологический словарь

II. Беседа по контрольным вопросам

III. Выполнение практических заданий

I. Дайте письменное определение терминов, предложенных преподавателем из числа нижеперечисленных: видовое богатство, исчезнувший вид, темпы исчезновения видов, «водовороты выживания» видов, минимальная жизнеспособная популяция МЖП, инбредная депрессия, аутбредная депрессия, генетическое разнообразие популяции, эффективный размер популяции, эффекта «бутылочного горлышка»,

II. Устно ответьте на вопросы:

1. Что вам известно о современном состоянии биоразнообразия на Земле?

2. Чем обусловлено видовое богатство экологических систем?

3. В каких случаях вид считается повсеместно исчезнувшим?

4. Какой вид считается локально исчезнувшим?

5. В чем проявилось первое заметное влияние деятельности человека на темпы исчезновения видов организмов?

6. Как повлияла деятельность человека на темпы исчезновения видов в более современные эпохи?

7. Что представляют собой «водовороты выживания» видов?

8. Какие виды можно считать исчезающими?

9. Каким образом устанавливают факт того, находится ли вид на грани исчезновения?

10. Как можно определить вероятность вымирания вида?

11. На основе каких данных можно установить вероятность вымирания вида?

12. Для чего используют данные о степени вероятности вымирания видов? Приведите конкретные примеры применения данного метода.

13. Что подразумевал Шеффер под минимальной жизнеспособной популяцией (МЖП)?

14. Что необходимо чтобы точно узнать размер МЖП конкретного вида?

15. Что необходимо установить после того как для вида установлен размер МЖП?

16. Почему маленькие популяции наиболее уязвимы?

17. Каковы основные причины, которые делают малые популяции подверженными быстрому падению численности и локальному исчезновению?

18. Какую формулу предложил Райт для выражения доли гетерозиготности особей, которые остаются в очередном поколении в популяции размножающихся взрослых? Что доказывает эта формула?

19. Что такое инбредная депрессия? К чему она приводит?

20. Что такое аутбредная депрессия? К чему она приводит?

21. Сколько особей необходимо для того, чтобы поддержать генетическое разнообразие популяции?

22. Что показывает эффективный размер популяции?

23. В каких случаях эффективный размер популяции может оказаться ниже ожидаемого?

24. Приведите примеры действия эффекта бутылочного горлышка и эффекта основателей. С чем связано их возникновение?

25. Одной из первых перелетных певчих птиц Неотропиков, вымерших в результате сведения тропических лесов, была червеедка Бахмана (Vermivora bachmanii), которую в последний раз видели в 1960-х годах. К какой категории можно отнести эту птицу?

26. Дерево Франклина (Franklinia altamaha) исчезло в естественных экосистемах, но встречается в дендрариях и в садах. К какой категории можно отнести данный вид?

III. Выполните практические задания:

Задание 1

Утрата биологического разнообразия может принимать различные формы, но самым драматическим из них является вымирание видов. Каждому из видов на геологических часах отмерено свое время, поэтому вымирание вида - это естественный процесс, происходящий и без участия человека. Однако невозможно оспорить тот факт, что исчезновение видов как результат деятельности человека намного превышает темпы естественного вымирания. Проанализируйте причины вымирания видов животных. Заполните таблицу 4.

Таблица 4 - Причины вымирания животных

№ п/п	Группа действующих факторов	Причины вымирания	Пример	Состояние вида в настоящее время
1	2	3	4	5
1.	Естественные причины вымирания
2.	Под действием человека
	Продолжение таблицы 4
	2	3	4	5
	Прямое	Промысловые животные (добыча)
		Интродукция и акклиматизация
		Гибель от химических загрязнений
		Охота, рыболовство
	Косвенное	Нарушение местообитаний (антропогенное изменение ландшафтов)
		Трансформация лесных экосистем
		Распашка степей и прерий
		Научно-техническая революция
		Преобразование и изменение рек, озер, плотины на реках
		Неорганизованный туризм

Какое значение имеет глубокий анализ причин вымирания животных?

