Работы Р. Уиттекера по оценке биоразнообразия

МИНОБРНАУКИ РОССИИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение 
высшего профессионального образования

«Поволжская государственная социально-гуманитарная академия» 
(ПГСГА)

Естественно-географический факультет

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

Работы  Р. Уиттекера по оценке биоразнообразия

 

 

 

 

 

Выполнили студенты

1 курса

направления «Биология»

магистерской  программы

«Экология»

Кузнецов  С.А.,

Лутина  М.В.

 

Научный руководитель

к.б.н., доцент Ильина В.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2013

Оглавление

 

1. Биологическое разнообразие...........................................................................3
2. Параметры биологического разнообразия (альфа-разнообразие).............6
3. Индексы биоразнообразия.............................................................................9
4. Анализ бета-разнообразия: сравнение, сходство, соответствие сообществ..15
5. Применение показателей разнообразия………………………………………16
6. Гамма-разнообразие наземных экосистем……………………………………18
7. Сохранение биоразнообразия…………………………………………….......20
8. Определение приоритетов для охраны биоразнообразия............................23

Список литературы………………………………………………………..............27

 

Биологическое разнообразие

 

Биоразнообразие в последнее десятилетие становится одним из самых распространенных понятий в научной литературе, природоохранном движении и международных  связях. Научные исследования доказали, что необходимым условием нормального  функционирования экосистем и биосферы в целом является достаточный  уровень природного разнообразия на нашей планете. В настоящее время  биологическое разнообразие рассматривается  как основной параметр, характеризующий  состояние надорганизменных систем. В ряде стран именно характеристика биологического разнообразия выступает в качестве основы экологической политики государства, стремящегося сохранить свои биологические ресурсы, чтобы обеспечить устойчивое экономическое развитие.

Биоразнообразие (биологическое разнообразие) — разнообразие жизни во всех её проявлениях. Также под биоразнообразием понимают разнообразие на трёх уровнях организации: генетическое разнообразие (разнообразие генов и их вариантов - аллелей), видовое разнообразие (разнообразие видов в экосистемах) и экосистемное разнообразие, то есть разнообразие самих экосистем.

В 1960 году Р. Уиттекер предложил понятия α-, β-, γ- разнообразия для того, чтобы не путать разнообразие внутри одного местообитания или региона с разнообразием ландшафта или региона, который содержит несколько местообитаний.

α- разнообразие – разнообразие внутри местообитания  или одного сообщества.

β- разнообразие – разнообразие между местообитаниями.

γ- разнообразие – разнообразие в обширных регионах биома, континента, острова и т. д.

В 1979 году. Крюгер и Тейлор добавили к этой классификации еще Δ- разнообразие.

Δ-разнообразие – разнообразие, определяемое изменениями климатических факторов, что выражается в смене растительных зон, провинций и т. д.

Р. Уиттекер, кроме того, различал две формы разнообразия: инвентаризационное (оценка разнообразия экосистем разного масштаба как единого целого) и дифференцирующее (оценка разнообразия между экосистемами).

Дифференцирующее  разнообразие характеризует степень  различий или сходства местообитаний, или выборок с точки зрения их видового состава и обилия видов  вдоль градиента среды. Четыре уровня инвентаризационного разнообразия (альфа, бета, гамма, эпсилон) соответствуют трем уровням дифференцирующего (внутреннее бета-разнообразие или мозаичное разнообразие – изменение между частями мозаичного сообщества; бета-разнообразие местообитаний вдоль градиента среды; дельта-разнообразие – географическая дифференцияция вдоль климатических градиентов).

Дельта-разнообразие определяется как изменение видового состава и обилия между территориями гамма-разнообразия; оно представляет собой дифференцирующее разнообразие крупных биогеографических регионов в пределах области эпсилон-разнообразие. Мозаичное разнообразие определяется как дифференцирующее различие между выборками в пределах однородного местообитания.

Омега-разнообразие – это разнообразие биомов на территории эпсилон-пространства. Для его анализа используются географические карты разного масштаба и методология их изучения с помощью геоинформационных систем.

 

Параметры биологического разнообразия (альфа-разнообразие)

 

Одна  из важных задач экологии - оценка разнокачественности, разнообразия сообществ. Любое сообщество - не просто сумма образующих его видов, но и совокупность взаимодействий между ними. Одним из важных свойств сообщества, которое отражает его сложность и структурированность, принято считать его разнообразие. Видовое разнообразие отражает сложность строения и структуру сообщества. Понятие «биоразнообразия», хотя и является сложным, многогранным и достаточно неопределенным, описывается двумя компонентами.

Компоненты  биоразнообразия: число видов и  относительное обилие видов.

Разнообразие  принято оценивать либо путем  подсчета видов, измерения их относительного обилия, либо мерой, объединяющей эти  два компонента. Однако оценка разнообразия только простым подсчетом видов  малоинформативна, так как ни одно сообщество не состоит из видов равной численности. Из общего числа видов какого-либо трофического уровня или сообщества в целом обычно лишь немногие бывают доминирующими, т. е. имеют значительную численность (большую биомассу, продуктивность или другие показатели), подавляющая же часть относится к редким видам (т. е. имеет низкие показатели «значимости»). Таким образом, большинство видов в сообществе малочисленны, численности других умеренны и лишь немногие обильны.

При оценке альфа-разнообразия принимаются во внимание два фактора: видовое богатство и выравненность обилий видов.

Видовое богатство - число видов, для сравнения отнесенное к определенной площади.

Выравненность - равномерность распределения видов по их обилию в сообществе.

