Тема: Феномен биоразнообразия и факторы его формирования.

Биоразнообразие

(курс лекций)

 

 

Направление подготовки

022000.62 – Экология и природопользование

Специальность бакалавр.

 

Оренбург, 2013

 

Содержание

 

 

1. Феномен биоразнообразия и факторы его формирования.

1.1 Понятие биоразнообразие.

1.2  Международные программы изучения биоразнообразия.

1.3 Важнейшие направления исследований по оценке и сохранению биоразнообразия.

1.4 Национальная стратегия и Национальный план действий по сохранению биоразнообразия России.

2. Системная концепция биоразнообразия.

2.1 Концепция системногоподхода в  изучении жизни.

2.2 Генетическое разнообразие.

2.3 Видовое и экосистемное разнообразие.

2.4 Оценка биоразнообразия.

3. Таксономическое и типологическое разнообразие организмов.

3.1.Инвентаризационное разнообразие.

3.2 Таксономическое разнообразие.

3.3Типологическое разнообразие.

3.4 Видовое богатство мира.

3.5 Видовое богатство России.

 

Лекция №1.

 

Тема: Феномен биоразнообразия и факторы его формирования.

Цель: ознакомить студентов с основными направлениями исследований международного сообщества по оценке и сохранению биоразнообразия.

1. Понятие «биоразнообразие».

2. Международные программы изучения биоразнообразия.

3.Важнейшие направления исследований по оценке и сохранению биоразнообразия.

4.Национальная стратегия и Национальный план действия по сохранению биоразнообразия России.

 

Понятие «биоразнообразие».

 

Термин «биоразнообразие» является сокращением словосочетания биологическое разнообразие. Его впервые применил Г.Бейтс(1892) в работе «Натуралист на Амазонке», когда описывал свои впечатления от встреч =700 видов разных бабочек за время часовой экскурсии. Однако в широкий оборот он вошел только с 1972г. – со Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде. Сейчас это одно из самых распространенных понятий в научной литературе, природоохранном движении и международных связях, поскольку рассматривается как основной параметр, характеризующий состояние и функционирование любой экосистемы и биосферы нашей планеты в целом.

Это понятие отражает разнообразие мира живых существ и обычно используется при описании их разновидностей и изменчивости. В широком смысле оно является синонимом понятия «жизнь на Земле» и отражает ее разнообразие на основных уровнях организации живого вещества.

Современные представления о проблеме биологического разнообразия базируются на исследованиях популяционных генетиков в 1908-1953 гг, показавших, что явление биологического разнообразия определяются способностью к спонтанным изменениям структуры биологических макромолекул, особенно нуклеиновых кислот, которые приводят к трансформации геномов и наследственной изменчивости. На этой биохимической основе разнообразие создается в результате независимо действующих спонтанно возникающих мутаций в генофонде, действия естественного отбора в природных популяциях, а также географической и репродуктивной популяции. Эти процессы ведут к дальнейшей дифференциации на всех последующих уровнях биологических систем - видовом, ценотическом и экосистемном.

В том случае, когда условия среды, определяющие естественный отбор, действуют сравнительно одинаково на всей территории ареала, занимаемого видом или популяцией, за достаточно большой промежуток времени в ряду последовательно и постепенно сменяющихся поколений могут возникнутьдовольно существенные изменения генетических структур, которые приведут к усложнению организации видов и их дифференцировке. Этот процесс называют филетической эволюцией.

В других случаях,когда разные популяции одного вида по тем или иным причинам изолируются друг от друга, они могут оказаться в разных условиях среды. Поскольку при этом естественный отбор действует на них по разному, то в разных популяциях возникают различные изменения. В результате изолированные популяции будут все более дивергировать, пока исходный вид не распадется на несколько новых. Такой процесс называют видообразованием.

Этот процесс постепенно ведет к дифференцировке, дроблению исходной формы на ряд подгрупп, каждая из которых представляет собой независимую эволюционную линию со своими возможностями для дальнейших изменений. Они не прекращаются и после того, как данная группа достигает ранга вида, а продолжаются и дальше, приводя к возникновению более высоких таксономических категорий.

