1. Концепцията за популация: статистически показатели за популация, понятия за генотип и генофонд

Съвкупност от индивиди, които имат наследствено сходство на морфологични, физиологични и биохимични характеристики, способни да се кръстосват с образуването на плодородно потомство, адаптирани към определени условия на живот и заемащи определена територия (обхват) в природата, се нарича биологичен вид. Видовете често заемат голяма площ, в която индивидите са разпределени неравномерно, в групи - популации.

Популацията е съвкупност от индивиди от един и същи вид, способни на самовъзпроизвеждане, които съществуват дълго време в определена част от ареала относително отделно от други популации на същия вид. Терминът "население" произлиза от латинската дума "populus" (хора) и буквално означава "население". Популацията е именно онази клетка на биотата, която е в основата на нейното съществуване: в нея се извършва самовъзпроизвеждане на живата материя, тя осигурява оцеляването на вида, т.е. е структурната единица на вида и единицата на еволюцията. Контактите между индивиди от една и съща популация се случват по-често, отколкото между индивиди от различни популации. Например нивото на панмиксия (свободно кръстосване) в една популация е по-високо, отколкото между индивиди от различни популации.

■ площ. Пространството, в което една популация или вид като цяло се среща през целия си живот, се нарича ареал - ареал на разпространение. Ареалът може да бъде непрекъснат или прекъснат (дизюнктивен), ако между неговите части възникват различни бариери (водни, орографски и др.), пространства, необитавани от представители на този вид.

2.Статистически показатели за населението

Количествените показатели (характеристики) на населението могат да бъдат разделени на статични и динамични. Статичните показатели характеризират състоянието на популацията на този моментвреме. Основните са: броя и плътността, както и показатели за структурата. Динамичните показатели на популацията отразяват процесите, протичащи в популацията за определен период от време. Основните са: раждаемост, смъртност, темп на нарастване на населението.

Числото е броят на животните или растенията в определена пространствена единица: ареал, речен басейн, морска зона, регион, област и др. Размерът на популацията може да се промени значително с времето. Зависи от биотичния потенциал на вида и външни условия. Броят на определени животни се определя по различни методи. Например, броене от самолет или хеликоптер по време на прелитане на територията. Размерът на човешкото население се определя чрез преброяване на населението на цялата държава, нейното административно деление. Значението на размера и структурата на населението (етническа, професионална, възрастова, полова и т.н.) е от голямо икономическо и екологично значение.

Плътността е броят на индивидите или биомасата на популация на единица площ или обем. Колкото по-голямо е животното, толкова повече площ трябва да получи храна, следователно, колкото по-голям е размерът на тялото на индивида, толкова по-ниска е гъстотата на населението.

Популацията се характеризира с определена структурна организация - съотношението на групите индивиди по пол, възраст, размер, разпределение на индивидите по територия и др. В тази връзка се разграничават различни популационни структури: полова, възрастова, размерна, генетична, пространствена и етологична и др. Структурата на популацията се формира, от една страна, на базата на общите биологични свойства на вида, от друга ръка, под въздействието на факторите на околната среда.

Полова структура (полов състав) - количественото съотношение на мъжките и женските индивиди в популацията. Съотношението на половете в популацията се установява според генетичните закони в резултат на рекомбинацията на половите хромозоми и след това се влияе от околната среда. Теоретично съотношението между половете трябва да е същото: 50% от общия брой трябва да са мъжки и 50% женски. Действителното съотношение на половете зависи не само от генетичните и физиологичните характеристики на вида, но и от действието на различни фактори на околната среда (например при рибите - от стойността на pH на околната среда; при червените горски мравки от яйца, снесени при температури под 20 ° С се развиват мъжките, а при по-високи температури женските).

Има първични, вторични и третични връзки. Първичното съотношение е съотношението, наблюдавано по време на образуването на зародишни клетки (гамети). Обикновено е 1:1. Това съотношение се определя от генетичния механизъм за определяне на пола. Вторично съотношение - съотношението, наблюдавано при раждането. Третично съотношение - съотношението, наблюдавано при възрастни полово зрели индивиди.

Например, при човек във вторичното съотношение донякъде преобладават момчетата, в третичното съотношение - жените: 100 момичета се раждат за 106 момчета, до 16-годишна възраст ... и до 80-годишна възраст - 50 мъже и 100 жени .

Генетичната структура на популацията се характеризира с различна степен на генетично разнообразие на индивидите. Съвкупността от всички гени, концентрирани в хромозомите на един организъм, се нарича генотип. Ако съотношението на генотипите в една популация е непроменено в поколенията, тогава популацията е стабилна, в нея има генотипно равновесие. Съвкупността от гени, които индивидите от определена популация притежават, се нарича генофонд. Въпреки променливостта на своите структурни части, популацията като цялостна система стабилно запазва генофонда, наследен от популацията на предците.

Относителната пространствена изолация на една популация води до нейната репродуктивна изолация - ограничаване на свободата на кръстосване на индивиди от различни популации. Тази изолация осигурява уникалността на генофонда на популацията и възможността за нейната независима еволюция. В природата обаче няма напълно изолирани популации и може да възникне миграция (отлив и приток) на гени, водеща до промени в тяхната генетична структура.

Възрастова структура (възрастов състав) - съотношението в популацията на индивиди от различни възрастови групи. Абсолютният възрастов състав изразява броя на определени възрастови групи към определен момент от време. Относителният възрастов състав изразява съотношението или процента на индивидите от дадена възрастова група по отношение на общото население. Възрастовият състав се определя от такива показатели като: времето за достигане на пубертета, продължителността на живота, продължителността на размножителния период, смъртността и др.

В зависимост от способността на индивида да се възпроизвежда, се разграничават три групи: предрепродуктивни (индивиди, които все още не са способни да се възпроизвеждат), репродуктивни (индивиди, които са способни да се възпроизвеждат) и пост-репродуктивни (индивиди, които вече не са способни да се възпроизвеждат). възпроизвеждам).

Съотношението на индивидите в популацията за тези държави се нарича възрастов спектър на популацията, който отразява количествените съотношения на различните възрастови групи. Способността на населението за самоподдържане и неговата устойчивост на външни влияния се оценява от възрастовия спектър. За да се сравни броят на индивидите от различни възрасти в популациите, се изграждат хистограми на възрастовите структури (виж фиг.).