Задание 2

Для того чтобы установить находится ли вид на грани исчезновения рассчитывают вероятность его вымирания (рЕ). Вероятность вымирания вида определяют как вероятность того, что нарушение местообитаний и (или) характер динамики популяций приведут к ситуации, когда за два или три поколения не останется ни одной размножающейся пары. Ожидаемое значение вероятности вымирания рассчитывается по формуле:

Е(рЕ)=[рЧ рЕ]+[p₁Ч рЕ₁],

где Е(рЕ) - ожидаемое значение рЕ;

р, р₁ - вероятность присутствия и отсутствия того или иного фактора, влияющего на вид (эпидемия, отсутствие эпидемии);

рЕ, рЕ₁ - вероятность вымирания в зависимости от р и р₁.

Расчетный показатель Е(рЕ) можно использовать для установления уровня вероятности вымирания. Применяемые уровни рЕ различны для разных таксономических категорий. Они зависят от того, как оценивают их те или иные социальные и экономические слои общества, а так же различные политические слои. Применение данного метода рассмотрим на примере оценки статуса суматранского носорога (Dicerorhinus sumatrensis).

Популяция суматранского носорога представлена рядом небольших изолированных субпопуляций, местообитания которых все более и более отделяются друг от друга. Разрушению местообитаний способствует вырубка лесов, расширение человеческий поселений и строительство ГЭС.

Известные природные популяции суматранского носорога попадают под три политические юрисдикции: Сабы, Индонезии и Западной Малайзии.

Политика сохранения вида в отсутствии эпидемии рЕ для носорогов Сабы = 0,99. Для Индонезии 0,95; для Западной Малайзии = 0,9.

Это значение рЕ было определено на период 30 лет.

Объединяя эти значения для вида в целом, получаем значение рЕ на ближайшие три десятилетия: рЕ=0,99Ч0,95Ч0,9=0,85.

Многие непредсказуемые или редкие явления также влияют на значение рЕ и на исход программы сохранения.

Из редких событий наибольшую степень возникновения имеет эпидемия (при условии сохранения статус-кво).

Это повысит вероятность рЕ до 0,95 (см. табл.).

Таким образом, можно подсчитать ожидаемое значение вероятности вымирания при возникновении или отсутствии эпидемии.

Е(рЕ)=[p(эпидемии)]Ч[pE(при эпидемии)]+[p(отсутствие эпидемии)]Ч[ pE(без эпидемии)]=0,1Ч0,95+0,9Ч0,85=0,86

Вследствие того, что поддержания статус-кво не требует увеличения затрат сверх тех, что уже были произведены, в графе «Стоимость» (табл.5) поставим - 0.



Таблица 5 - Значение pE в зависимости от вероятности поступления события (р)

Вид деятельности	Происходящие изменения	Вероятность наступления события (р)	pE	Е(pE)	Стоимость, млн. руб.
Статус-кво	-	0,1 эпидемия 0,9 отсутствие эпидемии	0,95 0,85	0,86	0
Вмешательство	Борьба с браконьерством	0,2 усиление охраны 0,3 без изменений 0,5 ослабление охраны	0,45 0,86 0,98		3,05
	Новые резерваты	0,6 вырубка леса 0,4 защита	0,9 0,37		1,80
	Расширение резервата	0,1 постройка плотины 0,2 вырубка леса 0,7 защита	0,9 0,9 0,37		1,08
	Огораживание	0,2 заболевание 0,8 заболевания нет	0,95 0,45		0,60
	Перемещение	0,1 успешное выживание 0,9 неудача	0,75 0,95		1,01
	Размножение в неволе	0,8 успешное выживание 0,2 неудача	0 0,95		3,69

Как видно из таблицы помимо соблюдения статус-кво существуют другие альтернативные мероприятия для восстановления суматранского носорога:

1) усиление борьбы с браконьерством на существующих заповедных территориях;

2) удвоение размеров одного национального парка;

3) создание нового национального парка;

4) огораживание большой территории основного местообитания, сохранение популяции путем подкормки и ветеринарного обслуживания и перемещения изолированных носорогов в огороженные участки;

5) перераспределение носорогов между прочими природными субпопуляциями с целью восстановления субпопуляции в истощенных местообитаниях и поддержание потоков генов между субпопуляциями;

6) отлов диких носорогов для формирования размножающихся в неволе популяций. Они будут служить как резервуаром генетического материала, так и источником животных для сохранения носорогов в недавно или давно занимаемых местообитаниях.

