Практическая работа Использование статистических методов для анализа экосистем, 10 класс

Практическая работа №19. Использование статистических методов для анализа экосистем. Цель обучения: Установить взаимосвязь между видовым разнообразием и устойчивостью экосистем Навыки: Знание и понимание, применение знаний Критерии успеха: Проводит исследовательскую работу, демонстрирует, собранные данные, указывающие на взаимосвязь видового разнообразия и устойчивости изучаемой экосистемы, демонстрирует свое понимание в обсуждениях, отчетах по проекту или в ответах на вопросы учителя.

Изучение биоразнообразия проводится по следующим основным направлениям: 1. Исследование территорий и оценка биотопов 2. Инвентаризация биотопов с особым вниманием к тем из них, которые особенно важны для сохранения редких видов 3. Оценка состояния и мониторинг редких видов и видов, численность которых угрожающе сокращается 4. Картирование наземных и водных экосистем.

Благодаря этой рекламе сайт может продолжать свое существование, спасибо за просмотр.

Видовое разнообразие Видовое разнообразие - важнейший показатель состояния биосферы и составляющих ее экосистем. Проблемы сохранения биоразнообразия, ставшие особенно актуальными в последние десятилетия, имеют и научные, и экономические и социальные аспекты. От их решения зависит будущее нашей планеты, в том числе будущее человечества. Задача состоит в том, чтобы научиться контролировать антропогенное воздействие на окружающую среду, создать устойчивую систему, где будет соблюдаться равновесие между всеми обитающими на Земле видами.

Оценивание биологического разнообразия Оценивание биологического разнообразия имеет важное прикладное значение, так как: 1) позволяет контролировать сохранение генетического потенциала, 2) дает представление о состоянии экосистем на определенной территории, 3) служит основой для разработки системы менеджмента отдельных видов.

Один из способов охарактеризовать сообщество – просто пересчитать входящие в него виды или составить их список, что непосредственно позволяет описывать и сравнивать сообщества с точки зрения видового богатства. Однако на практике это часто трудновыполнимо (из-за проблем таксономического порядка и небольших размеров выборки организмов, которую обычно удается проанализировать). Следовательно, число отмеченных видов зависит от числа взятых проб или размеров изученного местообитания. Составление списка видов, входящих в состав сообщества, позволяет установить некоторые закономерности его видовой структуры (соотношение видов). Видовое богатство– это число видов в сообществе. Определение видового богатства означает, соответственно, учет всех видов, встречающихся на данной территории.

Многие виды сейчас представлены столь небольшими по численности популяциями, что их будущее вызывает серьезную тревогу. На основании исследования видов составляются списки редких и исчезающих видов животных и растений. Под эгидой Международного союза охраны природы (МСОП) издаются Красные книги и Красные списки (RedDataBooks,RedLists) с данными о состоянии популяций различных видов животных и растений, которым грозит исчезновение. Издаются международные, национальные и региональные Красные книги.

0 - ВЕРОЯТНО ИСЧЕЗНУВШИЕ: виды, известные ранее на территории района и нахождение которых в природе не подтверждено (для беспозвоночных в течение 100 лет, для позвоночных - 50 лет) 1 - НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД УГРОЗОЙ ИСЧЕЗНОВЕНИЯ: виды, численность особей которых уменьшилась до критического уровня таким образом, что в ближайшее время они могут исчезнуть) 2 - СОКРАЩАЮЩИЕСЯ В ЧИСЛЕННОСТИ: виды с неуклонно снижающейся численностью, которые могут попасть в исчезающие 3 - РЕДКИЕ: виды, которые имеют малую численность и распространены на ограниченной территории 4 - НЕОПРЕДЕЛЕННЫЕ: виды, вероятно относящиеся к 1-3 категориям, но отсутствуют достаточные сведения об их состоянии в природе 5 - ВОССТАНАВЛИВАЕМЫЕ: виды, численность которых начала восстанавливаться, и они приближаются к состоянию, когда не будут нуждаться в срочных мерах охраны. КАТЕГОРИЯ :

0 (RE) – вероятно исчезнувшие в регионе виды 2 (EN) – исчезающие виды 3 (VU) – уязвимые виды 3 (NT) – потенциально уязвимые виды 3 (LC) – требующие внимания виды 4 (DD) – недостаточно изученные виды 2 (NE) – виды неопределенного статуса В зависимости от степени и характера угрозы существованию такие виды подразделяются на следующие категории