С най-голяма жизнеспособност се отличават популациите, в които всички възрасти са представени относително равномерно. Такива популации се наричат ​​нормални. Ако популацията е доминирана от сенилни индивиди, това показва наличието на негативни фактори, които нарушават репродуктивните функции. Такива популации се наричат ​​регресивни или застрашени.

Възрастова структура на популациите:

Инвазивен (нарастващ); 2 - нормално (стабилно);

Регресивен (свиващ се)

Популациите, представени главно от млади индивиди, се считат за нахлуващи или инвазивни. Тяхната жизненост не предизвиква безпокойство, но има голяма вероятност от избухване на прекалено голям брой индивиди. Особено опасно е, ако такива популации са представени от видове, които преди това са отсъствали тук.

Пространствено-етологичната структура определя характера на разпределението на индивидите в рамките на ареала. Зависи от характеристиките заобикаляща средаи етология (поведенчески характеристики) на вида.

Има три основни типа разпределение на индивидите в пространството: равномерно (закономерно), неравномерно (съвкупно, групово, мозаечно) и случайно (дифузно).

При равномерно разпределение индивидите са разположени на повече или по-малко равни интервали, като дървета в борова гора. В действителност в природата рядко се среща равномерно разпределение на индивидите.

Неравномерното (групово, мозаечно) разпределение се проявява в образуването на групи от индивиди, между които остават големи необитаеми територии. Характерно е за популации, живеещи в условия на неравномерно разпределение на факторите на околната среда или състоящи се от индивиди, водещи групов начин на живот (например стада бозайници, птичи колонии). Груповото разполагане осигурява на популациите по-висока устойчивост на неблагоприятни условия.

При случайно (дифузионно) разпределение индивидите са разпределени неравномерно, а срещите им помежду им са случайни. Този тип разпространение е широко разпространен сред растенията и много животински видове. Случайното разпределение е резултат от вероятностни процеси и слабо социални връзкимежду индивиди.

В големи географски райони, с течение на времето, индивиди от една и съща популация, когато са разпределени, могат да образуват комбинации от тези три типа разпределение. Например: дървета - от група към униформа. Преселването на листни въшки или колорадски бръмбар първоначално може да бъде случайно и докато се размножават, то придобива групов или еднообразен характер.

Според вида на използване на пространството всички подвижни животни се разделят на заседнали и номадски. Уседналият начин на живот се характеризира с интензивен тип използване на територията, т.е. отделни лица или техните групи експлоатират ресурси в относително ограничено пространство за дълго време. Има редица биологични предимства, като свободна ориентация в позната територия при търсене на храна или подслон, способността да създава хранителни запаси (катерици, полски мишки). Неговите недостатъци включват изчерпването на хранителните ресурси при прекалено висока гъстота на населението.

Видовете, характеризиращи се с номадски начин на живот, се характеризират с екстензивен тип използване на територията, при което ресурсите обикновено се консумират от групи индивиди, постоянно движещи се в обширна територия.

Според формата на съвместно съществуване на животните се разграничават самотен начин на живот, семейство, колонии, стада, стада.

Разпространението на организми извън популацията се нарича дисперсия. Моделите на разпръскване отразяват как населението заема все повече и повече пространство. Сред тях се разграничават: анемохория (разпространена от вятъра), хидрохория (от вода), фитохория (от растения), зоохория (от животни) и антропохория (от човека).

3. Водна жизнена среда

От екологична гледна точка околната среда -Това са природни тела и явления, с които организмът е в пряка или косвена връзка. Местообитанието е част от природата, която заобикаля живите организми (индивид, популация, общност) и оказва определено въздействие върху тях.

На нашата планета живите организми са усвоили четири основни местообитания: водна, земно-въздушна, почвена и организмова (т.е. образувана от самите живи организми).

Водна жизнена среда

Водната среда на живот е най-древната. Водата осигурява протичането на метаболизма в организма и нормалното функциониране на организма като цяло. Някои организми живеят във вода, други са се адаптирали към постоянна липса на влага. Средното съдържание на вода в клетките на повечето живи организми е около 70%.

4. Специфични свойства на водата като местообитание

Характерна особеност на водната среда е високата плътност -тя е 800 пъти по-голяма от плътността на въздуха. В дестилирана вода например е 1 g/cm 3. С увеличаване на солеността плътността нараства и може да достигне 1,35 g/cm 3. Всички водни организми изпитват високо налягане, което се увеличава с 1 атмосфера на всеки 10 m дълбочина. Някои от тях, като риба дявол, главоноги, ракообразни, морски звезди и други, живеят на големи дълбочини при налягане от 400 ... 500 атм.

Плътността на водата осигурява възможността да се разчита на нея, което е важно за нескелетните форми на водните организми.

Бионтът на водните екосистеми също се влияе от следните фактори:

1.концентрация на разтворен кислород;

2.температура на водата;

.прозрачност, характеризираща се с относителна промяна на интензитета на светлинния поток с дълбочина;

.соленост, тоест процентът (тегловно) на соли, разтворени във вода, главно NaCl, KC1 и MgSO4 ;

.наличност хранителни вещества, предимно съединения на химически свързани азот и фосфор.

Кислородният режим на водната среда е специфичен. Във водата има 21 пъти по-малко кислород, отколкото в атмосферата. Съдържанието на кислород във водата намалява с повишаване на температурата, солеността, дълбочината, но се увеличава с увеличаване на скоростта на потока. Сред хидробионтите има много видове, принадлежащи към евриоксибионтите, т.е. организми, които могат да понасят ниско съдържание на кислород във водата (например някои видове мекотели, шаран, каракуда, лин и други).

Стеноксибионти, като пъстърва, ларви на майска муха и други, могат да съществуват само при достатъчно високо насищане на водата с кислород (7 ... 11 cm 3/l) и следователно са биоиндикатори на този фактор.

Липсата на кислород във водата води до катастрофални явления. -убийства (зимни и летни), придружени от смърт на водни организми.

Температурен режимводната среда се характеризира с относителна стабилност в сравнение с други среди. В сладките води умерени ширинитемпературата на повърхностните слоеве варира от 0,9 °C до 25 °C, т.е. амплитудата на температурните промени е в рамките на 26 ° C (с изключение на топлинни източници, където температурата може да достигне 140 ° C). На дълбочина в сладки водни тела температурата е постоянно равна на 4 ... 5 ° C.