При выборе программы сохранения вида из нескольких альтернативных программ необходимо руководствоваться как оценками ожидаемого улучшения статуса вида, так и материальными затратами.

Рассчитайте ожидаемое значение вероятности вымирания Е(рЕ) для различных альтернативных мероприятий. Объясните, почему размножение в неволе имеет наименьшее значение Е(рЕ), но наибольшую сложность реализации. Сделайте выводы об эффективности мероприятий.

Задание 3

Лавинообразный процесс вымирания быстро уменьшает размер популяции, ведя к локальному вымиранию вида. Как только размер популяции становится ниже определенной величины, процесс становится лавинообразным, действуют факторы, присущие небольшим популяциям и быстро уменьшающие размер популяции. На рисунке 3 представлено схематическое изображение «водоворота вымирания» вида. Сделайте пояснения к схеме. Приведите конкретный пример вымирающей популяции и объясните на нем механизм действия «водоворота вымирания».

Рисунок 3 - «Водоворот вымирания» видов.

Задание 4

Один из наглядных примеров определения минимальная жизнеспособность популяции (МЖП) относится к популяциям 120 снежных баранов (Ovis canadensis), обитающих в пустынях юго-запада США. Некоторые их этих популяций наблюдали в течение 70 лет. Изучение привело к поразительным результатам. Оказалось, что 100% популяций, насчитывающих менее 50 животных, вымерло в течение 50 лет, в то время как практически все популяции, включающие более 100 особей, сохранились на весь этот период.

На рисунке 4 показана взаимосвязь между начальной популяцией величиной (N) канадского снежного барана и процентом его оставшейся популяции через некоторое время. Пользуясь рисунком, объясните зависимость между величиной начальной популяции снежного барана и долей его оставшейся популяции.

Рисунок 4 - Взаимосвязь между начальной популяцией величиной (N) канадского снежного барана и процентом его оставшейся популяции через некоторое время.

Задание 5

Проанализируйте ситуацию, изображенную на рисунке 5. Заросли кедрового стланика 80 лет назад были пройдены пожаром. С той поры значительная часть почвы была смыта и оголились корни обгоревших и погибших особей. Идет восстановление популяции кедрового стланика, но чрезвычайно медленно. Потребуется еще 100 лет для того, чтобы прежнее сообщество восстановилось полностью.

Рисунок 5 - Южная Чукотка

Предложите два (или несколько) вариантов развития ситуации после пожара. Ответ обоснуйте.

Задания для самостоятельного выполнения

Задание 1. Известно, что популяция состоит из 50 особей. Какое количество редких аллелей она сохранит в следующей генерации? Через 10 поколений? Какое количество редких аллелей сохранит эта же популяция в следующей генерации при условии, что ее численность в данный момент времени составляет 10 особей? Что произойдет с редкими аллелями через 10 поколений?

Задание 2. Известно, что за 10 поколений генетическая изменчивость популяции уменьшается на 40, 65 и 95%. Каковы соответственно размеры изучаемых популяций?

Задание 3. В Иллинойсе малые изолированные популяции лугового тетерева (Tympanuchus cupido pinnatus) обнаруживали признаки снижения генетического разнообразия и, соответственно, у них падала плодовитость и уменьшался процент вылупления цыплят. Каким образом можно восстановилась жизнеспособность яиц? Что демонстрирует данный пример? Чем объясняется наблюдаемая инбредная депрессия?

