Общая экология Тема 8 Экология сообществ (синэкология),
ВОПРОСЫ К СЕМИНАРУ ПО ТЕМЕ 8 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Синэкология, понятие биоценоза. сообщества. Типы взаимодействия между организмами. Модели амменсализма и комменсализма. Стационарные состояния, устойчивость, численные эксперименты в системе MATLAB. Модели конкуренции. Стационарные состояния, устойчивость, численные эксперименты; группировка стратегий конкуренции среди растений по Л. Г. Раменскому. Хищничество; модели «хищник-жертва» , трофическая функция Лотки -Вольтерра; стационарные состояния, устойчивость, численные эксперименты. Видовая структура сообществ, показатели обилия (участия) видов, шкалы глазомерной оценки обилия видов (Тесли, Браун-Бланке, Гульта-Друде); модели ранговых распределений видов, показатели сходства (сопряженности видового разнообразия). Разнообразие и устойчивость сообществ. Пространственная структура сообществ, вертикальная (ярусность), горизонтальная (синузиальная) структура; ценотипы, показатель доминантности. Понятие экотона, экотонный эффект.
БИОЦЕНОЗЫ (элементы синэкологии)
Популяции разных видов в природных условиях взаимодействуют друг с другом и объединяются в системы более высокого ранга – БИОЦЕНОЗЫ. Термин биоценоз впервые предложен немецким зоологом К. Мебиусом. БИОЦЕНОЗ – организованное сообщество популяций растений, животных и микроорганизмов, приспособленных к совместному обитанию в пределах определенного пространства (БИОТОПА). БИОЦЕНОЗ - система, состоящая из многих популяций (видов), связанных между собой через взаимодействия, обладающая целостностью (границами) и устойчивостью. Устойчивость и целостность БИОЦЕНОЗА диктуют необходимость его определенной иерархии и состава (продуценты, консументы, редуценты). Вместе с тем в различных науках могут рассматриваться группировки популяций отдельных царств (растений, животных, микроорганизмов) в связи с чем выделяют понятия тех или иных СООБЩЕСТВ (COMMUNITY): ФИТОЗЕНОЗ (сообщество растений), ЗООЦЕНОЗ (сообщество животных), МИКРОБОЦЕНОЗ (сообщество микроорганизмов). В рамках сообществ вводят более дробные категории (растительные ассоциации, ассамблеи насекомых, растительные синузии (пространственные элементы фитоценоза), консорции и т. д. ) Центр внимания – связи «живое- живое»
Взаимоотношение организмов в сообществе (основные формы связей «живое-живое» ) 0 0 Нейтрализм 0 - Амменсализм 0 + Комменсализм - + Хищничество, паразитизм - - Конкуренция + + Протокооперация, мутуализм
Взаимодействия между организмами и их влияние на устойчивость и динамику биоценозов
Типы взаимодействий между живыми организмами: КОММЕНСАЛИЗМ: один из видов оказывает положительное воздействие на другой, а сам не испытывает существенного влияния с его стороны Численность вида Х 1 повышает емкость среды для вида Х 2 =0. 5 Стационарные состояния: Х 1=0; Х 1=К 1 =2. 01 Х 2=0; Х 2=К 2 + Х 1 Устойчивость и режимы поведения: Устойчивы положительные стационары Х 1=К 1 ; Х 2=К 2 + Х 1 – оба вида всегда сосуществуют
Типы взаимодействий между живыми организмами: МУТУАЛИЗМ: оба вида оказывают положительное воздействие друг на друга. Численность одного вида повышает скорость роста для другого до
Типы взаимодействий между живыми организмами: АМЕНСАЛИЗМ: один из видов оказывает отрицательное воздействие на другой, а сам не испытывает существенного влияния с его стороны =0. 5 Численность вида Х 1 снижает емкость среды для вида Х 2 Стационарные состояния: Х 1=0; Х 1=К 1 Х 2=0; Х 2=К 2 Х 1 =2. 01 Устойчивость и режимы поведения: При < К 2/ K 1 устойчивы положительные стационары Х 1=К 1 ; Х 2=К 2 Х 1 – оба вида сосуществуют При > К 2/ K 1 устойчив только стационар Х 1=К 1 – гибнет второй вид (Х 2)