На первых этапах цивилизации человека интересовало разнообразие видов.  В т.н.  народной систематике многих народов насчитывается около 500 видов растений и животных. Аристотелю(О частях животных) только животных было известно около 500 видов,  а его ученик Теофраст описал около 460 видов растений. В «Естественной истории» Плиния животных и растений было описано уже больше (4 книги посвящены животным и 20 – растениям). В «Системе природы» (10 изд.), К. Линней описывает около 7500 видов растений и 4000 видов животных. В дальнейшем их количество непрерывно увеличивалось -  в XX в, например,по сравнению с концом XIX столетия количество описанных таксонов возросло, по крайней мере, в 500 раз. Сейчас описано около 2,0 млн. живых существ, хотя, по мнению многих систематиков, их общее количество достигает не менее 10-35,0, а возможно 80-100 млн. видов. В конце XIX-XX столетия разработаны также классификации сообществ растений и животных и экосистем.

 

Лекция 2.

 

Генетическое разнообразие

 

Первичным, базовым уровнем организации жизни нашей планеты является геном, разнообразие генетических вариаций которого определяет естественное биологическое разнообразие.

Генетическое разнообразие проявляется в генотипической гетерозиготности,полиморфизме и других формах генотипической изменчивости, существование которых вызывается адаптационной необходимостью природных популяций приспосабливаться к конкретным условиям.

Как известно генетическое разнообразие определяется изменением последовательности четырех комплиментарных нуклеотидов (А-Г и Т-Ц) в нуклеиновых кислотах,  составляющих генетический код любого организма. Количество генов у разных организмов неодинаково – от 1000 у бактерий, до 10000 у грибов, 100000 у высших растений и 500000 у высших животных. В целом же в мировой биоте предположительно насчитывается около миллиарда генов. Вместе с тем, потеря даже одного вида чревата утерей тысяч генов с еще неизвестными потенциальными свойствами.

Новые генетические вариации в естественных популяциях возникают в процессе генных и хромосомных мутаций, а у видов с половым размножением и рекомбинацией генов (у культурных растений и животных в т.ч. в процессе селекционного отбора). Количественно генетические вариации у любого вида могут быть оценены как числом возможных комбинаций различных форм от каждой генной последовательности, так и числом хромосом и некоторыми другими показателями.

 К настоящему времени изучена лишь незначительная часть генетического материала, когда можно определенно сказать какие гены отвечают за отдельные генетические признаки организмов или определенные физиологические процессы и эволюционные изменения.

Вместе с тем, не все гены дают одинаковый вклад в формирование разнообразия. Так, гены определяющие важнейшее биогеохимические процессы обмена веществ, более консервативны и подвержены меньшим изменениям чем другие.

Изучение закономерностей распространения генотипов в популяциях начатое Пирсоном (1904), Г.Харди и В. Вайнбергом (1908) еще в первые годы XX столетия показало, что при наличии  двух различных аллелей одного гена и действии свободного скрещивания, генотипы в популяциях распределяются в соответствии с формулой (a+b)2=a2+2ab+b2, что фенотипически проявляется как соотношение 3:1. Затем установлено, что при различии по трем аллелям генотип разделяется в соответствии с формулой (a+b+c)2.

Исходя из закона Харди-Вайнберга, наш соотечественник С.С.Четвериков доказал неизбежность генетической разнородности природных популяций, хотя некоторые мутации  могут оставаться скрытыми. Для жизни популяций эта особенность имеет важное значение, поскольку:

- при изменении условий вид может сохраниться благодаря не только современным изменениям, но и благодаря «капиталу» генов доставшемуся от предков, которые и обеспечивают высокую устойчивость его приспособлений в постоянно изменяющихся условиях среды. В связи с этиморганизмы,  обладающие удачными вариантами признаков,  имеют большую вероятность выжить и оставить потомство (генетический гомеостаз - т.е. способность популяции поддерживать в равновесии свою генетическую структуру);

-при резких изменениях условий обитания даже от громадных популяций в живых могут остаться всего несколько особей, причем порой даже совершенно нетипичных для бывшей популяции. В связи с этим новая популяция генетически будет уже совершенно другой;

-благодаря мутациям, расщеплениям гетерозигот и миграции генов в популяциях могут проявляться резкие, скрытые, порой даже вредные мутации(т.н. «генетический груз»), которые будут вытесняться и элиминироваться в процессе естественного отбора. У человека, например, это приводит к возникновению больного потомства даже у совершенно здоровых родителей (до 35 летальных исходов на 1000 новорожденных).