Задание 4. Популяция моногамных видов гусей (в которых одни и те же самец и самка образуют долговременную пару) состоит из 20 самцов и 6 самок. Какое количество особей будет вовлечено в спаривание? Какое количество особей составляет эффективный размер популяции гусей?

Задание 5. 10 февраля 2005 года был произведен единовременный учет Амурских тигров на Дальнем Востоке. Обнаружено 475 особей, среди них 105 тигрят, 155 женских особей. Определите долю гетерозиготности особей в популяции Амурских тигров. Сделайте вывод.

Задание 6. Дальневосточный леопард относится к числу красивейших и наиболее редких форм кошек мировой фауны. Их общая численность не превышает 40-52 особей. В Приморье была обнаружена популяция Дальневосточных леопардов в количестве 40 особей. Определите долю гетерозиготности особей по формуле. Сделайте вывод.

Задание 6. В Северо-Кавказском регионе насчитывается 250 лосей. Определите численность отдельной популяции лосей, если доля гетерозиготности особей составляет 92 %.

Задание 7. С 31 марта 1998 г. Европейский Союз ввел полный или частичный запрет на ввоз мехов, добытых с помощью ногозахватывающих капканов. Еще в 1991 г. ЕС принял постановление, запрещающее "ввоз в страны Сообщества шкур определенных видов диких животных и готовых изделий из них" из стран, где подобные капканы применяются. В приложении к этому документу перечисляются 13 видов животных, подпадающих под торговые санкции.

Какие виды животных попали под торговые санкции? Почему возник этот вопрос? Какие меры, на ваш взгляд, можно и нужно предпринять для того, что бы данный метод не использовался при отлове животных? Каким образом могут быть затронуты экономические интересы главных поставщиков мехов на мировой рынок? К каким последствиям для коренного населения Севера (эвенки и др.) может привести введение санкций?

ЗАНЯТИЕ 3-4

ТЕМА: ПРИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ БИОРАЗНООБРАЗИЯ НА УРОВНЕ ПОПУЛЯЦИЙ И СООБЩЕСТВ

Цель занятия: изучить причины изменения биологического разнообразия на современном этапе и в историческом прошлом, научиться находить возможные пути решения проблемы.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ:

I. Терминологический словарь

II. Беседа по контрольным вопросам

III. Выполнение практических заданий

I. Дайте письменное определение терминов, предложенных преподавателем из числа нижеперечисленных: фрагментация, краевой эффект, факторы лимитирующие биоразнообразие.

II. Устно ответьте на вопросы:

1. Назовите основные причины сокращения разнообразия растительного и животного мира.

2. Какие естественные (природные) факторы являются причинами сокращения биоразнообразия?

3. Какие факторы антропогенного происхождения влияют на изменение биологического разнообразия?

4. Что представляет собой процесс фрагментации мест обитания?

5. Чем отличаются фрагменты от исходного сплошного местообитания?

6. Каким образом фрагментация ограничивает возможности видов к расселению?

7. В результате чего внутри отдельных фрагментов происходит естественное исчезновение видов?

8. В связи с действием каких факторов затрудняется поиск и добыча корма животных, обитающих на территории подвергшейся фрагментации?

9. Как влияет фрагментация заповедника на поиск корма для многих типичных животных, проживающих на данной территории? Приведите примеры.

10. Как фрагментация мест обитания может ускорять исчезновение популяций?

11. Каким образом явление «краевого эффекта» связано с фрагментацией мест обитания организмов?

12. Перечислите факторы (типичные для данной территории), усиливающиеся в результате действия «краевого эффекта».

13. Правильно ли говорить о том, что биологическое разнообразие постоянно сокращается? Можно ли привести примеры процессов обратных этому явлению?

14. Чрезмерное использование природных ресурсов в некоторых случаях ведет к их истощению, в особенности в сфере возобновляемых ресурсов: леса, рыбы и охотничьих животных. Такое использование частично можно объяснить слишком высокой плотностью населения в некоторых районах Земли, а также все возрастающей потребностью человечества в биологических ресурсах и развитием международной торговли. Приведите конкретные примеры. Какие пути выхода из сложившейся ситуации вы можете предложить?

