Инструкция

1. Расчет коэффициента Жаккара производится по формуле:

где j – число общих видов на обоих участках;

а – число видов на участке А;

b – число видов на участке В.

2. Метод полярной ординации позволяет оценить главные градиенты среды, вдоль которых происходят изменение состава и структуры сообществ. Для этого видовые описания сообществ сравниваются по коэффициенту Жаккара или Сьеренсена и определяются два наиболее несхожих описания.

Несходство (D) можно определить по формуле:

D = 1 – C_J

Два наиболее несходных описания называются краевыми и выбираются в качестве первой пары концевых точек на оси. Остальные описания размещаются на оси между краевыми точками по теореме Пифагора:

где x – положение сообщества на оси;

L – расстояние (несходство) между краевыми точками;

D ₁ – расстояние описания, помещенного на оси, считая от одной краевой точки;

D ₂ – аналогичное расстояние, рассчитанное от второй краевой точки.

Кроме положения на оси, можно рассчитать положение над осью (е):

Вид градиента можно определить, исходя из оценки условий среды, в которых существует каждый биоценоз. Тогда изменение этих условий от одного краевого биоценоза к другому и будет градиентом среды.

3. Диагностические виды позволяют различить типы сообществ по их присутствию в одном типе сообществ и отсутствию в других. Выделяют два типа этих видов:

– характерные виды – сосредоточены в особом типе сообществ, но отсутствуют или имеют меньшую значимость в описаниях других типов сообществ;

– дифференциальные виды присутствуют в описаниях одного типа сообществ, но отсутствуют в большинстве или во всех описаниях, относящихся к другому типу сообществ, когда сравниваются только эти два типа сообществ.

Задание 5. В табл. 2.3.11 показано изменение состава и жизненного состояния сообществ, расположенных на разном расстоянии от металлургического комбината. Определите, градиент каких факторов среды вызывает изменения сообществ. В чем эти изменения проявляются?

Таблица 2.3.11 Состав и жизненное состояние сообществ, подверженных влиянию металлургического предприятия (Копцик С.В., Копцик Г.Н., Меряшкина Л.В., 2004)

Задание 1. В табл. 2.3.12 приведены тезисы концепции детерминированной сукцессии Ф. Клементса. Заполните таблицу, вписав в нее соответствующие представления оппонентов этой концепции (Уиттекера, Коннела, Слейтера).

Таблица 2.3.12 Концепция детерминированной сукцессии Ф. Клементса

Задание 2. Заполните таблицу, характеризующую различные модели межвидовых отношений в ходе сукцессий.

Задание 3. В табл. 2.3.13 приведены некоторые характеристики стадий первичной постгляциальной сукцессии. Проанализируйте таблицу, отмечая тенденции в изменении условий среды, структуре сообщества и взаимоотношениях организмов.

Таблица 2.3.13 Характеристика стадий постгляциальной сукцессии
(Chapin et all., 1994; цит. по Миркин, Наумова, Соломец, 2001)

Задание 4. На рис. 2.3.12 показано изменение степных сообществ под влиянием выпаса разных видов скота (зоогенная сукцессия).

Рис. 2.3.12. Изменение степных сообществ под влиянием выпаса разных видов скота
(по: Юнусбаев, Мусина, Суюндуков, 2003):
1 – выпас овец,
2 – выпас коров,
3 – выпас лошадей;
а – запас надземной фитомассы в сухом весе, ц/га;
б – отношение надземной фитомассы к подземной;
в – видовое богатство, число видов на 100 м2;
г – доля видов, слагающих естественные степные сообщества, %

Определите, как изменяются структурные и функциональные характеристики сообществ при разном уровне воздействия выпаса.

Как различаются эти изменения, в зависимости от вида выпасаемых животных? Попытайтесь объяснить направленность изменений.

Задание 5. В равнинных ландшафтах реки, меандрируя, формируют отложения песка, на которых начинаются первичные сукцессии. Изобразите схему этого явления, расположив последовательно серийные сообщества: пионерные, с доминированием тополя, ивы, липы, вяза, ольхи черной. Как повлияет на протекание данного явления: а) вырубка лесов в водосборе реки; б) облесение водосбора; в) вырубка леса в пойме?

Практическое занятие №13

Продуктивность экосистем

Задание 1. Оцените чистую продукцию травянистого растительного сообщества зерновых культур в массовом и энергетическом эквиваленте на основе данных определения биомассы частей растений (абсолютно сухой вес) на учетной площадке в 1 м². При этом учитывайте, что потери от насекомых составляют 2 г и что для посева использовались семена общей массой 5 г. Ткани растений содержат в среднем около 4,25 ккал энергии.

Задание 2. Сравните чистую первичную продукцию и биомассу молодого дубово-соснового леса и климаксного широколиственного леса (табл. 2.3.14). Оцените вклад различных ярусов и фракций в формирование чистой первичной продукции и биомассы.

Таблица 2.3.14 Чистая продукция и биомасса разных типов лесных сообществ (Уиттекер, 1980)

Определите коэффициент аккумуляции биомассы в этих сообществах (отношение биомассы к продукции).

Определите коэффициент обновляемости биомассы для разных ее фракций в данных сообществах (отношение продукции к биомассе).

Определите валовую первичную продукцию этих сообществ, если расходы на дыхание растений в дубово-сосновом лесу составляют 1450 г/м²·год, а в климаксном широколиственном лесу – 2110 г/м²·год.