Для описания различных ситуаций в популяционной генетике применяется несколько моделей. Наибольшей известностью среди них пользуются модели, предложенные С.Райтом – островная (с двумя вариантами) и изоляция расстоянием.Промежуточной является модель М.Кимуры (1953).

В любом случае эволюционный процесс напрямую зависит от генетического разнообразия популяций и условий, при которых изоляция и перекрестная коммуникация поддерживаются в соответствующем равновесии.

 

Оценка биоразнообразия.

 

Исключительное разнообразие видов и их местообитаний вызывает необходимость применения для их оценки различных подходов, индексов и моделей, которые в свою очередь требуют различной интерпретации.

Для того, чтобы не путать разнообразие внутри одного местообитания или сообщества  с разнообразием ландшафта или региона Р. Уиттекер (1960) предложил понятия α-, β- и γ-разнообразия, к которым позднее были добавлены Ϫ-  и e-pазнообразиe.

А) α - разнообразие – это разнообразие внутри местообитания или одного сообщества. При его оценке учитывается два фактора:

-видовое богатство или количество видов на определенной площади сообщества (м2, га, км2). Оно, в наиболее общем виде, увеличивается от полюсов к экватору, от холодного климата к теплому, и от морского к континентальному(и наоборот- число видов уменьшается при движении от экватора к полюсам, с подъемом в горы, а в океане с удалением от берега и с глубиной). Максимальное количество видов в большинстве случаев наблюдается в мезофитных сообществах, а в сообществах, подвергающихся стрессовым воздействиям и при обострении конкуренции разнообразие видов уменьшается;

- выровненность обилия видов - т.е. равномерность распределения видов по обилию. Она считается максимальной, если все виды в сообществе имеют равное обилие (4*3=12) и минимально, если один вид имеет показатели превышающие у остальных (5+4+2+1= 12).Этот показатель считается важнейшим при характеристике структуры сообществ.

Соотношение этих двух показателей хорошо проявляется при т.н «графическом» способе анализа биоразнообразия. На практике обычно применяется несколько типов графиков (ранг/обилие,частотное распределение, логарифмически нормальное распределение, модель «разломанного стержня» и др.), с особенностями построения которых мы познакомимся позднее.

B) β-разнообразие – разнообразие между разными местообитаниями

характеризует степень сходства или различия по присутствию или отсутствию вида. Известно 6 мер измерения этого показателя, но чаще всего применяют т.н. меру (или коэффициент) Уиттекера, которая удовлетворяет большинству критериев. Сходство также характеризуется показателями соответствия, которые используются при сравнении флор и фаун различных сообществ. При этом сходство устанавливается как по абсолютным, так и относительным показателям. Степень сходства отражается различными показателями, но на практике чаще всего применяют индексы Жаккара, Серенсена и Серенсена-Чекановского. Сходства по β-разнообразию изображают и графически в виде дендритов, в форме плеяды (плеяды Терентьева) и дендрограмм.

C) γ-разнообразие отражает разнообразие в пределах природного ландшафта и территории, структуру которой можно отразить на картах масштаба от 1 до 10км. Для расчета этого показателя используют различные уравнения, но чаще всего основываются на вычислении простой (индекс Шеннона) и сложной энтропии.

Разнообразие в пределах более крупных участков территории – биогеографических районов – называют ε-разнообразием, а в пределах природных зон или крупных провинций обозначают как Ϫ-разнообразие.