Типы взаимодействий между живыми организмами: КОНКУРЕНЦИЯ: один из видов оказывает отрицательное воздействие на другой и сам испытывает такое же воздействие со стороны другого вида Численность вида Х 1 снижает скорость роста для вида Х 2 Стационарные состояния: Х 1=0; Х 1=К 1 -Х 1 - 1 Х 2=0; Х 2=К 2 –Х 2 - 2 Х 1 Устойчивость и режимы поведения: В зависимости от взаимного расположения прямых:
Численное моделирование конкуренции K 1=1, K 2=2 (MATLAB-6) 1=0, 4, 2=3 1=0, 6, 2=1 1<K 1/K 2, 1>K 1/K 2, 2> K 2/K 1 2< K 2/K 1 Вид 1 «синий» побеждает Вид 2 «красный» побеждает 1=0, 6, 2=3 1>K 1/K 2, 1=0, 3, 2=1 X 10=0. 1, 1<K 1/K 2, 2<>K 2/K 1 X 20=0. 1 X 10=0. 1, X 20=0. 5 2< K 2/K 1 Оба вида сосуществуют X 10=0. 1, X 20=0. 8 Все определяют начальные условия X 10 X 20
Группировка растительности по конкурентной мощности и способности к ценогенезу (по Л. Г. Раменскому, 38) Виоленты (violent – неистовый) – растения, наиболее мощные в конкурентном отношении и по способности образовывать сообщества: энергично развиваются, наиболее полно используя ресурсные возможности экотопа, подавляя и заглушая соперников (мезофильные доминанты, например Quercus robur) Эксплеренты (explere – выполняющий) – растения низкой ценотической (конкурентной) мощности, но способные быстро захватывать свободные территории (многие однолетники, в том числе рудеральные (сорные) виды Патиенты (patiens – терпеливый) – растения, побеждающие в конкуренции благодаря своей выносливости, неприхотливости к условиям среды (доминанты экстремальных условий – солянки, суккуленты ксерофиты пустынь, ).
Типы взаимодействий между живыми организмами: ХИЩНИЧЕСТВО: один из видов служит пищей другому L=1; k=0. 05; m=0. 1; n=0. 2; Численность вида Х 1 (хищника) снижает скорость роста для вида Х 2 (жертвы): n. X 1 X 2 , m, n трофические коэффициенты , k – естественная смертность хищника, L – скорость размноженияk=1; L=1; (миграции) жертвы Стационарные состояния: m=0. 1; n=0. 2; Х 2=k/m; Х 1 =(Lm)/(nk) Lm<4 k 2 Lm>4 k 2 Устойчивость и режимы поведения: Всегда устойчивы; бифуркация режимов:
Природная динамика системы «хищник-жертва» Численность 150 100 50 0 1850 1875 1900 1925 Годы Циклические колебания численности зайца-беляка в районе Гудзонова залива, Канада и рыси
Исход взаимодействий, прогноз: Аменсализм, конкуренция – либо сосуществование, либо гибель (вытеснение одного из видов другим) Если два конкурирующих вида сосуществуют в стабильных условиях, то это происходит благодаря дифференциации их реализованных ниш. Если такой дифференциации не происходит, то один из конкурирующих видов будет вытеснен другим (принцип конкурентного исключения по Гаузе). Для хищничества и паразитизма – то же либо сосуществование, включая колебательные режимы, либо гибель И лишь при положительных воздействиях (комменсализм, мутуализм) возможно устойчивое сосуществование без колебаний
Структура биоценозов Видовая структура набор видов и соотношение их обилия Пространственная структура расположение частей в пространстве (синузии, ярусы) Экологическая структура набор и соотношение жизненных форм (определяет «внешний облик сообщества) Структура связей сумма взаимодействий между видами (например, трофических). Консорции – объединение группы видов, связанных с продуктивным организмом 1 2 3 4 5 6 7