15. Какие явления произойдут на острове, если ежегодно его растительность будет выжигаться весной? Как скажется это на видовом составе животных?

16. При затоплении водохранилища в его акватории возникли острова. Какие изменения будут наблюдаться на них? Какое влияние окажет на них площадь острова, и, какие изменения будут происходить независимо от площади?

17. При значительном изменении условий обитания, например, при похолодании климата или, наоборот, значительном потеплении, увеличивается или убавляется видовое богатство? Как изменяется численность видов, которые обитают в рамках биотопа?

18. В каких частях ареала своего распространения вид занимает наиболее разнообразные биотопы и почему? Приведите примеры. Как разнообразие условий обитания вида в пределах своего ареала может повлиять на его численность?

19. Почему в центре своего ареала многие виды, например птицы, могут заселять самые разнообразные места обитания? Какие биотопы они будут заселять по границам ареала? Почему? Приведите примеры? Назовите экологические правила, которыми они будут руководствоваться?

20. В каком случае будет обеспечено длительное функционирование пойменного лугового сообщества: а) при периодическом затоплении, б) при периодическом весеннем пале сухой растительности?

21. Как влияет периодическое весеннее сжигание сухого травостоя на условия вегетации клубники (земляники зеленой (Fragбria virнdis))?

22. Как массовый выпас скота может сказаться на численности пустельги?

23. Численность, каких животных определяет гнездование степного орла?

24. Почему в целях повышения улова рыбы в северных морях экологи рекомендовали увеличить диаметр ячеи орудий лова?

25. Какие из перечисленных способов воздействия человека на животный мир имеет наибольшее отрицательное влияние? 1. Промышленное загрязнение. 2. Охота и рыбная ловля. 3. Рекреация. 4. Вытеснение животных посредством преобразования пространства. 5. Сельскохозяйственное загрязнение. 6. Выпас скота. 7. Добыча полезных ископаемых.

26. Как вы думаете, доля каких групп растений (из указанных) уменьшается, а каких увеличивается в результате установления заповедного режима на месте бывших пастбищ в первые пять лет после изменения режима природопользования: а) крупнодерновидных злаков, б) рыхлокустовых злаков, в) полукустарничков, г) кустарничков, д) мелкодерновидных злаков, е) корневищных злаков и т.д.

27. На какую часть экосистемы, прежде всего, отрицательно влияет вытаптывание: а) на травянистый покров; б) на лишайники, в) на мхи, г) на подстилку, д) на мезофауну?

28. Почему при умеренной рекреационной нагрузке увеличивается видовое богатство растительного покрова и фауны экосистем? За счет каких видов? Приведите примеры.

29. Какой почвенный горизонт исчезает при распашке? Как это сказывается на животном мире почвы?

30. Каким образом повлияет на численность зайца-русака (Lepus europaeus) внедрение в семипольный севооборот посевов люцерны? Свой ответ обоснуйте.

31. Уборка каких деревьев должна быть запрещена при санитарной прочистке леса в припасечных зонах? Почему?

32. Какое влияние на фауну беспозвоночных животных оказывают просеки под линиями электропередач?

33. Как сказывается на растительных сообществах прокладка газо- и нефтепроводов.

III. Выполните практические задания:

Задание 1

Внимательно ознакомьтесь с таблицей 6. Пользуясь литературными источниками (Красная книга Ставропольского края) в третьей графе таблицы приведите конкретные примеры, иллюстрирующие негативное действие лимитирующих факторов на организмы.



