🗊Презентация Моделирование экологических взаимодействий биоценоза

Лекция 9 ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИЙ МЕЖВИДОВЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ БИОЦЕНОЗА МОДЕЛЬ ПРОГНОЗА И УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИКОЙ ПОПУЛЯЦИЙ

ДИНАМИКА ПОПУЛЯЦИЙ Системная экология изучает популяции как самостоятельные подсистемы в рамках экологической системы, объединяющей их с абиотическими компонентами в единое целое. Следуя далее методологии системного подхода, у каждой популяции можно выделить основные системные атрибуты: состав, структуру и функционирование.

Например, разбив популяцию на группы самок и самцов, получают состав популяции. Например, разбив популяцию на группы самок и самцов, получают состав популяции. При этом структура популяции будет состоять из всевозможных отношений между половыми группами (отношения размножения, питания, поведения и т.д.). Внешняя структура представляет собой совокупность связей половых групп с другими популяциями и абиотическими компонентами, а под функцией подразумевается все множество преобразований, осуществляющихся в экосистеме обоими полами указанной популяции.

Изменение плотности популяции происходит в результате взаимодействия четырех процессов: размножение, гибель, иммиграция, эмиграция Изменение плотности популяции происходит в результате взаимодействия четырех процессов: размножение, гибель, иммиграция, эмиграция X(tk+1) = X(tk)+(Vb–Vd)+(Vi–Ve)t, где X(tk) – исходное значение плотности популяции; X(tk+1) – плотность популяции на следующий шаг расчете модели; Vb – скорость размножения; Vd – скорость гибели; Vi – скорость иммиграции; Ve – скорость эмиграции; t – интервал времени (шаг расчета).

Однако, количественное описание функций скорости иммиграции и эмиграции связано с необходимостью учета свойств не только данной, но и граничащих с ней экосистем, а это затрудняет идентификацию функций Vi и Ve. Однако, количественное описание функций скорости иммиграции и эмиграции связано с необходимостью учета свойств не только данной, но и граничащих с ней экосистем, а это затрудняет идентификацию функций Vi и Ve.

Однако, количественное описание функций скорости иммиграции и эмиграции связано с необходимостью учета свойств не только данной, но и граничащих с ней экосистем, а это затрудняет идентификацию функций Vi и Ve. Однако, количественное описание функций скорости иммиграции и эмиграции связано с необходимостью учета свойств не только данной, но и граничащих с ней экосистем, а это затрудняет идентификацию функций Vi и Ve.

В полевых условиях определить влияние процессов размножения и гибели на динамику популяций весьма затруднительно, В полевых условиях определить влияние процессов размножения и гибели на динамику популяций весьма затруднительно,

для независимой от плотности популяции компоненты r существует оптимальная комбинация факторов внешней и внутренней среды, при которой функция r принимает свое максимальное значение. для независимой от плотности популяции компоненты r существует оптимальная комбинация факторов внешней и внутренней среды, при которой функция r принимает свое максимальное значение. Эта величина rm для каждого вида организмов является важнейшей биологической характеристикой, отражающей способность популяции к увеличению численности при оптимальных экологических условиях. Эту величину принято называть биотическим потенциалом данного вида

Если бы условия среды сохранялись оптимальными постоянно, то прирост популяции шел бы в геометрической прогрессии непрерывно. Если бы условия среды сохранялись оптимальными постоянно, то прирост популяции шел бы в геометрической прогрессии непрерывно.

Но ресурсы среды ограничены, поэтому при отклонении экологических факторов от оптимальных рождаемость снижается, а смертность возрастает. Но ресурсы среды ограничены, поэтому при отклонении экологических факторов от оптимальных рождаемость снижается, а смертность возрастает.

В результате плотность популяции поддерживается на некотором уровне, свойственном данной экосистеме. В результате плотность популяции поддерживается на некотором уровне, свойственном данной экосистеме. Этот уровень называется емкостью среды

Плотность популяции в среде с ограниченными ресурсами описывается уравнением, называемым логистическим Плотность популяции в среде с ограниченными ресурсами описывается уравнением, называемым логистическим

В практике сельскохозяйственного производства агроном и консультант часто имеют дело с вредителями, болезнями и сорняками на полях, то есть в агроэкосистемах, где динамика этих объектов гораздо сложнее, нежели в естественных условиях. В практике сельскохозяйственного производства агроном и консультант часто имеют дело с вредителями, болезнями и сорняками на полях, то есть в агроэкосистемах, где динамика этих объектов гораздо сложнее, нежели в естественных условиях. Но некоторые возможности прогнозирования все же имеются.

Динамика численности насекомых и пауков зависит от энтальпии среды. Динамика численности насекомых и пауков зависит от энтальпии среды. Если взять ее как параметр времени

МЕЖВИДОВЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОМПОНЕНТОВ БИОЦЕНОЗА Прогноз динамики фитофагов гораздо точнее и реальнее, если ввести в него поправку на взаимодействие организмов. В этом случае получится система уравнений, в которые войдут дополнительные переменные:

Модель, учитывающая взаимодействия между популяциями, называется биоценотической моделью динамики популяций Модель, учитывающая взаимодействия между популяциями, называется биоценотической моделью динамики популяций

Если дополнительно ввести еще абиотические факторы, то получим экосистемную модель динамики популяций Если дополнительно ввести еще абиотические факторы, то получим экосистемную модель динамики популяций

Рождаемость (Vb) и смертность (Vd) зависят от многих факторов, основными из которых являются биотические взаимодействия. Рождаемость (Vb) и смертность (Vd) зависят от многих факторов, основными из которых являются биотические взаимодействия. Последние чрезвычайно многообразны, поэтому долгое время ни одна из предлагавшихся классификаций биотических отношений между видами, учитывающая реальные биотические механизмы, не получала всеобщего признания.

