Ekologia i Ochrona przyrody

Nazwisko i Imię prowadzącego kurs: Dr Waldemar Adamiak

ĆWICZENIE 2: STRUKTURA POPULACJI I BIOCENOZY – BADANIA TERENOWE

Imię i nazwisko:	Dawid Kaczmarczyk
Wydział:	Inżynierii Środowiska
Nr albumu:	191845
Termin zajęć: dzień tygodnia, godzina	wt 15:15-18:45,TN

Cele ćwiczenia:

• Badanie zagęszczenia populacji wybranych gatunków roślin metodą powierzchniową

• Badanie zagęszczenia populacji metodą bezpowierzchniową (metoda najbliższego sąsiada)

• Określenie rozmieszczenia badanych populacji roślin

• Badanie struktury płciowej populacji cisów

• Badanie struktury wiekowej populacji wybranych gatunków drzew

• Badanie różnorodności gatunkowej i struktury biocenoz

• Zapoznanie się z pojęciami: zagęszczenie, metoda powierzchniowa i bezpowierzchniowa, biocenoza itp.

I. Wstęp teoretyczny:

Zagęszczenie populacji – liczba osobników przypadających na jednostkę powierzchni terenu. Można ją również definiować podając biomasę osobników na jednostce powierzchni. W wielu przypadkach zamiast jednostki powierzchni podaje się jednostkę objętości (powietrza lub wody) – dla organizmów egzystujących w tych środowiskach.

Zgodnie z zasadą Alleego zarówno zbyt małe i zbyt duże zagęszczenie wpływa na populację ograniczająco. Przy zbyt dużym zagęszczeniu osobników wzrasta konkurencja wewnątrzgatunkowa, co ogranicza rozwój populacji i prowadzi do wzrostu "śmiertelności". Z kolei zbyt małe zagęszczenie może utrudnić osobnikowi rozmnażającemu się płciowo znalezienie partnera do rozrodu.

Struktura płci i wieku – udział różnych grup wiekowych w populacji z uwzględnieniem podziału na płeć. Udział ten graficznie przedstawia się za pomocą schematu, zwanego piramidą płci i wieku.

Parametr ten jest z jednej strony dość stałą cechą gatunkową, z drugiej podlega silnym wpływom takich czynników, jak: rozrodczość, strategia rozrodu i śmiertelność.

Ocena rozkładu wiekowego osobników dostarcza wielu informacji o aktualnej kondycji populacji. Należy jednak pamiętać, że badanie struktury wiekowej powinno obejmować dłuższe okresy. Gdyby bowiem zbadano populację jętek w okresie 48 godzin po rójce, to mogłoby się okazać, że nie ma w niej wcale osobników dorosłych. Taki obraz struktury wiekowej prowadziłby do fałszywych wniosków.

W życiu każdego osobnika można wyróżnić trzy okresy:

• przedprodukcyjny (przedrozrodczy),

• reprodukcyjny (rozrodczy),

• poprodukcyjny (porozrodczy).

Podobnie można pogrupować osobniki na młodociane, dojrzałe i starzejące się. Liczba klas wiekowych może być jednak większa. Wszystko zależy od tego jak szczegółowe przyjmuje się kryteria pomiaru wieku. Jeśli osobniki w poszczególnych klasach zostały zliczone, wyniki można przedstawić w postaci piramidy płci i wieku ludności danego obszaru, polegające na zestawieniu diagramów słupkowych utworzonych dla poszczególnych roczników lub grup wiekowych (np. 5-letnich) dla każdej płci oddzielnie.

Wskaźnik Simpsona – wskaźnik różnorodności gatunkowej, stosowany w celu oszacowania różnorodności biologicznej siedlisk. Uwzględnia liczbę gatunków oraz względną liczebność każdego gatunku. Wskaźnik Simpsona określa prawdopodobieństwo wylosowania dwóch osobników należących do tego samego gatunku.

Wskaźnik ten wyraża się wzorem:

gdzie:
S – liczba gatunków
N – liczebność osobników
n_i – liczba osobników i-tego gatunku

Wskaźnik Shannona-Wienera () (czasami błędnie nazywany "wskaźnikiem Shannona-Weavera’’). Jest to najczęściej stosowany wskaźnik różnorodności biologicznej. Jego wartość określa prawdopodobieństwo, że dwa wylosowane z próbki osobniki będą należały do różnych gatunków. Został wyprowadzony niezależnie przez dwóch badaczy: Claude'a Shannona i Norberta Wienera.