 

Лекция №3

 

Видовое богатство мира

 

Как известно Аристотель описал около 500 видов животных, а Теофраст 460 видов растений (4-3 в.в. до н.э.). В 10-м издании «Системы природы» К.Линнея (1758) описано уже 4200 видов животных и 10000 видов растений. В настоящее время по разным источникам известно около 1-1,5 млн. видов описанных животных и 270-300 тыс. видов растений и открытие новых видов продолжается. В связи с этим реальное соотношение видов живых организмов в мировом богатстве с учетом еще не известных науке, по-видимому, существенно отличается от известных в настоящее время. Рассмотрим это соотношение по основным систематическим группам.

В царстве вирусов по современным данным насчитывается около 500 видов, обитающих в животных и 300 в растениях, что суммарно составляет менее 1% общего количества известных видов. По прогнозу же их доля предположительно достигает 4%,  т.е. в будущем следует ожидать увеличения их количества в 4-5 раз. В мире бактерий описано около 30000 видов – или 1,0%;  реальная же их численность может достигать 3%. В царстве грибов описано около 100 000 или 3%, реальная же численность может достигать 8%.  Мир водорослей изучен более детально и соотношение описанных и реально существующих определяется как 35 и 40 тыс.видов, что составляет около 2% их общего числа.В царстве растений также следует ожидать увеличения количества видов (против 270-300 тыс. описанных),хотя их доля в мировом разнообразии должна заметно снизиться- от 14% известных до 2% в прогнозе. Сейчас лишайников насчитывается 25 тыс.видов, в прогнозе возможно более 30 тыс., голосемянных описано 750, увеличение возможно до 1000, покрытосемянных известно около 240000, возможно более 300000 и т.д..

В царстве животных по разным источникам описано 1-1,5 млн. видов, что, по-видимому, составляет не более 10% реально существующих. Наиболее значительные изменения здесь ожидаются только в численности членистоногих. Увеличится количество представителей и других типов, хотя их доля существенно не изменится:

- доля простейших (30000 видов) останется на уровне 2%;

-доля червей (особенно круглых и кольчатых)увеличивается от 1 до 4%, а моллюсков несколько уменьшится (до 2,0%), хотя число уже описанных видов превышает 110 тысяч.

Наиболее существенные изменения ожидаются в типе членистоногих. Здесь лишь несколько уменьшится доля ракообразных (с 2 до 1%), но ожидается существенное (до 6%) увеличение количества видов паукообразных  и насекомых (особенно двукрылых и клопов), среди которых ежегодно описывается до 10000 новых видов.

На этом фоне ожидается резкое сокращение доли позвоночных животных. Их сейчас известно около 50 тысяч видов, что составляет примерно 3% общего количества видового состава, а в будущем их доля, очевидно, не превысит 1% (расчет 50тыс. от 1 млн.)

Еще более сложной становится ситуация при анализе внутривидовых различий. Так, даже у сравнительно хорошо изученных птиц, у которых сейчас известно 26000 подвидов, ежегодно описывается около 200 новых. У насекомых же количество подвидов, рас и других внутривидовых категорий вообще трудно представить.

Все это свидетельствует о том, что общая инвентаризация видов и внутривидовых категорий является  делом исключительной сложности, а поле деятельности для систематиков практически безгранично.

Сложная ситуация проявляется и в распределении биоразнообразия. Анализ распространения видов в пределах ареала рода, таксонов более высокого рангаили подвидов в ареале вида, показывает, что оно чаще всего бывает неравномерным. Нередко на небольшой площади род, например, бывает представлен всего одним или небольшим числом видов, в то время как в какой-то определенной части ареала рода отмечается их большое количество. Область, в которой встречается наибольшее число видов данного таксонаназывают центром таксономического разнообразия.

В ряде случаев центр разнообразия является и центром происхождения данного таксона. В других случаях центры разнообразия являются вторичными и значительно удалены от области происхождения, что, например, может быть связано с глобальными изменениями климата. При решении этих вопросов используется различные методы – изучение морфологии видов, географических особенностей их распространения, но основное вникание, как правило, уделяют хромосомной характеристике таксонов, что в совокупности позволяет восстановить область возникновения и пути расселения различных форм.