При слабом ингибировании система стремится к устойчивому стационарному состоянию, в котором численность аменсала будет меньше, чем при его свободном росте При слабом ингибировании система стремится к устойчивому стационарному состоянию, в котором численность аменсала будет меньше, чем при его свободном росте

При сильном ингибировании популяция аменсала полностью погибает (элиминируется) При сильном ингибировании популяция аменсала полностью погибает (элиминируется)

Частными случаями конкуренции являются: Частными случаями конкуренции являются: –     конкуренция за тот или иной ограниченный ресурс (соперничество). Среди растений это соперничество за влагу и свет, между животными – за пищу; –     взаимное аллелопатическое ингибирование (антагонизм); –     непосредственная «борьба» между представителями разных видов (агрессия);

Результаты конкуренции Первый вид, как более сильный конкурент, всегда будет вытеснять второй, независимо от начальных плотностей

Результаты конкуренции Второй вид, будучи более сильным конкурентом, вытесняет первый независимо от начальных плотностей

Результаты конкуренции Если виды одинаково конкурентноспособны, то независимо от исходных плотностей система приходит в устойчивое состояние

Результаты конкуренции Если емкости внешней среды не лимитируют рост плотности популяций видов, то исход конкуренции определяется начальным соотношением численности

Таким образом, для обеспечения устойчивости конкурентного равновесия в системе, если оно возможно, достаточно, чтобы самоингибирование каждой из популяций было более сильным, чем взаимное подавление. Таким образом, для обеспечения устойчивости конкурентного равновесия в системе, если оно возможно, достаточно, чтобы самоингибирование каждой из популяций было более сильным, чем взаимное подавление.

Типичный пример – применение биологического метода защиты растений, когда внедренный в экосистему хищник или паразит не способен существовать в сложившейся среде. Типичный пример – применение биологического метода защиты растений, когда внедренный в экосистему хищник или паразит не способен существовать в сложившейся среде. Такая ситуация складывается при обработке посевов бактериальными препаратами в холодную погоду.

Ситуация “козел в огороде” характерна для монофагов, используемых как средство биологической защиты растений. Ситуация “козел в огороде” характерна для монофагов, используемых как средство биологической защиты растений.

Это ситуация, когда эксплуататор достаточно эффективен и может быстро снижать численность жертвы до низкого стационарного уровня, вблизи которого начинают действовать механизмы, препятствующие полному уничтожению жертвы. Это ситуация, когда эксплуататор достаточно эффективен и может быстро снижать численность жертвы до низкого стационарного уровня, вблизи которого начинают действовать механизмы, препятствующие полному уничтожению жертвы. Классический пример – кактусовая огневка, интродуцированная в Австралию в 1925 году для защиты пастбищ от интенсивного распространения опунции. Стабилизация системы наступила через 5 лет (в 1930г) и в настоящее время размножение кактуса контролирует личинка этой бабочки.

Например, взаимодействие растений и копытных растительноядных животных, которые периодически мигрируют на другие участки. Например, взаимодействие растений и копытных растительноядных животных, которые периодически мигрируют на другие участки.

Такие автоколебания характерны для ненарушенных внешними факторами систем, где высокая степень саморегуляции.

Все многообразие моделей прогнозов по шкале времени можно разделить на прогнозы Все многообразие моделей прогнозов по шкале времени можно разделить на прогнозы

Климограмма это двумерная экологическая ниша, где учитываются температура воздуха

Климограмма

При помощи климограммы можно установить Обитает ли организм на данной территории?

При помощи климограммы можно установить Будет ли обитать интродуцированный организм на данной территории?

При помощи климограммы можно установить Если это фитофаг, будет ли он вредителем?

При помощи климограммы можно установить Будет ли массовое размножение организма?

Например, размножение тлей зависит от метеорологических условий и фазы разввития растения. Например, размножение тлей зависит от метеорологических условий и фазы разввития растения. Низкие температуры и обильные частые дожди ограничивают численность тлей, в то время, как дефицит влаги и повышенная температура стимулируют их развитие и размножение.

В 1988 году в Костромской области наблюдалось массовое размножение тли. В 1988 году в Костромской области наблюдалось массовое размножение тли. Воспользовавшись этим обстоятельством, мы составили климограмму благоприятного для этого объекта года, что позволило прогнозировать вспышки размножения минимум за 6 месяцев.

Анализ климатических условий показывает, что ежегодному массовому размножению тли в Костромской области препятствуют пониженные температуры января и февраля, когда происходит гибель некоторого числа яиц. Анализ климатических условий показывает, что ежегодному массовому размножению тли в Костромской области препятствуют пониженные температуры января и февраля, когда происходит гибель некоторого числа яиц.

Сезонный и оперативный прогнозы динамики составляются при помощи математических функций. Сезонный и оперативный прогнозы динамики составляются при помощи математических функций.

По разработанным моделям динамики популяций рассчитывается прогноз численности фитофагов и энтомофагов, По разработанным моделям динамики популяций рассчитывается прогноз численности фитофагов и энтомофагов,

Прогноз засоренности посевов Прогноз засоренности посевов составить несколько проще по причине ограниченной способности семян и вегетирующих растений к миграциям.

Тогда малопараметрическая модель прогноза урожайности с учетом засоренности посевов запишется в виде Тогда малопараметрическая модель прогноза урожайности с учетом засоренности посевов запишется в виде