Светлинният режим на водната среда се различава значително от наземно-въздушната среда. Във водата има малко светлина, тъй като тя се отразява частично от повърхността и частично се абсорбира при преминаване през водния стълб. Преминаването на светлина също се възпрепятства от частици, суспендирани във вода. В дълбоките резервоари във връзка с това се разграничават три зони: светлина, здрач и зона на вечна тъмнина.

Според степента на осветеност се разграничават следните зони:

крайбрежна зона (воден стълб, където слънчевата светлина достига дъното);

лимнична зона (воден стълб до дълбочина, където прониква само 1% от слънчевата светлина и където фотосинтезата избледнява);

евфотична зона (целият осветен воден стълб, включително крайбрежните и лимничните зони);

профундална зона (дъно и воден стълб, където слънчевата светлина не прониква).

Във връзка с водата сред живите организми се разграничават следните екологични групи: хигрофили (влаголюбиви), ксерофили (сухолюбиви) и мезофили (междинна група). По-специално сред растенията се разграничават хигрофити, мезофити и ксерофити.

Хигрофити -растения от влажни местообитания, които не понасят недостиг на вода. Те включват например: езерце, водна лилия, тръстика.

Ксерофитни растения от сухи местообитания, способни да понасят прегряване и дехидратация. Има сукуленти и склерофити. сукуленти -ксерофитни растения със сочни, месести листа (например алое) или стъбла (например кактуси), в които е развита тъкан за съхранение на вода. Склерофитите са ксерофитни растения с твърди издънки, поради което при дефицит на вода нямат външен модел на увяхване (например перушина, саксаул).

Мезофити -растения от умерено влажни местообитания; междинна група между хидрофити и ксерофити.

Във водната среда живеят около 150 000 вида животни (което е около 7% от общия им брой) и 10 000 вида растения (което е около 8% от общия им брой). Организмите, които живеят във вода, се наричат ​​хидробионти.

Водните организми според вида на местообитанието и начина на живот се обединяват в следните екологични групи.

Планктон -Висящи във водата организми, пасивно движещи се поради течението. Има фитопланктон (едноклетъчни водорасли) и зоопланктон (едноклетъчни животни, ракообразни, медузи и др.). Специален вид планктон е екологичната група неустон -обитатели на повърхностния филм на водата на границата с въздуха (например, водни крачки, дървеници и други).

Нектон -животни, активно движещи се във водата (риби, земноводни, главоноги, костенурки, китоподобни и др.). Активно плуване на хидробионти, обединени в това екологична групапряко зависи от плътността на водата. Бързото движение във водния стълб е възможно само при наличие на опростена форма на тялото и силно развита мускулатура.

Бентос -организми, живеещи на дъното и в земята, той се разделя на фитобентос (прикрепени водорасли и висши растения) и зообентос (ракообразни, мекотели, морски звезди и др.).

5. Разновидности на смог и техните характеристики

Смог (англ. Smoke - дим, fog - гъста мъгла) - видимо замърсяване на въздуха от всякакво естество. Смог възниква при определени условия: в големи количествапрах и газове във въздуха и дългото съществуване на антициклонални климатични условия (райони с висока атмосферно налягане), когато замърсителите се натрупват в повърхностния слой на атмосферата. Смогът причинява задушаване, астматични пристъпи, алергични реакции, дразнене на очите, увреждане на растителността, сгради и съоръжения.

Има три вида смог: леден (аляски тип); мокър (тип Лондон); сух или фотохимичен (тип Лос Анджелис).

Мокрият смог е най-изследваният. Често се среща на места с висока относителна влажност и чести мъгли. Това допринася за смесването на замърсителите и взаимодействието на химичните реакции. Тези замърсители се отделят директно в атмосферата и се наричат ​​първични замърсители. Основните токсични компоненти на мокрия смог най-често са CO 2и така 2. Известен е случаят, когато през 1952 г. влажният смог в Лондон взе повече от 4000 живота.

Фотохимичният смог е вторично замърсяване на въздуха, което възниква по време на разлагането на първичните замърсители от слънчевата светлина. Основният токсичен компонент е озонът.

Леден смог възниква, когато ниски температурии антициклон. В този случай емисиите дори на малко количество замърсители водят до образуването на гъста мъгла, състояща се от малки ледени кристали и, например, сярна киселина.

Въздухът е основно смес от O 2и Н 2. При висока температура на пламъка молекулите във въздуха могат да се разпаднат и дори молекулите на относително инертния N 2претърпяват реакции:

Според уравнението се образува кислороден атом, който влиза в уравнението. След като кислородният атом се появи в пламъка, той ще бъде пресъздаден и ще участва в цялата реакционна верига, водеща до образуването на NO. Ако сумираме тези две реакции, получаваме:

Уравнението показва как се образуват азотни оксиди в пламък. Те се появяват, защото горивото се изгаря във въздух, а не в кислород O 2. Освен това някои горива съдържат азотни съединения като примеси и в резултат на това продуктите от горенето на тези примеси служат като източник на други азотни оксиди. Окисляването на азотния оксид в смога произвежда азотен диоксид, кафяв газ. Този цвят означава, че газът абсорбира светлина (с дължина на вълната най-малко 310 nm), е фотохимично активен и претърпява дисоциация:

Така, според уравнението, отново се появява азотен оксид, но също така и единичен и реактивен кислороден атом, който може да реагира, за да образува озон - O3 :

Озонът е единственият замърсител, който най-ясно характеризира фотохимичния смог. Въпреки това, О 3, което представлява такъв проблем, не се отделя от автомобила (или от друг основен замърсител). Това е вторичен замърсител.

И така, летливите органични съединения, отделяни поради използването на горива на основата на бензин, допринасят за превръщането на NO в NO 2(и лежат в основата на фотохимичния смог).

В процеса на окисление на въглеводородите в атмосферата трябва да се отбележи особено ролята на радикала ОН*. Помислете за окисляването на метан (CH 4) като прост пример за този процес:

Тези реакции показват превръщането на азотен оксид (NO) в диоксид (NO 2) и прост алкан от типа CH 4към алдехид (в този случай формалдехид HCHO). В този случай радикалът OH* се възпроизвежда в края на веригата от реакции, така че може да се счита за катализатор по някакъв начин. Въпреки факта, че реакцията протича във фотохимичен смог, ефектът на радикала OH* върху големи и сложни органични молекули е доста ефективен. Алдехидите също могат да бъдат атакувани от OH* радикали.