Видовое разнообразие в разных местах часто  зависит от шкалы измерения разнообразия. Например, в 1 м² полуестественных европейских пастбищ может быть больше видов, чем в нижнем ярусе дождевого тропического леса в бассейне Амазонки. Разнообразие видов на 1 км и более будет выше в тропическом лесу. Видовое разнообразие увеличивается при увеличении размеров изучаемой площади. Маргалеф на примере изучения планктонных сообществ показал, что при увеличении объема выборки разнообразие также увеличивается.

Распределение видового богатства на Земле меняется по долготе, высоте над уровнем моря, в градиенте увлажнения, солености, содержания калия в почве и др. Уиттекер пришел к выводу, что разнообразие увеличивается от холодного к теплому климату и от морского к континентальному. Видовое разнообразие увеличивается при продвижении от высоких широт к экватору. Максимум видового разнообразия наблюдается в большинстве случаев в мезофитных сообществах. В сообществах, подвергающихся стрессовым воздействиям, видовое разнообразие уменьшается; но, кроме того, оно может снижаться в результате обострения видовой конкуренции в климаксовых сообществах, существующих в стабильной физической среде.

Высокую выравненность принято считать  эквивалентной высокому разнообразию. Например, в двух выборках может быть равное число видов и особей, большая выравненность одной из выборок делает ее разнообразие более высоким. Рассмотрим теоретический пример.

Выравненность максимальна, если все виды в сообществе имеют равное обилие, и минимальна, когда один вид имеет обилие, превышающее обилия всех остальных видов, которые имеют только по единице обилия.

Выравненность - это единственный серьезный показатель структуры сообщества. Выравненность, как правило, высока и постоянна среди популяций птиц (это может быть объяснено их территориальным поведением), а различия этого показателя в разных сообществах и географических зонах определяются, главным образом, видовым богатством. Напротив, у растений и фитопланктона выравненность в среднем низка, и оба компонента подвержены значительным вариациям.

Наилучший способ представить оба компонента разнообразия -построить график.

 

Индексы биоразнообразия

 

В настоящее время предложено более 40 индексов, которые предназначены  для оценки биоразнообразия.  Индексы, применяемые в анализе разнообразия сообществ, должны удовлетворять следующим  требованиям:

1) разнообразие сообщества тем  выше, чем больше в нем количество  видов;

2) разнообразие сообщества тем  выше, чем выше его выравненность. 

Большинство различий  между индексами, измеряющими биоразнообразие,  заключается в том, какое значение они придают выравненности и видовому богатству.

Индексы видового богатства

Важной мерой оценки разнообразия для ограниченного в пространстве и во времени сообщества, для которого точно известно число составляющих его видов и особей, является видовое  богатство. Однако в большиинстве случаев исследователь имеет дело с выборкой, не располагая полным списком видов сообщества. В этом случае необходимо использовать «нумерическое видовое богатство», т. е. число видов на строго оговоренное число особей или на определенную биомассу, и видовую плотность.

Видовая плотность (например, на 1 м²) – наиболее распространенный показатель видового богатства, особенно среди ботаников и почвенных зоологов. Показатель «нумерическое видовое богатство» используется реже, хотя более популярно его применение при исследовании водных объектов. Например, при исследовании экологических воздействий на сообщества рыб можно использовать показатель число видов на 1000 рыб.

Не всегда можно добиться равного  размера всех выборок. Но следует  всегда помнить, что при увеличении объема выборки число видов всегда растет.

Различные сочетания S (число выявленных видов) и N (общее число особей всех S видов) лежат в основе простых  показателей видового разнообразия:

индекса видового богатства Маргалефа:

индекса видового богатства Менхиника:

Например, 5 октября 1997 года в Театральном  парке г. Ростова-на-Дону в результате экскурсии была получена выборка, которая насчитывала 17 видов птиц, представленных 149 особями. Разнообразие будет составлять: по индексу Маргалефа – D_Mg = 3,2 , по индексу Менхиника – D_Mn = 1,4.

Достоинство этих индексов – легкость расчетов. Большая величина индекса  соответствует большему разнообразию.

Индексы, основанные на относительном обилии видов

Эту группу индексов называют индексами  неоднородности, так как они учитывают  одновременно и выравненность, и  видовое богатство. Индексы, основанные на относительном обилии видов, относятся  к непараметрическим, поскольку они не требуют никаких предположений о распределениях. Их применение углубляет оценки биоразнообразия по сравнению с индексами видового богатства, которые опираются лишь на один параметр.

Выделяются две категории непараметрических  индексов:

1) индексы, полученные на основе  теории информации (информационно-статистические);

2) индексы доминирования.

Индекс Шеннона  – Уивера.

Макартур [1955] и Маргалеф [1957] впервые применили для оценки к исследованию видовой устойчивости и разнообразия сообщества теорию информации. Теория информации основывается на изучении вероятности наступления цепи событий. Результат выражается  в единицах неопределенности, или информации. Шеннон в 1949 году вывел функцию, которая стала называться индексом разнообразия Шеннона. Расчеты индекса разнообразия Шеннона предполагают, что особи попадают в выборку случайно из «неопределенно большой» (т. е. практически бесконечной совокупности) генеральной совокупности, причем в выборке представлены все виды генеральной совокупности. Неопределенность будет максимальной, когда все события (N) будут иметь одинаковую вероятность наступления (p_i = n_i/N). Она уменьшается по мере того, как частота некоторых событий возрастает по сравнению с другими, вплоть до достижения минимального значения (нуля), когда остается одно событие и есть уверенность в его наступлении.