Определите аккумуляцию биомассы в экосистемах, если на дыхание животных в дубово-сосновом лесу расходуется не менее 80 г/м²·год, на дыхание сапробов – 580 г/м²·год, а в широколиственном лесу – не менее 1070 и 250 г/м²·год.

Задание 3. Определите вторичную продукцию кобылки за один день. Плотность популяции составляет 3 экз./м², масса тела кобылки – в среднем 67 мг. Кобылка ежедневно поедает 0,28 г травы на каждый грамм массы тела. 62 % пищи переходит в экскременты, а 34 % усвоенной пищи расходуются на дыхание.

Практическое занятие №14

Продуктивность биомов Земли

Задание 1. Используя данные табл. 2.3.15, определите участие (в %) различных типов экосистем Земли в формировании биомассы и чистой первичной продукции (ЧПП) биосферы.

Таблица 2.3.15 Чистая первичная продукция и растительная биомасса Земли (Уиттекер, 1980)

Проведите оценку продуктивности экосистем Земли, приняв за 100 баллов продуктивность тропического дождевого леса.

Сравните экосистемы континентов и океана по показателям биомассы и продуктивности. Объясните причину различия показателей биомассы и продуктивности экосистем Мирового океана и континентов.

Задание 2. В табл. 2.3.16 приведены показатели, характеризующие продуктивность основных биомов Земли. Используя эти данные, а также привлекая данные из табл. 2.3.15, оцените:

1) эффективность формирования чистой первичной продукции (г/м² листовой поверхности в год);

2) эффективность продуктивности хлорофилла разных типов экосистем (г/г хлорофилла);

3) скорость биологического круговорота в наземных экосистемах по отношению массы подстилки к массе чистой первичной продукции;

4) степень использования чистой первичной продукции животными (%);

5) степень перехода органического вещества растений в животное органическое вещество (%).

Таблица 2.3.16 Характеристика продуктивности биосферы по основным экосистемам земного шара (Уиттекер, 1980)

Практическое занятие №15

Биологический круговорот в экосистемах

Задание 1. Проанализируйте приведенное в табл. 2.3.17 содержание элементов минерального питания в растительных тканях (в частях на миллион частей сухого веса) клена сахарного (Acer saccharum).

Определите, в каких частях растения накапливается большее количество минеральных элементов. Какой в этом физиологический смысл?

Как изменяется соотношение содержания элементов в разных частях растения? С чем связано изменение зольности растительной биомассы разных частей растения?

Вычислите отношение содержания элементов в листьях и древесине.

Таблица 2.3.17 Содержание элементов (^о/_оо) минерального питания
в растительных тканях Acer saccharum (Уиттекер, 1980)

Задание 2. В табл. 2.3.18 приведены данные о перемещении питательных веществ в почву дубового леса (% от общего количества). Сравните интенсивность различных способов поступления элементов в почву. Объясните имеющиеся различия.

Таблица 2.3.18 Перемещение питательных веществ в почву дубового леса, % от общего количества (Уиттекер, 1980)

Задание 3. В табл. 2.3.19 приведены данные о запасах и о потоках минеральных элементов в биомассе лиственного леса.

Таблица 2.3.19 Запасы (г/м²) и потоки (г/м² в год) минеральных элементов
в биомассе лиственного леса (Уиттекер, 1980)

Определите скорость круговорота элементов по отношению их поступления в почву с опадом и смывом к запасу.

Задание 4. Определите интенсивность биологического круговорота в лесных экосистемах, используя приведенные в табл. 2.3.20 значения опадо-подстилочного коэффициента ОПК (отношение биомассы подстилки к биомассе опада).

Таблица 2.3.20 Опадо-подстилочный коэффициент в лесных экосистемах

Как влияет тип субстрата на интенсивность биологического круговорота в этих экосистемах?

Задание 5. В табл. 2.3.21. приведены результаты эксперимента по определению влияния субстратно-фитоценотических условий экосистемы на разложение лесного опада. Определите коэффициенты трансформации и гумификации лесного опада в различных комбинациях условий.

Коэффициент трансформации (Ктр) – это отношение массы опада после разложения к исходной массе опада.

Коэффициент гумификации (Кг) – это отношение массы новообразованного гумуса в почве к исходной массе опада.

Таблица 2.3.21 Результаты эксперимента по определению коэффициентов трансформации и гумификации лесного опада

Как влияет тип субстрата и состав опада на эффективность трансформации и гумификации?

Определите эффективность фиксации гумуса в почве по отношению коэффициента гумификации к коэффициенту трансформации.

Задание 6. Оцените интенсивность биологического круговорота, рассчитав значения опадо-подстилочного коэффициента в разных природных зонах по данным табл. 2.3.22.

Таблица 2.3.22 Запасы опада и подстилки в различных природных зонах

Задание 7. В табл. 2.3.23 приведены данные эксперимента по определению влияния лесных биогеоценозов водосбора на вынос питательных веществ с речным стоком. Значения даны в кг/га · год.

Таблица 2.3.23 Влияние вырубки леса на биологический круговорот (Уиттекер, 1980)

Определите соотношение приноса и выноса элементов (чистый вынос) в ненарушенной лесной экосистеме.

Определите изменение чистого выноса элементов после вырубки леса.

Какие изменения в структуре и функционировании лесной экосистемы могли стать причиной этих изменений?