Метилов радикал (CH 3*) от уравнението може да се върне към уравнението.

Важно допълнение към тази поредица от реакции е следното:

което води до образуването на пероксиацетил нетрат (PAN), който е дразнещ за очите.

6. Екологично право и неговите основни източници

Екологичното право е клон на правото, който регулира обществените отношения в областта на взаимодействието между обществото и природата.

Законът за околната среда е важен инструмент, използван от държавата в интерес на опазването и рационалното използване на околната среда. естествена среда.

Източници на екологичното право са следните правни актове: 1) Конституцията Руска федерация; 2) закони и кодекси в областта на опазването на природата; 3) укази и заповеди на президента по въпросите на екологията и управлението на природата; държавни екологични разпоредби; 4) нормативни актове на министерства и ведомства; 5) нормативни решения на органите на местното самоуправление.

1. Конституционните основи за опазване на природната среда са залегнали в Конституцията на Руската федерация, приета на 12 декември 1993 г. Конституцията провъзгласява правото на гражданите на земя и други природни ресурси, установява правото на всеки човек на благоприятно околната среда (безопасност на околната среда) и на обезщетение за вреди, причинени на здравето му. Той също така определя организационните и контролните функции на висшите и местните власти за рационално използване и опазване на природните ресурси, установява задълженията на гражданите по отношение на природата, опазването на нейното богатство.

2. Законите и кодексите в областта на опазването на околната среда съставляват правната основа на природните ресурси. Те включват закони за земята, земните недра, опазването на атмосферния въздух, за опазването и използването на дивата природа и др. екологично законодателствооглавява Федералния закон „За опазване на околната среда“ от 10 януари 2002 г. № 7-FZ. По въпросите на опазването на околната среда нормите на други закони не трябва да противоречат на Конституцията на Русия и този законодателен акт.

1. Кодексът за земята на Руската федерация (2001 г.) регулира защитата на земята и защитата на околната среда от възможни вредни въздействия при използването на земята. Основните правни функции на опазването на земята са: опазване и подобряване на почвеното плодородие, опазване на фонда от земеделски земи. Щетите, замърсяването, запушването и изчерпването на земята се считат за нарушения на околната среда. Кодексът урежда покупко-продажбата на земя и други сделки със земя.

2. Кодексът за водите на Руската федерация (1995 г.) регулира правните отношения в областта на рационалното използване и опазване на водните тела, установява отговорност за нарушаване на законодателството за водите. Правните норми са насочени към опазване на водите от замърсяване, запушване и изчерпване.

3. Правната основа за опазване на атмосферния въздух е отразена в Закона на Руската федерация „За опазване на околната среда“ (2002 г.), както и в Закона „За опазване на атмосферния въздух“ (1982 г.). Най-важните общи мерки за опазване на въздушния басейн са установяването на норми за пределно допустими вредни въздействия (ПДК, ПДВ) и такси за емисии на замърсители в атмосферата.

4. Правната защита на хората, участващи в използването на ядрени и радиационни съоръжения и радиоактивни вещества, се гарантира от Закона на Руската федерация „За радиационната безопасност на населението“ (1995 г.) (както и Федералния закон „За използването на Атомна енергия“).

В случай на авария законът гарантира обезщетение за увреждане на здравето и имуществото на гражданите, установява обезщетение за повишения риск на живеещите в близост до ядрени и радиационни инсталации под формата на подобрени социални и битови условия.

5. Законът на Руската федерация "За недрата" (1992 г.) установява правни отношения в проучването, използването и опазването на недрата. Сред екологичните и правни нарушения, засягащи недрата като част от природната среда, Законът посочва преди всичко тяхното замърсяване.

6. Основите на горското законодателство (1977 г.) определят изискванията за управление на горите. Основните правни норми са насочени към използването на гората като Натурални ресурси, залесяване, опазване и защита на горите и др.

7. Закон на Руската федерация "За фауната" (1995 г.). Той съдържа екологични, правни и административни норми, като се вземат предвид нови икономически отношения. Съгласно Закона екологичните и законови нарушения включват: незаконен риболов, унищожаване на редки и застрашени животни и др.

8. Законът на Руската федерация „За отпадъците от производството и потреблението“ (1998 г.) определя правна рамкауправление на отпадъците от производство и потребление с цел предотвратяване на вредното им въздействие върху човешкото здраве и околната среда.

9. Най-важните екологични изисквания са отразени и в Закона на Руската федерация „За санитарно-епидемиологичното благосъстояние на населението“ (1999 г.) и в Основите на законодателството на Руската федерация за опазване на здравето (1993 г.).

Федерален закон № 26-FZ от 23 февруари 1995 г. „За природните лечебни ресурси, лечебните зони и курортите“;

Федерален закон „За специално защитените природни зони"от 14 март 1995 г. (с измененията на 30 декември 2001 г.) № 33-FZ;

Федерален закон "За екологичната експертиза" от 23 ноември 1995 г. (с измененията на 15 април 1998 г.) № 174-FZ;

Федерален закон "За използването на атомната енергия" от 21 ноември 1995 г. (с измененията на 28 март 2002 г.) № 170-FZ;

Федерален закон "За континенталния шелф" от 30 ноември 1995 г. (с измененията на 30 юни 2003 г.) № 187-FZ;

Укази и заповеди на президента, резолюции на правителството обхващат широк спектър от екологични въпроси. Пример за това е указът на президента от 1 април 1996 г. относно концепцията за преход на Руската федерация към устойчиво развитие.

1. Нормативните актове на министерствата и ведомствата по околната среда се издават по широк спектър от въпроси на рационалното използване и опазване на околната среда под формата на резолюции, инструкции, заповеди и се считат за задължителни за всички физически и юридически лица.
2. Регулаторните решения на местните административни органи (кметства, селски и селищни власти) допълват и уточняват действащите нормативни правни актове за опазване на околната среда.