Wskaźnik Shannona-Wienera wyraża się wzorem:

gdzie:

• – liczba gatunków (bogactwo gatunkowe)

• – stosunek liczby osobników danego gatunku do liczby wszystkich osobników ze wszystkich gatunków:

• – liczba osobników i-tego gatunku

• – liczba wszystkich osobników ze wszystkich gatunków

II. Część doświadczalna

1.Badanie zagęszczenia koniczyn metodą powierzchniowa (metoda kwadratów):

Tabela: Pomiar liczebności osobników na powierzchni X:

Seria I	Seria II	Seria III
Liczba prób	Liczba osobników	Liczba prób
1	144	1
2	0	2
3	111	3
4	67	4
5	23	5
6	0	6
7	19	7
8	32	8
9	35	9
10	34	10

Średnie zagęszczenie osobników na jednostce powierzchni X liczymy ze wzoru:

$$\mathbf{X}\mathbf{=}\frac{\sum_{}^{}\mathbf{\text{Xi}}}{\mathbf{N}}$$

gdzie: X_i – i-ty pomiar, N- liczba pomiarów (N=10)

Następnie obliczamy odchylenie od średniej Xi, dla każdego pomiaru w serii (a więc dla X­_1, X_{2 …} i X₁₀ ):

X_i= X_i -X

gdzie: X_i – i-ty pomiar, X- średnia dla całej jednej serii pomiarów

Odchylenie standardowe s:

$$\mathbf{s =}\frac{\sqrt{\mathbf{x}^{\mathbf{2}}}}{\mathbf{N - 1}}$$

Błąd standardowy s_x:

$$\mathbf{Sx =}\frac{\mathbf{s}}{\sqrt{\mathbf{N}}}$$

Przykładowe obliczenia:

• Średnie zagęszczenie osobników na jednostce powierzchni X:

X=$\frac{144 + 0 + 111 + 67 + 23 + 0 + 19 + 32 + 35 + 34}{10}$ = 46.5

• Odchylenie od średniej Xi:

X₁=144-46.5 = 97.5

• Odchylenie standardowe s:

$s = \frac{\sqrt{{46.5}^{2}}}{10 - 1} = 5.166$

• Błąd standardowy Sx:

$$Sx = \frac{5.166}{\sqrt{10}} = 1.634$$

Seria I
Liczba osobników
144
0
111
67
23
0
19
32
35
54
Seria II
5
328
49
1
10
76
39
96
27
11

Seria III
67
23
31
27
56
37
15
34
42
66

O typie rozmieszczenia osobników możemy wnioskować na podstawie stosunku wariancji liczby organizmów (S²) do średniej ilości osobników przypadających na próbkę (X)

Rozmieszczenie losowe- wartość L bliska 1

Rozmieszczenie skupiskowe- L>1

Rozmieszczenie równomierne- L<1

3,5>1 zatem rozmieszczenie jest skupiskowe.

2.Metoda bezpowierzchniowa (tzw. „najbliższego sąsiada”) na przykładzie cisa:

Cis	Odległość pomiędzy osobnikami w metrach
1.	3
2.	3,5
3.	10,30
4.	2,20
5.	2,40
6.	3,20
7.	5
8.	4,50
9.	3,35
10.	4
11.	7,10
12.	2,5
13.	3,40
14.	3,20
15.	1,50
16.	1,90
17.	2,10
18.	2,45
19.	7,20
20.	12,50
21.	7,30
22.	5,90
23.	14
24.	12,30
25.	7
26.	5,40
27.	6,80
28.	3,35
29.	1,90
30.	2
31.	5,90
32.	18
33.	1,30
34.	1,90
35.	1
36.	2,50
37.	3,65
38.	1,75
39.	5,55

Tabela: Odległości między każdym osobnikiem populacji a najbliższym sąsiadem

Wzory:

• średni areał:

M= r² / 0,36

• zagęszczenie:

D= 1/M

r/ R

rozmieszczenie skupiskowe =0<r/R<1

rozmieszczenie równomierne = 1<r/R<2

Średnia odległość	4,95
Wariancja	14,93
Odchylenie standardowe	3,86
Błąd standardowy	8,21
Średni areał (M)	67,51
Zagęszczenie(D)	0,0148
Typ rozmieszczenia osobników	Rozmieszczenie skupiskowe

Tabela: Wyników obliczeń zagęszczenia populacji metodą bezpowierzchniową

Rozmieszczenie Cisa określa się jako skupiskowe, ponieważ w większości przypadków odległości między kolejnymi drzewami są zbliżone czyli średnia odległość wynosi 4, 93 m. Zatem wiadomo, że cel zadania został osiągnięty.