 

Видовое богатство России

 

Россия занимает 1/7 часть мира. Обширность территории и разнообразие условий определили значительное богатство ее растительного и животного мира. Сейчас биоразноообразие страны является своеобразным гарантом устойчивого развития нашей планеты в целом, поскольку здесь сосредоточено около 40%ненарушенных арктических экосистем, почти 25% лесов, значительные площади других зональных и азональных экосистем,крупнейшие в мире реки и озера, уникальные очаги биоразнообразия на Кавказе, Урале, Алтае, Саянах, Забайкалье и Дальнем Востоке. Общий вклад биоразнообразия страны в глобальное разнообразие в некоторых таксономических группах организмов достигает 24% (почвенные водоросли), хотя в большинстве таксонов значительно меньше (млекопитающих и птиц, например, по 7,0 и 7,6 %).

К настоящему времени на территории страны выявлено более 9000 морских,  пресноводных и почвенных водорослей, что составляет ¼ мировой альгофлоры. Количество выявленных лишайников составляет около 3 тысяч и несколько тысяч описано грибов.Сосудистых растений зарегистрировано около 11,5 тысяч видов, которые объединены примерно в 1,5 тыс. родов и 200 семейств. Однако процесс выявления состава флоры не закончен и ежегодно на территории страны описывается десятки новых для науки видов, обычно произрастающих на сопредельной территории или широко распространенных (т.н. адвентивные виды). В Оренбургской области к настоящему времени выявлено 14 видов грибов и 1650 (возможно около 2050) видов сосудистых растений.

Из животных наиболее многочисленные беспозвоночные, общее количество видов которых оценивается примерно в 150 тысяч. Из них простейших известно около 6,5 тысяч,кишечнополостных-500, примерно по 2 тысячи видов плоских, круглых и около 1000 кольчатых червей. Моллюсков также описано примерно 2000 видов.

Среди членистоногих меньше всего насчитывается ракообразных- всего 2 тысячи видов, паукообразных известно около 10000 и примерно 100 тысяч различных насекомых, среди которых наиболее многочисленны жуки (22000), перепончатокрылые (14000), бабочки (12000) и двукрылые (9000).

Представители других таксонов гораздо малочисленнее.

Позвоночных животных известно около 1,5 тысяч видов, что составляет примерно 3% мирового разнообразия,  в т.ч. млекопитающих- 320, птиц – 732, рептилий- 75, амфибий – 27, рыб- 270и круглоротых – 8. В Оренбургской области в настоящее время выявлено около 470 видов, среди которых наиболее многочисленны птицы – их выявлено 305 видов, млекопитающих насчитывается около 80 видов, рыб – 56, рептилий-12, амфибий- 10 и круглоротых-1.

В России выделяется несколько регионов с высоким уровнем видового богатства. Это Дальний Восток, юг Сибири и Северный Кавказ. Для этих же регионов довольно высок и уровень эндемизма фауны, что обусловлено историей их развития.

К сожалению, как среди растений, так и среди животных находится много редких и находящихся под угрозой исчезновения видов, что в целом свидетельствует о неблагополучном состоянии флоры и фауны. Так, в Красную книгу России сейчас занесено 649 видов растений, 23 грибов и 415 животных. Во второе издание Красной книги Оренбургской области занесено 177 видов растений, 14 грибов  и 139 видов животных. Современное состояние целого ряда видов и подвидов вызывает серьезные опасения на национальном уровне, что обусловлено как ухудшением качества среды обитания, так и высоким уровнем промысла(включая браконьерство).

Не меньший интерес представляет разнообразие сортов культурных растений и пород домашних животных, которые целенаправленно были созданы человеком путем селекции, отбора и генной инженерии. В России сейчас известно примерно 30120 сортов культурных растений (в том числе = 11120 отечественных, из которых 375 сохраняется), общее количество известных у нас пород домашних животных достигает 454, из которых сохраняется 124(Н.И.Вавилов, А.С.Серебровский).

 

Лекция 4.