Действащият Федерален закон „За опазване на околната среда“ (2002 г.) значително разширява правомощията държавна властсубекти на Руската федерация и местни власти в областта на отношенията, свързани с опазването на околната среда. По-специално, на субектите на федерацията е предоставено правото да разработват и издават закони и други разпоредби в областта на опазването на околната среда, като вземат предвид географски, природни, социално-икономически и други характеристики, за ограничаване или забрана на икономически и други анти -екологични дейности на техните територии и др.

генетична структура на населението

Списък на използваните източници

Екология: Учебник за техническите университети / Под ред. Цветкова, Алексеев и др. Л.И. Цветкова. - М.: Издателство на АСВ; Санкт Петербург: Химиздат, 1999. - 488 с.

Коробкин V.I., Переделски. Екология във въпроси и отговори.

Коробкин В.И., Переделски Л.В. Екология за студенти.

Www. ekolog.org

Обучение

Нуждаете се от помощ при изучаването на тема?

Нашите експерти ще съветват или предоставят услуги за обучение по теми, които ви интересуват.
Подайте заявлениепосочване на темата точно сега, за да разберете за възможността за получаване на консултация.

Какво е популация?

Определение 1

Популацията е съвкупност от организми от един и същи вид, живеещи на дадена територия за дълъг период от време, имащи общ генофонд, както и способността за лесно кръстосване, изолирани в различна степен от други популации на този вид.

Организмите от всеки вид са представени от няколко популации, обитаващи различни територии. Между популациите на един и същи вид съществуват различни взаимоотношения, които поддържат вида като цяло. Въпреки това, ако по някаква причина една популация се изолира от други популации от собствения си вид, това може да доведе до образуването на нов вид живи организми. Под въздействието на условията на околната среда се формират физиологични, морфологични и поведенчески характеристики на организмите. В същото време свойствата на организмите, принадлежащи към различни популации, ще се различават една от друга толкова по-силно, колкото по-различни са условията на тяхното местообитание и колкото по-слаб е обменът на индивиди между тях.

Характеристики на популациите

Популацията не е произволно струпване на индивиди от един и същи вид в обща зона. Това е сложно организирана общност със собствена структура, състав и сложна йерархия от връзки.

Свойствата, които характеризират популацията, могат да бъдат разделени на два типа:

1. биологични свойства - свойства, присъщи на всеки организъм, включен в популацията;
2. групови (възникващи) свойства - свойства, които са присъщи не на отделни индивиди, а на популацията като цяло.

С други думи, асоциирането на организми от един и същи вид в популация (група) се извършва въз основа на нейните качествено нови, възникващи свойства. Тези свойства включват:

1. номер;
2. гъстота на населението;
3. раждаемостта на организмите в една популация;
4. смъртността на организмите в популацията.

Определение 2

Размерът на популацията е общият брой индивиди от един и същи вид, обитаващи определена територия.

Числеността на популацията се променя във времето (по години, сезони, от поколение на поколение) и зависи от външни и вътрешни фактори.

Забележка 1

Колебанията в броя на индивидите в популацията са наречени от руския биолог С. С. Четвериков "вълни на живота".

Териториите (ареали), заети от различни популации, могат значително да се различават една от друга по площ, така че не винаги е препоръчително да се сравняват популациите по абсолютен брой индивиди. В такива случаи размерът на популацията се изразява като плътност.

Определение 3

Плътност на популацията - съотношението на броя на представителите на един вид (или съответната биомаса) и обема или площта, заета от популацията (биомаса) на пространството.

плодовитост- броят на новоизсечените индивиди, появили се за единица време в резултат на възпроизвеждане. Коефициентът на раждаемост в населението се определя преди всичко биологични особеностивидове, както и средната продължителност на живота на индивида, съотношението на половете в популацията, наличието на храна, метеорологичните условия и редица други фактори. Има два вида плодовитост:

1. максимална (абсолютна или физиологична) раждаемост - теоретично допустимият брой индивиди, които могат да се родят в идеални условияекологична среда без ограничаващи фактори, обусловена единствено от физиологичните възможности на организмите;
2. екологична (осъществима) раждаемост - броят на индивидите, родени за определен период в специфични условия на околната среда.

Смъртносте броят на индивидите в популация, които са умрели за даден период от време. Тя зависи предимно от факторите на околната среда и може да бъде много висока по време на природни бедствия, по време на неблагоприятни периоди климатични условияили при епидемии. Разграничаване:

1. физиологична смъртност (смърт на индивид в идеални условия в резултат на физиологична старост);
2. смъртност от околната среда (смърт на индивид в реални условия по различни причини).

Броят и гъстотата са основните параметри на популацията.

население - общият брой индивиди на дадена територия или в даден обем.

Плътност- броя на индивидите или тяхната биомаса на единица площ или обем. В природата има постоянни колебания в изобилието и плътността.

Динамика на населението а плътността се определя главно от плодовитостта, смъртността и миграционните процеси. Това са показатели, които характеризират изменението на населението за определен период: месец, сезон, година и др. Изследването на тези процеси и техните причини е много важно за прогнозиране на състоянието на популациите.

Плодовитостта се дели на абсолютна и специфична. Абсолютно плодородие е броят на новите индивиди, появили се за единица време, и специфичен- същото число, но свързано с определен брой лица. Например мярка за човешката плодовитост е броят на децата, родени на 1000 души през годината. Плодовитостта се определя от много фактори: условия на околната среда, наличие на храна, биология на вида (степен на пубертет, брой поколения през сезона, съотношение на мъжките и женските в популацията).

Според правилото за максимална раждаемост (възпроизводство) при идеални условия в популациите се появява максимално възможен брой нови индивиди; раждаемостта е ограничена физиологични особеностимил.

Пример: глухарче за 10 години може да запълни целия Земятапри условие че всичките му семена покълнат. Върби, тополи, брези, трепетлики и повечето плевели произвеждат изключително изобилни семена. Бактериите се делят на всеки 20 минути и в рамките на 36 часа могат да покрият цялата планета в непрекъснат слой. Плодовитостта е много висока при повечето видове насекоми и ниска при хищници, големи бозайници.

смъртност, подобно на раждаемостта, тя може да бъде абсолютна (броят на починалите за определено време) и специфична. Той характеризира скоростта на намаляване на населението от смърт поради болести, старост, хищници, липса на храна и игри водеща роляв динамиката на населението.

