Шпаргалка по "Биоразнообразию"

• расчет экологических характеристик  геоботанических описаний по экологическим шкалам; 
• расчет эколого-ценотической структуры растительности на площадках;
• выявление основных градиентов варьирования растительности методами непрямой ординации;
• интерпретация градиентов с помощью экологических характеристик площадок;
• выделение типов растительных сообществ уровня ассоциаций или групп ассоциаций.

На этом этапе  используются базы данных по экологическим  свойствам видов растений (экологические  шкалы), по эколого-ценотическим группам  видов; компьютерные программы многомерного анализа данных. Методика выделения  типов растительных сообществ по эколого-ценотической классификации  приведена ниже.

Четвертый этап анализа – оценка биоразнообразия  выделенных типов сообществ:

• расчет видового богатства,
• расчет видовой насыщенности,
• экологическая характеристика выделенных типов сообществ;
• расчет представленности  потенциальной флоры;
• анализ эколого-ценотической структуры видовой насыщенности и видового богатства;
• оценка сукцессионного статуса сообществ;
• расчет бета- и гамма-разнообразия исследуемой территории.

Расчеты проводятся по базе данных (БД) геоботанических  и популяционно-демографических  описаний с использованием справочных БД.

Пятый этап анализа – оценка пространственных параметров оценок биоразнообразия:

• расположения сообществ выделенных типов на исследуемой территории (площадь, характер расположения, соседство, расстояние до ближайшего сообщества того же типа, индексы формы, разнообразия и выровненности);
• оценка возможностей расселения видов и прогноз сукцессионной динамики.

27.  Популяционно-демографические  методы анализа.

Выбор счетной единицы. При проведении популяционно-онтогенетических исследований используются две биологические счетные единицы: (1) морфологическая (единица онтогенетического развития) и (2) фитоценотическая (единица воздействия на среду). Морфологическую единицу используют при изучении биологии вида, описании жизненной формы и др. Для унификации ценопопуляционных исследований следует пользоваться фитоценотической единицей, рассматривая ее как элемент ценопопуляции.

Выбор участка и заложение площадок. Предварительно производят выделение физиономически различающихся единиц растительного покрова (наиболее часто – ассоциаций или субассоциаций) по уже имеющимся геоботаническим данным или в ходе сопряженного с геоботаническим исследования. При заложении площадок для популяционно-демографических описаний обычно выбирают участок с растительностью, типичной для данной ассоциации.

Для анализа  состояния ценопопуляций деревьев в каждом анализируемом сообществе желательно обследовать площадь не менее 0,25–2,0 га или несколько более мелких площадок (100–500 м²), составляющих в сумме такую же площадь. В тех случаях, когда численность отдельных возрастных групп отличается на один или несколько порядков величин от остальных, можно использовать разные размеры и разное число площадок для оценки разных возрастных групп. Так, определение параметров особей для растений ранних онтогенетических состояний (проростков, ювенильных и имматурных первой подгруппы) проводится, как правило, на небольших площадках (4–100 м²). Обычно площадь выявления демографического состояния популяций деревьев в производных лесах с четко выраженной ярусной структурой значительно меньше, чем в лесах с мозаично-ярусной структурой. Данные о численности особей заносятся в бланк популяционно-демографического описания: указываются вид, онтогенетическое состояние, численность; при необходимости жизненность особи, ее происхождение (семенное или вегетативное), диапазон высот особей по возрастным состояниям и др. Общие сведения о площадке могут быть описаны по тому же плану, что и при геоботаническом описании. Часто популяционно-демографические исследования сопряжены с геоботаническими, в этом случае для адресации достаточно указать номера сопряженных описаний.

28.  Методы расчета видового разнообразия.

Видовое разнообразие растительных сообществ и их комплексов оценивается, прежде всего, через показатели, предложенные в работах Уиттекера и ставшие классическими в современной экологии: альфа-, бета- и гамма-разнообразие. Оценка альфа-разнообразия Альфа-разнообразие характеризует богатство видами отдельных сообществ. Основными показателями альфа-разнообразия растительности являются два показателя: видовое богатство– общее число видов в сообществе; и видовая насыщенность– среднее число видов на единицу площади. Одновременный учет видового богатства и видовой насыщенности позволяет получать сопоставимые оценки видового разнообразия при анализе различных сообществ. Для расчета видовой насыщенности сообщества определяется число видов на каждой геоботанической площадке, относящейся к выделенному фитоценозу; затем рассчитывается насыщенность как среднее арифметическое (или медиана) числа видов на выделенных площадках и считается стандартная ошибка среднего. Видовое богатство сообщества определяется как общее число видов в сообществе по данным маршрутных учетов и описаний пробных площадок.