 

Лекция 5-6

 

Индексы видового богатства

 

Для оценки видового богатства сообществ часто используются различные индексы. Среди них наиболее простыми являются:

1) Индекс видовой плотности, отражающий число видов на единицу площади; у ботаников, например, число видов растений на 1 кв.м;

2) Индекс нумерического видового богатства – число видов на определенное количество особей;  у гидрологов, например, 20 видов на 1000 особей. Более сложные индексы отражают соотношение между числом видов и числом особей,вт.ч.

3) Индекс видового богатства Минхиника

4) Индекс видового богатства Маргалефа

У этих двух индексов большая величина соответствует большему разнообразию. Еще более сложными являются индексы, учитывающие видовое богатство и выравненность (т.е численность отдельных видов). Среди них наиболее популярными являются:

5) Индекс Шеннона

гдеp1 – доля каждого вида

6) Индекс Бриллуэна

Как видите, его определение требует более сложных расчетов, в связи с чем употребляется реже, хотя дает величины сходные с индексом Шеннона.

Существует также ряд индексов,отражающих степень доминирования в сообществах, в т.ч.

7) Индекс Симпсона, который рассчитывается по формуле

Где n1- число особей одного вида

N- числоособейвсехвидов

8) Индекс Бергера-Паркера, хорошо отражающий относительное значение любого вида в сообществе, который рассчитывается по формуле

=

На величину его не влияет количество видов, поскольку расчет ведется лишь по величине выборки.

9) Индекс (мера разнообразия) Макинтоша, который рассчитывается по формуле

 . Однако сам по себе он не является индексом доминирования, но используя его значение можно рассчитать меру доминирования D1, которая независима от выборки.

  и выравненность

 

10) В тоже время считается, что наиболее точно доминирование отражает индекс полидоминантности

.

 

5. Анализ β - разнообразия сообществ.

 

Этот показатель(предложенный Уиттекером в 1960 г.) характеризует сходство или различие разных местообитаний по видовому составу и численности слагающих их видов, а в некоторой степени дает представление и по общему разнообразию условий территории. Его применяют также при сравнении сезонной динамики состава сообществ, изменении степени пищевой специализации видов, оценке загрязнения водоемов и наземных сообществ и т.п.

При оценке данных о присутствии или отсутствии видов в сообществах обычно используют разные меры или критерии измерения β-разнообразия, но большинству критериев соответствует мера Уиттекера. Данные о сходстве/ различии обычно устанавливаются в абсолютных или относительных значениях.

При сравнении сообществ учитывают следующие показатели:

-a-число видов, общих для двоих сообществ;

-b- число видов, имеющихся только в одном сообществе;

-c- число видов, имеющихся только в другом сообществе.

На их основе  рассчитываются значения a+b, a+c, a+b+c, а также отрицательные совпадения (несовпадения).

Для биоценотических, фаунистических и биогеографических исследований предложено более 10 индексов, но чаще всего используются индексы:

1. Жаккара  ,т.е. рассчитывается отношение количества общих видов, к объединенному количеству;

2. Чекановского-Серенсена, т.е. отношение видов к среднеарифметическому числу видов в двух сообществах.

Из числа индексов, учитывающих негативные совпадения (т.е несовпадения) наиболее простыми являются индексы:

3. Кульчинского

4. Сокала-Майченера

При расчете индексов общности для количественных данных наиболее приемлемо использование коэффициента Серенсена

, где делимое- сумма наименьших обилий;делитель- общее число особей на участках а и б.

При расчете тех или иных показателей обычно проводится их группирование и классификация. Эти процедуры выполняются преобразованием полученных расчетных данных (матрицы) в различные графики или диаграммы.

 

6. Графический анализ β- разнообразия.

 

Сетевой анализ матриц оценок сходства между объектами заключается в построении различных графиков или фигур, на которых степень сходства между объектами отражается взаимным расположением точек или разными особенностями линий, соединяющих эти точки.

Наиболее простыми являются неориентированные графы, в которых точки соединяются линиями,  не имеющими определенного направления (в ориентированных точки соединяются стрелками). Одним из типов неориентированного графа является  дендрит- ломанная линия, которая может ветвится. Его построение заключается в последовательном соединении линий двух наиболее сходных выборок по данным матрицы сходства выборочных совокупностей, вычисленных на основе индекса сходства Жаккара (таблица, рисунок). Следует отметить, что на таком графе отображаются только максимальные значения соответствия, а следовательно, часть информации теряется.