Има три вида смъртност:

Еднакви на всички етапи на развитие; рядко, при оптимални условия;

Повишената смъртност в ранна възраст; характерно за повечето видове растения и животни (при дърветата по-малко от 1% от разсад оцеляват до възрастта на зрялост, при рибите - 1-2% от пържените, при насекомите - по-малко от 0,5% от ларвите);

Висока смъртност в напреднала възраст; обикновено се наблюдава при животни, чиито ларвни стадии протичат в благоприятни слабо променящи се условия: почва, дърво, живи организми.

Стабилни, нарастващи и намаляващи популации

Популацията се адаптира към променящите се условия на околната среда чрез актуализиране и замяна на индивиди, т.е. процеси на раждане (обновяване) и намаляване (смърт), допълвани от миграционни процеси. При стабилно население раждаемостта и смъртността са близки и балансирани. Те може да не са постоянни, но гъстотата на населението се различава леко от някаква средна стойност. В този случай ареалът на вида нито се увеличава, нито намалява.

При нарастващо население раждаемостта надвишава смъртността. Нарастващите популации се характеризират с огнища на масово размножаване, особено при малки животни (скакалец, 28-петниста картофена калинка, колорадски бръмбар, гризачи, врани, врабчета; от растенията - амброзия, свинска трева на Сосновски в северната република Коми, глухарче, хималайска лепкава , частично дъб монголски). Често популациите на големи животни нарастват в условията на защитен режим (лосове в резервата Магадан, Аляска, петнисти елени в резервата Усури, слонове в национален паркКения) или въвеждане (лос в района на Ленинград, ондатра в Източна Европа, домашни котки в отделни семейства). При пренаселеност в растенията (обикновено съвпада с началото на гъстотата на покритието, короната на короната), диференциацията на индивидите по размер и условия на живот, започва саморазреждане на популациите, а при животните (обикновено съвпада с постигането на пубертета на младите животни) , миграцията започва към съседни свободни зони.

Ако смъртността надвишава раждаемостта, тогава такова население се счита за намаляващо. В естествената среда тя се свежда до определена граница, след което раждаемостта (плодовитостта) отново се повишава и населението от намаляващо става нарастващо. Най-често популациите на нежелани видове растат прекомерно, редки, реликтни, ценни, както икономически, така и естетически, намаляват.

Структура на населението

Под демографска структуранаселението, на първо място, разбира неговия полов и възрастов състав. Освен това е обичайно да се говори за пространствена структурапопулации - тоест за особеностите на разположението на индивидите в популация в пространството.

Познаването на структурата на населението позволява на изследователя да направи изводи за неговото благосъстояние или недостатък. Например, ако в популацията няма генеративни (т.е. способни да произвеждат потомство) индивиди и в същото време има много стари (сенилни) индивиди, тогава може да се направи неблагоприятна прогноза. Такова население може да няма бъдеще. Желателно е да се изследва структурата на населението в динамика: знаейки промяната му в продължение на няколко години, може да се говори много по-уверено за определени тенденции.

Възрастова структура на населението

Този тип структура е свързана със съотношението на индивиди от различни възрасти в популацията. Индивидите на една и съща възраст обикновено се комбинират в кохортит.е. възрастови групи.

Много подробно е описана възрастовата структура на растителните популации. Той разграничава (според T.A. Robotnov) следните възрасти (възрастови групи организми):

• латентен период - състояние на семето;
• предгенеративен период (включва състоянията на разсад, младо растение, незряло растение и девствено растение);
• генеративен период (обикновено се разделя на три подпериода - млади, зрели и стари генеративни индивиди);
• следгенеративен период (включва състояния на субсенилно растение, сенилно растение и фаза на умиране).

В животинските популации също могат да се разграничат различни възрастови етапи. Например насекомите, които се развиват с пълна метаморфоза, преминават през етапите на яйце, ларва, какавида, имаго (възрастно насекомо). При други животни (развиващи се без метаморфоза) също могат да се разграничат различни възрастови състояния, въпреки че границите между тях може да не са толкова ясни.

Половата структура на населението

Половата структура, тоест съотношението на половете, е пряко свързана с възпроизводството на населението и неговата устойчивост.

Прието е да се разграничава първичното, вторичното и третичното съотношение на половете в популацията. Първично съотношение на половетеопределя се от генетични механизми - равномерността на дивергенцията на половите хромозоми. Например при хората XY хромозомите определят развитието на мъжкия пол, а XX - на женския. В този случай основното съотношение между половете е 1:1, тоест еднакво вероятно.

Вторично съотношение на половете- това е съотношението между половете в момента на раждане (при новородените). Той може да се различава значително от първичния по редица причини: селективността на яйцата за сперматозоиди, носещи X- или Y-хромозома, нееднаквата способност на такива сперматозоиди да оплождат и различни външни фактори. Например, зоолозите са описали влиянието на температурата върху вторичното съотношение на половете при влечугите. Подобен модел е характерен за някои насекоми. Така че при мравките оплождането се осигурява при температури над 20 ° С, а при по-ниски температури се снасят неоплодени яйца. От последните се излюпват мъжките, а от оплодените - женските.

Третично съотношение на половетее съотношението между половете на възрастните животни.

Пространствена структурапопулации

Пространствената структура на популацията отразява характера на разпределението на индивидите в пространството.

Има три основни типа разпределение на индивидите в пространството:

• униформа(индивидите са разположени равномерно в пространството, на равни разстояния един от друг), типът се нарича още равномерно разпределение;
• съборен, или мозайка (т.е. "петна", индивидите са поставени в изолирани клъстери);
• случаен, или дифузен (индивидите са произволно разпределени в пространството).

Равномерното разпределение е рядкост в природата и най-често се причинява от интензивна вътрешноспецифична конкуренция (както например при хищните риби).

Случайното разпределение може да се наблюдава само в хомогенна среда и само при видове, които не показват тенденция да се групират заедно. Като учебникарски пример за равномерно разпределение обикновено се дава разпределението на бръмбара Tribolium в брашното.

Групирането е много по-често срещано. Свързва се с характеристиките на микросредата или с характеристиките на поведението на животните.

Пространствената структура е от голямо екологично значение. На първо място, определен тип използване на територията позволява на населението ефективно да използва ресурсите на околната среда и да намали вътрешноспецифичната конкуренция. Ефективността на използването на околната среда и намаляването на конкуренцията между представителите на популацията му позволяват да засили позицията си по отношение на други видове, обитаващи тази екосистема.