Видовая структура сообществ Моновидовые (монодоминантные) Маловидовые Многовидовые Для оценки вклада отдельного вида в видовую структуру используют показатели обилия вида (участия вида): абсолютные: число особей данного вида, биомасса, проективное покрытие и т. д. на единице площади (в единице объема) биотопа; относительные: доля численности, биомассы, проективного покрытия и т. д. данного вида от общей (суммарной) численности, биомассы и т. д. на на единице площади (в единице объема) биотопа
Шкалы обилия видов (глазомерная оценка) Баллы Шкала Тенсли (1926) Шкала Браун -Бланке (1928) Шкала Хэнсона (1930) Шкала Гульта-Друде (1890) 1 Редко Очень рассеянно Очень редко Sol (единично) 2 Случайно Рассеяно Редко Sp (мало) 3 Часто Немного Не часто Cop 1 (довольно много) 4 Обильно Много Часто Cop 2 (много) 5 Очень обильно Очень много Обильно Cop 3 -Soc (очень много -обильно)
Относительное обилие, % (pj) Модели ранговых распределений видов Формула Мак-Арктура: 100 10 Разломанного стержня 1 Логнормальное 0. 1 0. 01 Геометрическое Ранг вида (j) pj – относительное обилие i-го вида, S – число видов в сообществе, ранги видов j – промежутки (классы) от наименее значимого (i=1) до данного (i=S-(j-1)) по всей совокупности видов S.
Коэффициенты (индексы) видового разнообразия Параметрические Обилие 1 > 2 1 2 Непараметрические Индекс Симпсона (вероятность принадлежности двух случайных особей к одному виду) Индекс Макинтоша Разнообразие – расстояние до начала координат в S-мерном пространстве Ранг вида Параметры, отражающие наклон кривой рангового распределения – можно использовать как меры разнообразия Индекс Бергера-Паркера Доля наиболее обильного вида Индекс Шеннона Разнообразие – как мера информации о сообществе на основе выборки
Показатели сходства (сопряженности) видового разнообразия: а – число видов в первом биоцензе, b –число видов во втором биоценозе, с – общее число видов, n – общее число площадок учета Показатель сходства по Одуму, 75: К<1 виды избегают друга, К>1 – сопряженность видов Показатель сходства по Быкову, 83: P>c – оба вида исключают друга, P<c - оба вида склонны обитать вместе, Р=с –виды распределяются случайно
Пространственная структура сообщества Вертикальная (ярусы, пологи, биогоризонты) Горизонтальная (микрогруппировки, синузии) Синузия (syn-вместе и usus-использование) – элемент горизонтальной структуры биоценоза, объединяющий одну или несколько популяций по признаку одной жизненной формы – сходству в адаптации и освоении элемента биотопа. По вкладу популяций выделяют ценотипы: доминанты или эдификаторы (один главенствующий вид), кондоминанты (два и более), субдоминанты (соподчиненные популяции). Слои доминантов, кондоминантов и субдоминантов обычно представлены отдельными синузиями. Простейший показатель доминантности по Одуму, 75: D= (bi/B)2 bi – биомасса i вида, В – общая биомасса всех видов. Ярус (и его элементы – полог, биогоризонт) – элементы вертикальной структуры ценоза по приуроченности органов тех или иных видов и возрастных форм популяций к слою с наибольшей концентрацией биомассы (фотосинтезирующих органов – надземные ярусы или запасающих органов – подземные горизонты)
Экотонный эффект Экотон - переходная зона между двумя соседними биоценозами Экотонный эффект - повышении продуктивности и разнообразия в экотоне вследствие перекрывания экологических амплитуд видов из разных экологических групп.
Разнообразие и устойчивость сообщества Доказательства связи разнообразия и устойчивости: - Математические модели из немногих видов неустойчивы - Простые лабораторные совместные культуры неустойчивы - Острова уязвимы для вторжения новых видов - Сельскохозяйственая (монодоминантная) растительность наиболее уязвима - В тропиках - редки вспышки численности и инвазии
Скачать презентацию Общая экология Тема 8 Экология сообществ синэкология
Tema-_8.ppt