3. Badanie struktury płciowej populacji cisów:

Osobniki męskie: 26

Osobniki żeńskie:14

Na jednego osobnika żeńskiego przypada 1, 85 osobnika męskiego.

4.Badanie struktury wiekowej populacji wybranych gatunków drzew

Dąb szypułkowy – aleja Kazimierza Bartla
L.p.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.

Dąb szypułkowy – Park Szczytnicki
L.p.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.

Klon zwyczajny – aleja Kazimierza Bartla
L.p.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.

Histogramy przedstawiające liczbę osobników o danym przedziale wieku

5.Badanie różnorodności gatunkowej i struktury biocenoz:

Gatunek drzewa	Liczba
Klon pospolity	81
Dąb szypułkowy	52
Robinia akacjowa	35
Lipa szerokolistna	6
Grab	16
Dziki bez czarny	5
Cis	2
Kasztanowiec	3
Wiąz pospolity	32
Klon zwyczajny	37
Brzoza	6
Topola	2
Głóg jednoszyjkowy	3
Klon jawor	6
Liczba wszystkich gatunków	286

Wskaźnik Simpsona obliczony ze wzoru

Wynosi: 0,16

Wskaźnik Shannona-Wienera:

Gatunki:	Shannona-Wienera
Klon pospolity	0,35
Dąb szypułkowy	0,30
Robinia akacjowa	0,25
Lipa szerokolistna	0,08
Grab	0,16
Dziki bez czarny	0,07
Cis	0,03
Kasztanowiec	0.05
Wiąz pospolity	0,21
Klon zwyczajny	0,28
Brzoza	0,08
Topola	0,48
Głóg jednoszyjkowy	0.05
Klon Jawor	0,08

Wskaźnik Margelefa: $D = \frac{S}{\text{Log}\ N}$ = 5,69

III. Wnioski:

• Z naszych obliczeń i spostrzeżeń wynika, że rozmieszczenie rośliny badanej w tym wypadku koniczyny jest skupiskowe. Badanie było przeprowadzone metodą powierzchniową, polegającą na wyliczeniu ilości mniszka w kwadracie o wymiarach 35x35cm. Wybór kwadratów był losowy.

• Rozmieszczenie Cisa określa się jako skupiskowe, ponieważ w większości przypadków odległości między kolejnymi drzewami są zbliżone czyli średnia odległość wynosi 4, 93 m.

• Na badanym terenie na jednego osobnika żeńskiego przypada 1,85 osobnika męskiego.

• Ocena wieku drzew została oparta o ich średnice, które wyliczono ze wzoru:

$$\frac{\text{obw}od\ \text{drzewa}}{\pi}$$

• Dla badanego wieku drzew dębu szypułkowego w aleja Kazimierza Bartla I Parku Szczytnickim oraz klonu zwyczajnego w aleja Kazimierza Bartla dominuja tam populacja rozwijająca się

• Wskaźnik Simpsona obliczony ze wzoru:

na danym ternie wynosi 0.16

• Wskaźniki Shannona-Wienera obliczone ze wzoru:

Gatunki:	Shannona-Wienera
Klon pospolity	0,35
Dąb szypułkowy	0,30
Robinia akacjowa	0,25
Lipa szerokolistna	0,08
Grab	0,16
Dziki bez czarny	0,07
Cis	0,03
Kasztanowiec	0.05
Wiąz pospolity	0,21
Klon zwyczajny	0,28
Brzoza	0,08
Topola	0,48
Głóg jednoszyjkowy	0.05
Klon Jawor	0,08

• Wskaźnik Margelefa: $D = \frac{S}{\text{Log\ N}}$ = 5,69