Друга важна стойност на пространствената структура на популацията е, че тя осигурява взаимодействието на индивидите в популацията. Без определено ниво на вътрепопулационни контакти популацията няма да може да изпълнява както функциите на вида си (възпроизводство, презаселване), така и функциите, свързани с участието в екосистемата (участие в циклите на веществата, създаването на биологични продукти и т.н. ).

Свойства на населението:самовъзпроизвеждане, изменчивост, взаимодействие с други популации, стабилност.



Концепцията за населението в екологията

ЛЕКЦИЯ №4

ТЕМА: ЕКОЛОГИЯ НА НАСЕЛЕНИЕТО

ПЛАН:

1. Концепцията за популация в екологията.

2. Основни характеристики на населението.

3. Структура на популациите.

3.1. Пространствена и етологична структура на популациите.

3.2. Полово-възрастова структура на населението.

4. Динамика на населението.

4.1. криви на оцеляване.

4.2. Нарастване на населението и криви на растеж.

4.3. колебания на населението.

плодовитост- (плодородието) се определяброят на новите индивиди, появили се за единица време в резултат на размножаването. Ниската плодовитост е характерна за онези видове, които много се грижат за потомството си. В допълнение, плодовитостта зависи от скоростта на съзряване, броя на поколенията годишно, съотношението на мъжките и женските в популацията, наличието на храна, влиянието на метеорологичните условия и други фактори.

Смъртност на населението- Товаброя на индивидите, умрели за даден период. Има три вида смъртност. Първият се характеризира с еднаквост във всички възрасти; вторият - повишена смърт на индивиди на ранни стадииразвитие; третият тип се характеризира с повишена смърт на възрастни (стари) индивиди.

Факторите на смъртността са разнообразни. Това са основно: физически условия (ниски и високи температури, обилни валежи, суша и др.), биологични фактори(липса на храна, болести и др.) и антропогенни (замърсяване на околната среда, обезлесяване, лов и др.).

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ

Понятието популация и нейните основни групови характеристики.

население- съвкупност от организми от един и същи вид, обитаващи съвместно обща територия, взаимодействащи помежду си и свободно кръстосващи се. Популацията е елементарна форма на съществуване на вида в природата. Един вид организми може да включва няколко, понякога много популации, повече или по-малко изолирани една от друга. В популациите в различна степен се проявяват всички форми на взаимоотношения, характерни за междувидовите отношения, но най-силно изразени са взаимността и конкуренцията. Съществуват и специфични вътрешновидови връзки: а) между индивиди от различен пол; б) между родителско и детско поколение. Най-важното свойство на популацията е способността за възпроизвеждане.

Популацията като групова асоциация от индивиди има следните основни характеристики:

1) номер- общият брой индивиди в разпределената територия; числото не е постоянно, т.к зависи от много фактори (степени на възпроизводство, смърт на индивиди в резултат на старост, болести, унищожаване от хищници, миграция); ако по някаква причина е невъзможно да се определи размерът на популацията, тогава се определя нейната плътност;

2) гъстота на населението -средният брой (биомаса) индивиди на единица площ или обем пространство, заемано от популацията;

3) плодородие -броят на новите индивиди (яйца, семена), появили се в популация за единица време, въз основа на определен брой нейни членове (например броят на потомството, произведено от една женска годишно; при хората обикновено се изразява плодовитостта като брой раждания на 1000 души годишно); различавам абсолютенИ специфична раждаемост;първият се характеризира с общия брой на родените индивиди (например, ако в популация Северен елен, наброяващи 16 хиляди глави годишно. 2000 еленчета се появяват за една година, това число изразява абсолютната раждаемост); специфичната плодовитост се изчислява като средната промяна в броя на индивид за определен интервал от време (в този пример ще бъде, т.е. едно новородено на осем члена от населението годишно);

4) смъртност -индикатор, който отразява броя на индивидите, починали в популация за определен период от време, изразен или като процент от общ бройиндивиди, или среден брой смъртни случаи на 1000 индивида годишно; разграничете съответно абсолютенИ специфична смъртност; стойността на специфичната раждаемост или специфичната смъртност се използва за сравняване на раждаемостта или смъртността в различни популации;

5) нарастване на населението -разликата между раждаемостта и смъртността; растежът може да бъде както положителен, така и отрицателен;

6) темп на растеже средният прираст на населението за единица време.

Изследването на популациите има важни практически приложения: например за контрол на броя на вредителите, възстановяване на броя на дивите животни, рационално използване на биологичните ресурси (риболов и др.), опазване на редки видове.

Структура на населението.

Популацията се характеризира с определена организация (структура). Формира се въз основа на общите биологични свойства на вида, под въздействието на популации на други видове и абиотични фактори на средата.

Структурата на популацията има приспособителен характер. различни популации от един и същи вид отличителни чертихарактеризиращи спецификата на екологичните условия в техните местообитания.

Структурата на популацията може да бъде пространствена, възрастова, полова, генетична и екологична.

Пространствена структураопределя се от разпределението на индивидите в района на популацията. Всички индивиди в една популация имат индивидуално и групово пространство. Има определени радиуси на трофична (хранене) и репродуктивна дейност. В популацията протичат два противоположни процеса – изолация и агрегация. Фактори на изолация - конкуренция между индивидите за храна с нейната липса и директен антагонизъм. Това води до униформаили случаенразпределение на лицата. Агрегация - обединяването на индивидите в групи - въпреки че увеличава конкуренцията между тях, тя допринася за оцеляването на групата като цяло поради взаимопомощ. Агрегацията води до пренаселеноразпределение на индивидите в популацията. Например организмите от много видове предпочитат да останат на ята (птици) или стада (бозайници).

Възрастова структурапопулацията се определя от броя и съотношението на индивидите от различна възраст, отразява интензивността на размножаване, смъртността, скоростта на смяна на поколенията. В една стабилна популация групите от различни възрасти са приблизително в еднакво съотношение, раждаемостта е равна на смъртността, а числеността на населението остава почти непроменена. Нарастващото население е представено предимно от млади индивиди, тук раждаемостта надвишава смъртността. Ако популацията е доминирана от сенилни индивиди, тогава нейният брой намалява.