Сообщество с одним или двумя видами считается менее разнообразным, чем та, в которой несколько разных видов имеют аналогичное изобилие. Индекс разнообразия Симпсона является мерой разнообразия, которое учитывает количество присутствующих видов, а также относительное содержание каждого вида. n= общее число организмов определенного вида N = общее число организмов всех видов  Значение D в диапазоне от 0 до 1. С помощью этого индекса, 1 представляет собой бесконечное разнообразие и значение 0 малое разнообразие. Для расчета индекса Симпсона для Muntanyans, две области (естественной растительности и нарушенных растительности) должны быть выбраны с помощью квадратов случайным образом. Следует отметить, число видов растений в пределах каждого квадратика, а также количество особей каждого вида. Индекс разнообразия Симпсона

Индекс Симпсона разнообразия = 0,7 Отбор проб с одного квадрата Species Number(n) n(n-1) Seaholly 2 2 Sandcouch 8 56 Seabindweed 1 0 Sporoboluspungens 1 0 Echinophoraspinosa 3 6 Total 15 64 N = 15  n(n-1) = 64

Видовое разнообразие Задание1. а)Определите видовое разнообразие двух выборок. Виды Количество особей данного видавОзеро1/n Количество особей данного видав Озеро2 /n Лягушка озерная - А Камышовая жаба –В Квакша обыкновенная-С Остромордаялягушка- Д Всеговидов

Определите видовое разнообразие для каждой выборки и сравните результаты. Виды земноводных Озеро 1 Озеро 2 Количество /n n(n-1) Количество /n n(n-1) A B C D

Задание 1. В табл. 2.3.6 приведено описание древесно-кустарниковой растительности двух городских парков. Используя индекс Симпсона, оцените концентрацию доминирования и общее видовое богатство в этих парках. Сравните полученные показатели. Для расчета индекса Симпсона в данном случае можно использовать следующую формулу: где   n1 – число особей каждого вида,          N – общее число особей.

Задание 2. Сравните видовой состав гнездящихся птиц на трех участках приволжской степи. Ковыльная степь: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, каменка-плясунья, каменка-плешанка, лунь степной, орел степной. Посевы с лесополосами: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, желтая трясогузка, розовый скворец, перепел, лунь полевой. Посевы без лесополос: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, каменка-плясунья, чибис, лунь полевой.

(FW) DCP, DEC Использование статистических методов для анализа экосистем Вопросы исследования:   Цель: анализировать биоразнообразие различных регионов экосистемы, путем определения видового богатства и разнообразия путем расчета с использованием индекса Симпсона. Изучить взаимосвязь между разнообразием видов и области путем построения видовой области графика для близлежащей экосистемы. Гипотеза: _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ Предпосылки: Биоразнообразие относится к гетерогенности населения общины, или количество и разнообразие видов в данной области. Популяция представляет собой группу особей одного вида, занимающих данную область в данный момент времени. Сообщество является суммой всех популяций, которые занимают область. разнообразие видов широко рассматривается как совокупность видового богатства и видового ровности. Видовым богатством является общее число видов, присутствующих в обществе. Выравненностью видов является относительное распределение видов, присутствующих в сообществе. Равномерность контрастирует с доминированием, и максимальна, если все виды имеют одинаковое количество особей. Например, рассмотрим 2 сообщества муравьев. Сообщество А содержит 1000 муравьев одного вида и 100 муравьев каждого из двух других видов. Сообщество Б содержит 400 муравьев каждой из 3-х видов. Оба сообщества имеют один и тот же видовое разнообразие (3), но сообщество B имеет большую выравненность. Двумя индексами разнообразия, которые учитывают видовое распределение, являются индексы Симпсона и Шеннона-Винера.