Более полно,т.е вся матрица сходств отображается графом «плеяд», предположенным нашим известным зоологом Терентьевым П.В.  В его разных вариантах взаимосвязи могут отражаться различными линиями или одинаковыми линиями, но на разных уровнях сходства.

При одновременном сравнении сходства нескольких сообществ хорошее представление о β – разнообразии даст кластерный анализ, в котором несколько объектов разделяются на однородные группы (кластеры). Графически это отображается в виде дендрограммы.

В наиболее простых случаях группировка начинается с нахождения в матрице индексов сходства пары наиболее похожих объектов (0,9),  к которым постепенно присоединяются другие. Это присоединение можно произвести тремя разными способами: одиночным, средним и полным присоединением.

Одиночное присоединение (метод ближнего соседа) проводится по максимальному значению сходства между объектами каждой группы (к ДГ присоединяется В, затем объединяются Аи Б, Е присоединяется к ДГВ и, наконец, оба кластера объединяются на уровне 0.6. При среднем присоединении последующие объекты присоединяются по среднеарифметическому значению сходства с объектами группы.При полном присоединении (метод дальнего соседа) присоединение осуществляется по минимальному сходству объекта с другими объектами этого кластера.

Более сложные и разнообразные методы кластерного анализа реализуются с помощью вычислительной техники для которой разработан ряд статистических пакетов программ, в том числе таких, как Statistica, Statgaphics и другие.

 

 7. Биоразнообразие крупных территориальных выделов

Для характеристики биоразнообразия на уровне ландшафтов обычно используются показатель γ- разнообразия, а на уровне биогеографических районов  эпсилон-разнообразия,а на уровне природных зон Ϫ-разнообразия.

Однако, поскольку эти территории пространственно неоднородны, а составляющие их экосистем неодинаковы, то характеристики требуют учета множества факторов, и в конечном итоге получаются обобщенные показатели, которые не имеют абсолютного значения. Чаще всего рассчитываются показатели простой, условной и сложной энтропии, показывающие условные масштабы изучения.

В ряде работ при характеристике γ-разнообразия учитывается разнообразие сообществ и экосистем в терминах пространственных показателей, в том числе степень фрагментации сообществ, коэффициент ландшафтной неоднородности, сложность границ территориальных выделов и другие,  но они строго не описаны в информационных терминах, формулах и в конечном итоге также не дают абсолютных значений.

И в заключении этой темы отметим, что для расчета количественных показателей биоразнообразия на разных уровнях управления базами данных существуют специальные программы, в том числе BIOTA, BiodiversityPRO, BiodiversitySforExel и другие, с которыми вам возможно придется работать при выполнении магистерских исследований и подготовке магистерских диссертаций.

 

 

Лекция № 7

Система мониторинга России.

 

В нашей стране мониторинг по некоторым группам микроорганизмов, растений и животных проводился и в прошлом, поскольку все ведомства, связанные с использованием природных ресурсов, традиционно выполняли мониторинг их состояния. Среди них наиболее известны учреждения:

-службы защиты растений (ВНИИЗР), которая вела и ведет слежение за болезнями и вредителями растений. Фитосанитарный мониторинг позволяет оперативно получать информацию для проведения защитных мероприятий, предотвращающих вред от насекомых, грызунов и возбудителей болезней;

-мониторинг почвенного биоразнообразия проводился на основе агрохимических станций (созданных по инициативе Д,Н. Прянишникова). Сейчас он ведется станциями Росгидромета и Роскомнадзора, которые контролируют пространственно-временные изменения почвенной биоты на зональном, региональном и локальном уровнях;

- система противочумных и эпидемиологических станций, которая около 80 лет ведет контроль за состоянием (динамикой) видового состава и численности грызунов, как основных носителей возбудителей чумы, холеры и других заболеваний в степях, полупустынях и пустынях страны;