Половата структура- броят и съотношението на мъжете и жените в населението. Генетичното двуфакторно хромозомно определяне на пола осигурява равен брой полове. Но в някои случаи съотношението на половете се определя от хормонални фактори, които действат след оплождането, както и от фактори на околната среда. В резултат на това съотношението между половете в населението варира през годините, варирайки от 1:1.

генетична структурасе определя от изменчивостта и разнообразието на генотипите, честотата на вариациите на отделните гени, както и от разделянето на популацията на групи от генетично близки индивиди, между които има постоянен обмен. Разнообразието на генотипите зависи от размера на популацията и външните фактори, влияещи върху нейната структура. В малки, изолирани и стабилни популации честотата на инбридинг естествено се увеличава, което намалява генетичното разнообразие и увеличава заплахата от изчезване.

екологична структура- това е подразделението на популацията на групи от индивиди, които взаимодействат по различен начин с факторите на околната среда. Групите се разкриват по хранене (индивидите от различен пол и възраст имат различни хранителни предпочитания), по ориентационно поведение и по физическа активност. Често има разпределение на функциите при лов на плячка, когато се грижи за потомството. Всички популации се характеризират и с фенологична диференциация (различни дати за начало и край на сезонните цикли на развитие и поведение: зимен сън, полова активност, линеене, цъфтеж, плододаване, опадване на листата и др.).

Динамика на населението.

Популацията не може да съществува без постоянни промени, поради което се адаптира към променящите се условия на околната среда. Промените в броя на организмите във времето се наричат динамикапопулации. Концепцията за растеж на населението е необходима, за да се разбере способността им да възстановяват числеността, както и да се разберат някои от свойствата на динамиката.

Всяка популация теоретично е способна на неограничен растеж на численост, ако не е ограничена от фактори външна среда. В този случай темпът на нарастване на населението ще зависи само от величината биотичен потенциал (b.p.),характерни за вида. B.P. отразява теоретичния максимум на потомството от една двойка или индивид за единица време. B.P. се изразява с коефициента r и се изчислява по следната формула:

където ΔN - прираст на населението;

Δt е периодът от време, за който има увеличение на ΔN;

N 0 - начален размер на популацията.

В природата B.P. на популацията никога не се реализира напълно. Обикновено неговата стойност се добавя като разлика между раждаемостта и смъртността в популациите:

където: в - броят на ражданията,

d - броят на умрелите индивиди в популацията за същия период от време.

Нарастване на населението и криви на растеж.Ако раждаемостта в дадено население надвишава смъртността, тогава населението ще нараства (ако промяната поради миграцията е незначителна). За да се разберат моделите на растеж на популацията, е полезно първо да се разгледа модел, който описва растежа на бактериална популация след инокулация върху прясна хранителна среда. В тази нова и благоприятна среда условията за растеж на населението са оптимални и се наблюдава експоненциален растеж (J-образен). Тази крива на растеж се нарича експоненциален, или логаритмичен (фиг. 1).

Фиг.2. Логистична крива на нарастване на населението (S - образна)

В крайна сметка се достига точка, в която поради няколко причини, включително намаляващи хранителни ресурси и натрупване на токсични отпадъчни продукти от метаболизма, експоненциалният растеж става невъзможен. Започва да се забавя, така че кривата на растежа придобива сигмоидна (S-образна) форма и се нарича логистика(фиг. 2).

Сигмоидната и J-образната крива са два модела на растеж на населението. Предполага се, че всички организми са много сходни помежду си, имат еднаква способност да се възпроизвеждат и еднаква вероятност да умрат, така че темпът на растеж на популацията в експоненциалната фаза зависи само от нейния размер и не е ограничен от условията на околната среда, които остава постоянен.

В природата след експоненциалната фаза по-нататъчно развитиепопулацията следва логистичен модел, докато скоростта на нарастване на популацията намалява линейно, докато популацията нараства до нула при определена стойност на K. Стойността на K се нарича биологичен капацитет на средата(степента на способността на естествената или естествено-антропогенната среда да осигури нормалното функциониране на определен брой организми без забележимо нарушение на самата среда).

Крива на оцеляване може да се получи, като се започне с популация от новородени и след това се начертае броят на оцелелите във времето. На вертикалната ос обикновено се полага или абсолютният брой на оцелелите индивиди, или техният процент от първоначалната популация:

Всеки вид има характерна крива на оцеляване, чиято форма зависи отчасти от смъртността на незрелите индивиди. Типични примери са показани на фигура 3.

100

Фиг.3. Три вида криви на оцеляване

Повечето животни и растения са обект на стареене, което се проявява в намаляване на жизнеността с възрастта след период на зрялост. Веднага щом стареенето започне, вероятността от смърт в определен период от време се увеличава. Непосредствените причини за смъртта могат да бъдат различни, но те се основават на намаляване на устойчивостта на организма към действието на неблагоприятни фактори (например болести). Крива А на фиг. 2 е много близка до идеалната крива на оцеляване за популация, в която остаряването е основният фактор, влияещ върху смъртността. Пример за това е човешката популация в съвременния свят развита странас високо ниво на медицинско обслужване и рационално хранене, където повечето хора живеят до дълбока старост. Крива, подобна на крива А, е характерна и за едногодишните културни растения, когато те остаряват едновременно на дадено поле.

Кривата тип B е характерна за популации от организми с висока ранна смъртност, като планински овце, или човешка популация в страна, където гладът и болестите са широко разпространени. Плавна крива от тип B може да се получи, ако смъртността е постоянна през целия живот на организмите (50% за единица време). Това може да се случи, когато случайността се превърне в основен фактор, определящ смъртността, и индивидите умират, преди да започне забележимо стареене. Подобна крива е типична за популациите на някои животни (например хидра), които не са особено застрашени в ранна възраст. Повечето безгръбначни и растения също показват този тип крива, но високата смъртност на младите кара началната част на кривата да се спуска още по-стръмно.

Има малки вътрешновидови разлики в кривите на оцеляване. Те могат да се дължат на различни причини и често са свързани с пола. При хората, например, жените живеят малко по-дълго от мъжете, въпреки че точните причини за това са неизвестни.

Чертане на криви на оцеляване за различни видове, е възможно да се определи смъртността за индивиди от различни възрасти и по този начин да се установи на каква възраст даден вид е най-уязвим. Чрез установяване на причините за смъртта на тази възраст може да се разбере как се регулира размерът на населението.

Подобна информация.