Оценка  бета-разнообразия Бета-разнообразие характеризует изменчивость показателей альфа-разнообразия в пространстве – по градиентам факторов среды или при переходе от одного типа сообщества к другому. Обычно бета-разнообразие оценивается через индексы сходства и индексы гетерогенности [Мэгарран, 1992]. Кроме того, в качестве показателя бета-разнообразия растительного покрова можно использовать диапазоны варьирования растительности по первым осям ординационных диаграмм, выраженные в стандартных отклонениях. Однако следует помнить, что такая оценка в значительной степени лишь ориентировочна, поскольку на первые оси при любом методе ординации приходится не более 60–70% общего варьирования растительности.

Есть две  основныe группы индексов сходства видового состава, учитывающих: 1) присутствие или отсутствие видов и 2) показатели обилия видов. Первая группа позволяет получать оценки разнообразия флористического состава различных сообществ; а вторая оценивает разнообразие соотношений видов в сообществах. Наиболее распространенными индексами сходства являются коэффициенты Жаккара и Съеренсена, построенные на отношении числа видов, общих для двух рассматриваемых сообществ, к суммам видовых богатств сообществ [Мэгарран, 1992].

Среди индексов гетерогенности наиболее простым является индекс Уиттекера построенный на учете соотношения видового богатства и средней видовой насыщенности растительности в пределах сообщества.

Оценка  гамма-разнообразия Гамма-разнообразие, общее разнообразие видов в ландшафте или его части,  формируется в результате сложного и неаддитивного взаимодействия альфа- и бета-разнообразия. В качестве нижнего пространственного уровня, для которого правомочно применять понятие гамма-разнообразия, Ю.И. Чернов (1991) предлагает использовать ландшафтный профиль, или катену. Верхний уровень использования этого показателя соответствует региону. Оценивается гамма-разнообразие растительности по общему числу видов на исследуемой территории. Помимо числа видов при оценке альфа- и гамма-разнообразия желательно проанализировать структуру видового разнообразия, т.е указать число и процент видов разных жизненных форм видов разных стратегий, различных экологических, эколого-ценотических групп.

29. Разнообразие и функционирование.

Функционирование  обычно соотносится со способностью системы осуществлять полезную работу, то есть оказывать некоторое действие на свое окружение. Для биологических  систем функционирование связывается  с чистой биологической продукцией. Общая продукция составляет сумму  чистой продукции и затрат на основной обмен или на поддержание собственной  структуры за единицу времени. Для  термодинамических систем тем больше действие, чем далее удалены они  от области равновесия. Система в  области равновесия обладает максимумом энтропии и минимумом действия. Функционирование обычно соотносится со способностью системы осуществлять полезную работу, то есть оказывать некоторое действие на свое окружение. Для биологических систем функционирование связывается с чистой биологической продукцией. Общая продукция составляет сумму чистой продукции и затрат на основной обмен или на поддержание собственной структуры за единицу времени.

Понятие «разнообразие» традиционно связывается с энтропией  и информацией.

Итак, используя  две модели синтеза разнообразия, получаем как необходимость:

1. зависимость разнообразия от мощности среды;
2. неизбежное направление эволюции подсистем в сторону увеличения их специализации;
3. направление эволюции систем в область более полного использования мощности сигнала из среды (ресурсов среды) и синтеза большего разнообразия;
4. неизбежную фрактальность систем любой природы.

При обоих  подходах эти следствия вытекают из единственного условия: «наблюдаемо  и существует то, что устойчиво, хотя бы на ничтожно малом интервале пространства–времени», и любая система в результате случайных преобразований, получившая большую устойчивость, более наблюдаема и в эволюционном смысле более  прогрессивна. Повышение устойчивости есть увеличение памяти и неизбежно  собственной информационной сложности. Неизбежность закрепления во времени  и пространстве «более устойчивого» создает при относительной дискретности систем направленность эволюции и видимость  существования цели.