Таблица 6 - Основные формы проявления действия лимитирующих факторов

Лимитирующие факторы	Формы негативного проявления	Конкретные примеры негативного воздействия лимитирующих факторов
1	2	3
Переэксплуатация биологических видов	- общее сокращение численности вида;
	- нарушение половой, возрастной и социальной структуры популяций;
	- снижение успешности размножения;
	- увеличение пресса выборочного изъятия на отдельные систематические, возрастные, половые группы животных, ведущее к деградация этих видов;
	- разрушение экологических связей и общего баланса в экосистемах.
Гибель животных на техногенных сооружениях и транспортных магистралях	- общее сокращение численности вида;
	- нарушение структуры популяций.
Гибель животных на миграциях и в местах зимовок	- общее сокращение численности вида;
	- изменение путей миграции и мест зимовок.
Гибель животных при сельскохозяйственных и иных антропогенных процессах	- общее сокращение численности вида;
	- сокращение успешности размножения;
Химическое загрязнение среды обитания	- общее сокращение численности вида;
	- нарушение структуры популяций; сокращение успешности размножения.
Направленное уничтожение животных человеком	- общее сокращение численности вида;
	- усиление пресса воздействия человека на отдельные виды.
Неизбирательная гибель животных при возникновении чрезвычайных ситуаций	- общее сокращение численности вида.
Гибель животных от эпизоотий	-общее сокращение численности вида.
Трансформация и разрушение необходимых местообитаний	- сокращение площади и дальнейшая фрагментация ареала;
	- сокращение репродуктивного потенциала;
	- сокращение или утрата кормовой базы;
	- увеличение пресса хищников;
	- общее сокращение численности вида;
	- нарушение структуры популяций
	- прямое негативное воздействие интродуцентов.
Биологическое загрязнение среды	- усиление конкурентных отношений;
	- возможности нарушения генофонда;
	- возникновение эпизоотий.
Действие фактора беспокойства	- сокращение площади ареала и необходимых местообитаний;
	- снижение потенциала размножения;
	- сокращение кормовой базы;
	- увеличение подвижности;
	- увеличение пресса хищников.
Углубление процесса фрагментации ареала	- дальнейшее сокращение площади ареала;
	- снижение успешности размножения;
	- нарушение половой, возрастной и социальной структуры популяций;
	- разрушение межпопуляционных связей;
	- возрастание возможностей межподвидовой гибридизации;

Задание 2

Рассмотрим заповедник квадратной формы с длиной каждой стороны в 1000 м (1 км), окруженный используемыми человеком землями, например фермами. Известно, что домашние кошки в поисках пищи заходят вглубь леса на 100 метров от границы заповедника и мешают лесным птицам выводить птенцов.

Начертите схему, иллюстрирующую данное задание. Рассчитайте, какие территории заповедника остаются пригодными для спокойного размножения птиц. Какова площадь периферийной полосы непригодной для размножения птиц? Где она располагается?

Задание 3

Теперь представим тот же заповедник, что и в задании 2, поделенным на четыре равные части автодорогой с севера на юг шириной 10 м и железной дорогой с востока на запад тоже шириной 10 м.

Начертите схему, иллюстрирующую данное задание. Какова отчужденная площадь заповедника, образовавшаяся в результате антропогенной деятельности (ответ дайте в га и %)? Почему столь незначительное отчуждение территории играет существенную роль в процессах размножения птиц, живущих в заповеднике? Ответ подтвердите цифровыми данными.

Задание 4

На Борнео и в Бразильской Амазонии миллионы гектаров влажных тропических лесов сгорели во время необычно сухого периода в 1997 и 1998 годах. Какие факторы могли привести к этой экологической катастрофе? Ответ свяжите с явлением «краевого эффекта».

Задание 5

Один из примеров борьбы на российском рынке рыбной продукции - это использование каспийской кильки для переработки в рыбную муку, которую далее применяют в животноводстве и птицеводстве в качестве кормовых добавок. Для получения 1 кг. рыбной муки необходимо затратить 5 - 6 кг рыбного сырья. Поэтому обычно рыбную муку делают из отходов обработки рыбы, из криля и из так называемого прилова, состоящего из малоценных рыб и других морепродуктов.

Какие экологические аргументы можно привести для запрета частного производства рыбной муки из каспийской кильки?

Задание 6

В последние годы сокрушительный удар по флоре и фауне наносят пожары при проведении сельскохозяйственных работ - сжигания стерни и пожнивых остатков, что в свою очередь, усугубляется аномально высокой температурой в летний период. В итоге огнем уничтожаются огромные территории на которых произрастает растительность, в том числе и лесополосы.