- лесной мониторинг проводится лесотехнической службой, которая наряду с наблюдениями за состоянием лесного покрова и разработкой кадастра типов леса разрабатывала прогноз будущего состояния лесного фонда с выходом на систему управления лесным хозяйством страны;

-на пресных и морских водоемах страны мониторинг ведут ряд институтов рыбного хозяйства (ВНИРО, ГосНИОРХ и др.), которые не только наблюдают за их состоянием, но и дают оценку запасов биоресурсов (численности, биомассы), определяют допустимые нормы вылова и разрабатывают рекомендации по увеличению биологической продуктивности водоемов с учетом характера роста и воспроизводства важнейших промысловых видов;

- материалы государственной службы учета охотничьих ресурсов (которая действует уже более 30 лет в 70 субъектах страны) позволяютвести мониторинг за состоянием популяций крупных промысловых видов млекопитающих и ряда видов птиц, что позволяет регулировать их добычу и осуществлять управление охотничьим хозяйством страны.

Все эти организации особое внимание уделяют редким и исчезающим видам растений и животных, что позволяет своевременно отражать их состояние в Красных книгах страны (Красная книга СССР 1978, Красная книга РСФСР 1985,1988, Красная книга РФ 2001). Красные книги подготовлены и изданы и в большинстве субъектов РФ, в т.ч. в Оренбургской области,1998.

Особая роль в системе мониторинга принадлежит заповедникам страны, которых сейчас насчитывается 95 и занимают они около 2,0% территории страны (в мире 6,5%). В некоторых заповедниках наблюдения по программе «Летопись природы» ведутся уже 50-80 лет и этим материалам сейчас практически цены нет. Однако в заповедниках не отражено все многообразие ландшафтов страны, в связи с чем сейчас назрела необходимость создания такой сети природных резерватов, которая должна стать основой устойчивого функционирования географически репрезентативного природно-экологического каркаса территории, составленного с учетом мозаичного разнообразия на всех уровнях. Сейчас в наибольшей степени для этих целей используются биосферные заповедники которых насчитывается 21.

Исторически в заповедниках сложились следующие этапы мониторинга: инвентаризация биоразнообразия, выбор стационаров для наблюдения, проведение региональных наблюдений за состоянием экосистем, создание и ведение системы хранения обработки и анализа информации об их состоянии, оценка состояния биоразнообразия и прогнозирование возможных изменений.

В нашей области региональный мониторинг биоразнообразия сейчас осуществляется на территории Оренбургского государственного заповедника (созданного в 1989 году),  в меньшем объеме в заказниках (17) и некоторых памятниках природы. Разработанная в последние годы стратегия сохранения биоразнообразия области предусматривает ведения мониторинга по всем важнейшим параметрам.

Помимо этой системы государственных служб мониторинг биоразнообразия ведут институты РАН, университеты и отраслевые институты на своих стационарах.Для всех этих структур в последние десятилетия актуальность приобрели и ряд новых проблем в т.ч.:

- инвазии чужеродных видов. Во многих местах акклиматизируемые виды стали источником ценных продуктов питания, пушнины и другого сырья. Однако в ряде случаев недостаточно продуманная и плохо организованная акклиматизация привела к негативным последствиям. Так, дальневосточная головешка-ротан, выпущенная в водоемы европейской части России стала конкурентом в питании и потребителем икры и молоди ценныхместных видов рыб. У нас в области, вероятно с акклиматизацией кормовых беспозвоночных, в Ириклинское водохранилище попала игла-рыба. Из млекопитающих сбежавшие со звероферм американские норки стали успешно размножаться в естественных условиях и уже вытесняют местную европейскую норку. Широкую известность получило распространение видов с ликвидацией естественных преград при сооружении каналов и в связи с изменением режимов рек при их зарегулировании.

Печально известны последствия техногенных катастроф. Они вызывают физическую деградацию, химическое загрязнение и биологические нарушения в структуре и динамике экосистем. Среди них наиболее опасно радиоактивное загрязнение, загрязнение нефтепродуктами морских и прибрежных экосистем и выбросами предприятий наземных сообществ. Характер и масштабы происходящих изменений позволяют считать их не просто трансформацией, а как деградацию.