30. Измерение ландшафтного разнообразия.

Ландшафт  – это собрание элементов, которое  состоит из определенной совокупности видов растений, животных, абиотической страты типа горных пород, типов использования  земли также, как культурных или сценических особенностей и социально-экономической и политической динамики. Разнообразие ландшафтов есть их число в изучаемой географической области. Часто ландшафтное разнообразие связывается с представлением о мозаике различных по свойствам пятен неправильной формы (patch), развиваемое в рамках ландшафтной экологии. Таким образом, в общем случае разнообразие можно трактовать как одну из форм отображения реального мира, при которой подразумеваются следующая схема: 1) окружающий мир воспринимается человеком как явления природы;.2) явления воспринимаются человеком через измеримые им переменные; 3) явления по тем или иным критериям сортируются в сознании человека в определенные более или менее однозначно соотносимые с ними образы или классы (кластеры), состояния явлений или диапазон их варьирования; 4) вводятся некоторые способы измерения или оценки, опирающиеся на подсчет числа классов, частоты их встречаемости или масштаба диапазона и распределения переменных.

С другой стороны, всеобщность понятия разнообразия, безусловно, определяет какую-то его  прагматическую значимость, интуитивно воспринимаемую большинством как важное свойство объектов, их активности и, в  частности, используемых ими ресурсов и среды, создаваемой ими продукции.

31. Методы оценки состояния и динамики.

Биолюминесценция – это  видимое свечение живых организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности  и обусловленное у значительного  числа видов ферментативным окислением особых веществ – люциферинов. Механизм биолюминесценции связан с окислением люциферина при участии фермента люциферазы. Энергия, необходимая для активации люциферин – люциферазной системы, освобождается при гидролизе АТФ, как правило, в присутствии кислорода. Люциферины и люциферазы у различных биологических видов не идентичны. Хемилюминесцентные методы диагностики отличаются особой чувствительностью и представляют собой разновидность каталитических методов анализа, когда продукт реакции обладает хемилюминесцентными свойствами. Учет фонового свечения при этом проводят, анализируя пробы воды, предварительно обработанные каталазой, а также пробы с «внутренним стандартом» (малыми добавками Н₂О₂). ля целей биодиагностики используют различные светящиеся организмы, измеряя специальными приборами изменение интенсивности свечения под действием токсикантов.. Отклик люминесцентных бактерий на токсические вещества достоверно коррелирует с таковым у других биологических организмов, а величина 50% тушения свечения (ЕС50) достоверно коррелирует с величиной 50% летальной дозы (LD50) для человека. Для целей биодиагностики используют обычно специальные люминесцентные реагенты (биосенсоры) приготовленные на основе живых культур светящихся организмов или на основе выделенных люциферин-люциферазных комплексов. Интенсивность свечения измеряется специальными приборами люминометрами. Введение в реакционную смесь пробы с токсическим соединением вызывает спад свечения. Уровень тушения биолюминесценции пропорционален концентрации токсических веществ. Биолюминесцентные методы обладают хорошей чувствительностью к разнообразным химическим соединениям, характерным для промышленных сбросов, загрязнений почвы, воды, воздуха (тяжелые металлы, фенолы, формальдегид, пестициды и т. д.).

Фотосинтетическая активность. Интенсивность и характер фотосинтетической активности является важнейшим показателем физиологического состояния растений. Одним из способов оценки интенсивности процессов фотосинтеза служит компьютеризованная флуориметрия, основанная на измерении интенсивности люминесценции хлорофилла. Флуоресценция (слабое свечение) возникает при электронном возбуждении молекул, поглощающих УФ-свет и испускающих затем квант света (через 10^–8–10^–9сек). организмы, содержащие хлорофилл, излучают преимущественно в полосе 690 нм. Фотосинтетическую активность оценивают по изменению интенсивности флуоресценции хлорофилла при переходе фотосинтетического аппарата из активного состояния в неактивное. На базе флуоресцентных методов в сочетании с лазерной оптикой разработаны приборы для дистанционного контроля состояния экосистем и содержания в них отдельных загрязняющих веществ. Эти методы наряду с другими используются в космическом мониторинге [Экодиагностика, 2000].