Насколько экологически оправдано применение такого метода борьбы со стерней? К каким отрицательным последствиям приводит данный метод по отношению к почве? Какие на ваш взгляд меры должны быть приняты в данном случае? Какие методы можно предложить для ведения объективного мониторинга ситуации?

Задание 7

Рассмотрите рисунок 6, позволяющий оценить сходство и различия динамики браконьерства и степень избирательности в посягательствах именно на заповедную природу. Проанализируйте информацию представленную на диаграмме. Сделайте выводы.

Рисунок 6 - Динамика браконьерства в России и на территории заповедников

Задания для самостоятельного выполнения

Задание 1. Что происходит, если в степной экосистеме по каким либо причинам пропадают копытные? Произойдет ли резкое увеличение прироста фитомассы? В каком случае произойдет значительное изменение экосистемы? Какие причины исчезновения копытных из экосистем вам известны? Предложите систему мероприятий по сохранению видов копытных животных а) в степи; б) в лесу.

Задание 2. Охарактеризуйте биоразнообразие степи. Богаты или бедны видами степные экосистемы? Почему на пшеничном поле видовое разнообразие меньше, а биомасса фитофагов выше, чем на соседнем участке степи? Ответ обоснуйте.

Задание 3. Известно, что самая большая пустыня Мира, когда-то была зеленой и цветущей и римляне там выращивали пшеницу. Теперь все исчезло и пустыня простирается дальше, расползаясь за 20 лет на 320 километров в некоторых местах. Какие факторы привели к ее возникновению?

Задание 4. Как вы думаете, где степень заражения паразитами лося и интенсивность их инванизации будет выше: а) в сообществах, в которых отсутствуют хищники, или б) в сообществах, где хищники выедают часть его поголовья?

Задание 5. Исходя из особенностей биологии жука-оленя, ответьте на вопрос: почему в биотопах дубрав, где наблюдается незначительный выпас скота и диких копытных, численность жука-оленя выше, чем в биотопах, где такой выпас отсутствует?

Задание 6. Каким образом деятельность кабана (Sus scrofa) сказывается на численности рыжих лесных муравьев? Каким образом можно предупредить последствия воздействия кабана? Надо ли это делать?

Задание 7. На территории памятников природы на берегах Волги в результате деятельности кабанов гибнут посадки лиственницы. Каким образом кабаны обусловили гибель отдельных деревьев в лиственничных аллеях? Предложите свой способ охраны лиственниц от кабанов.

Задание 8. Каким образом численность овец в селе влияет на численность серой куропатки в его окрестностях?

Задание 9. Каким образом выпас крупного рогатого скота и овец влияет на численность сурка?

Задание 10. Какой фактор лимитирует территориальное распределение сибирского козла (Capra sibirica) в условиях Восточного Памира летом?

Задание 11. На численности каких из указанных рыб будет сказываться выпас скота около водоема, на каких не скажется: обыкновенный карась (Carassius carassius), линь (Tinca tinca), гольян обыкновенный (Phoxinus phoxinus), обыкновенный пескарь (Gobio gobio), плотва (Rutilus rutilus), речной окунь (Perca fluviatilis).

Задание 12. Какие факторы приводят к сокращению численности шляпочных грибов в лесных массивах, а какие обеспечивают их развитие: а) полное заповедование, б) интенсивный выпас скота, в) массовый сбор грибов и ягод, г) выпас диких копытных, д) периодическая санитарная чистка леса, е) зимний отдых людей в лесу?

ЗАНЯТИЕ 5-6

ТЕМА. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ

Цель занятия: изучить критерии оценки биологического разнообразия, научиться рассчитывать индексы биологического разнообразия.