Почему важно сохранить биоразнообразие? Биоразнообразие была горячей темой для целого ряда причин. Ряд новых лекарственных средств противоракового и противовирусного действия были обнаружены путем скрининга тысячи организмов. Кроме того, существуют и другие сильные аргументы в пользу сохранения видов и генетического разнообразия. Современные методы ведения сельского хозяйства обычно включают посадки на поля одного генотипа культур растений (монокультур). Это обычно сорта, превосходящие по качественным признакам другие культуры. Если генотип восприимчив к насекомым-вредителям или болезням, весь урожай может быть потерян. В диких популяциях зачастую достаточно генетической изменчивости, благодаря которым, возможно несколько особей будут устойчивы к вредителям или болезни и могут выжить. Поддержание адекватной численности особей зачастую имеет жизненно важное значение для поддержания достаточно уровня генетической изменчивости. Генетически разнообразная популяция может быть менее восприимчива к возмущению/стрессу, чем менее разнообразные популяции. Разнообразные сообщества также могут быть более устойчивы, чтобы выдержать возмущение. Одна из причин этого заключается в том, что в различных сообществах часто встречаются виды, которые перекрывают функции друг друга. Если один из таких видов изчезнуть, то другой будет выполнять эту же функцию. Таким образом, экосистема продалжает функционировать. (Выдержки из биологического журнала MMorgan и Каролины Изучение биоразнообразия)

Определение видового разнообразия в сообществах. В таблице показаны примеры двух сообществ (А и В). 1. Определите разнообразие видов для каждого сообщество по формуле R=s, где R-видовое разнообразие, s-количество видов. 2. Индекс биоразнообразие Симпсона. Сообщество с одним или двумя видами считается менее разнообразным, чем та, в которой несколько разных видов имеют аналогичное изобилие. Индекс разнообразия Симпсона является мерой разнообразия, которое учитывает количество присутствующих видов, а также относительное содержание каждого вида. N = общее число организмов определенного вида N = общее число организмов всех видов Сообщество А Сообщество В Вид 1 1000 Вид 1 400 Вид 2 100 Вид 2 400 Вид 3 100 Вид 3 400

Определите индексы биоразнообразия двух сообществ . Виды Сообщество А Количество /n n(n-1) 1 n1=   2 n2=   3 n3=   N       DA     Виды СообществоB Количество /n n(n-1) 1 n1=   2 n2=   3 n3=   N       DB

Вопросы: Каковы два основных аспекта видового разнообразия? Объясните, почему количество видов на конкретной площади часто не считается адекватной мерой разнообразия? Что означает максимальное значение индекса Симпсона?

Рассчитайте и определите количество видов и индекс разнообразия видов для двух сообществ. Сравните ваши результаты и обсудите в паре, какой из них имеет более высокое значение. Объясните важность полученных результатов. Сообщество X содержит 10 видов со следующими количествами организмов: А = 80, В = 4, С = 3, D = 2, Е = 2, F = 2, G = 2, Н = 2, I = 2, J = 1 Сообщество Y содержит 5 видов со следующими количествами организмов: А = 30, В = 20, С = 20, D = 20, Е = 10

Постройте график, показывающий взаимосвязь видового разнообразия от площади. Прогнозируйте форму графика. Например: линейный, экспоненциальный рост (J- формы), логистическая (S-образный), линейный график. Дайте письменную характеристику вашего графика.

Практическая работа: 1. Каждая группа будет работать в своем квадрате.

2. Определите количество присутствующих видов в первом квадрате. Определите неизвестные вам виды и дайте названия. 3. Другая группа будет работать по выявлению новых видов в 4 м2, а затем в 25 м2 (которые были не учтены в малых участках). Количество видов в больших квадратах не нужно считать.

Таблица: Площадь Виды (обязательно используйте название вида по идентификатору) Количество организмов 1 м2 Общее число видов=                 4 м2 Общее число видов=                   25 м2 Общее число видов=

Выводы: Определите видовое разнообразие и биоразнообразие(с использованием индекса Симпсона) для Вашего 1 м2 участка.

Из данных класса, построить график, показывающий зависимость между числом видов, присутствующих и отобранной площадью. Используйте миллиметровую бумагу для построения графика. Убедитесь, что зависимая переменная лежит по вертикальной оси. Используйте правильную шкалу деления при масштабировании. Опишите форму вашего графика. Опишите факторы, которые глобально влияют на биоразнообразие.

Какие дополнительные факторы могут повлиять на местное биоразнообразие (низ примеров лабораторной работы)? Приведите некоторые конкретные примеры. Если вы исследовали бы площадь намного больше по размеру (скажем, размер штата Вашингтон), то кривая графика была бы такой же формы? Почему да или почему нет?

На основании результатов этой лаборатории, объясните, почему важно сохранить большие участки дикой природы для сохранения биоразнообразия? Почему важно сохранение глобального биоразнообразия? Почему в равной степени важно сохранить местное биоразнообразие? Объясните и защитите свой ответ.