ПЛАН ЗАНЯТИЯ:

I. Терминологический словарь

II. Беседа по контрольным вопросам

III. Выполнение практических заданий

I. Дайте письменное определение терминов, предложенных преподавателем из числа нижеперечисленных: критерии оценки биологического разнообразия, индексы биологического разнообразия, индексы видового богатства, индекс видового богатства Маргалефа, индекс видового богатства Менхиника, Индекс Шеннона-Уивера, Индекс Симпсона, Индекс Бергера-Паркера.

II. Устно ответьте на вопросы:

1. Какое значение имеет оценка биоразнообразия?

2. Какие методы применяют для измерения биоразнообразия?

3. Какие компоненты биоразнообразия вам известны?

4. Каким образом принято оценивать биоразнообразие?

5. Что такое альфа-разнообразие?

6. Какие факторы применяются при оценке альфа-разнообразия?

7. Что такое видовое богатство и выравненность видов?

8. Что такое индексы разнообразия? Для чего они применяются?

9. Для чего необходимо определение индексов видового богатства?

10. Какие индексы биоразнообразия используются при определении видового богатства?

11. Что учитывают индексы основанные на относительном обилии видов?

12. Какие индексы используются для выявления неоднородности вида?

13. Что такое мера доминирования? Для чего она используется?

14. Что характеризует бета-разнообразие?

15. Для чего можно использовать бета-разнообразие?

16. Что такое гамма-разнообразие? Как оно может быть рассчитано?

III. Выполните практические задания:

Задание 1

Рассчитайте индекс видового богатства (индекс Маргалефа), если известно, что число особей в выборке составило 259. Выборка представлена 23 видами.

Задание 2

Найдите число особей в выборке, если известно, что выборка состоит из 15 видов, при этом индекс видового богатства Менхиника равен 1,26.

Задание 3

Известно, что условную выборку, взятую в лесном комплексе составляет 781 особь птиц, представленных пятью видами: большая синица - 257 особей, черный дрозд - 152 особи, сойка - 209 особей, овсянка - 84 особи, крапивник - 79 особей. Найдите индекс Шеннона, дисперсию Шеннона, индекс доминирования Бергера-Паркера. Сделайте выводы о состоянии орнитофауны лесного комплекса.

Задание 4

Определите число видов в выборке, если известно, что индекс видового богатства Маргалефа равен 5,538, а число особей в выборке равно 387.

Задание 5

Найти индекс видового богатства Менхиника для выборки из 256 особей, представленных 11 видами.

Задание 6

Условная выборка птиц сделана в селитебной зоне. Она состоит из 419 особей, представленных 7 видами, которые не являются редкими на данной территории, в т.ч.: голубей - 79, скворцов - 59, ласточек - 37, воробьев - 118, ворон - 65, сорок - 34, стрижей - 27. Рассчитать индекс видового разнообразия, дисперсию Шеннона и относительную значимость наиболее обильного вида.

Задание 7

Найдите число видов в выборке, если известно, что индекс видового богатства Маргалефа равен 5,538, а число особей равно 387.

Задание 8

Найти индекс Маргалефа для выборки, в которой 17 видов млекопитающих представлены 795 особями.

Задание 9

Каково число особей, если известно, что индекс видового богатства Менхиника равен 1,7, а число видов - 312.

Задание 10

Вычислите видовое богатство экосистемы оз. Байкал, если известно что оно включает в себя 25 видов живых организмов, а общее число особей составляет 579.

Задание 11

Используя индекс видового разнообразия Симсона, расчитайте видовое разнообразие лиственного леса, если если его биоциноз включает: дуб - 73; береза - 50; боярышник - 12; белка - 26; заяц русак - 43 особей.

Задание 12

Вычислите индекс видового разнообразия природного заповедника, если его биогециноз включает следующие виды, занесенные в красную книгу: жужелица кавказская - 113, кавказская лесная кошка - 87, жук олень - 98, тис ягодный - 75, колокольчик персиколистный - 101, самшит Колхидский - 9. Какой индекс следует использовать для решения данной задачи?

Вычислите индекс выравненности Пиелу (Е) экосистемы природного заповедника.

Задание 13

Пользуясь материалом опорных знаний, пр...