Ekologia i ochrona przyrody_laboratorium 8

Temat: Wskaźniki biocenotyczne

Zadanie 1. Odczyt zadań z poprzednich laboratoriów

a. Badanie allelopatii - hamującego wpływu jednych roślin na rozwój innych

- Policzyć wykiełkowane nasiona pieprzycy na poszczególnych szalkach oraz

- zmierzyć długość kiełków.

Obliczyć średnią z dwóch szalek i wpisać do tabeli:

	Pieprzyca - szalki kontrolne	Pieprzyca + nalewka z liści orzecha	Pieprzyca + nalewka z liści chrzanu	Pieprzyca + nalewka z igieł cisa	Pieprzyca + nalewka z nasion cisa	Pieprzyca + nalewka z samych osnówek cisa	Pieprzyca + nalewka z pędów wierzby
Liczba skiełko-wanych nasion
Długość kiełków

Sprawdzić testem t-Studenta istotność różnicy między średnimi liczbami skiełkowanych nasion i średnimi długościami kiełków ( porównując próbę kontrolną i poszczególne próby badane).

b. Badanie rozkładu różnych materiałów przez destruentów glebowych

Ocenić stopień rozkładu badanych materiałów i wyciągnąć wnioski.

c. Badanie wpływu zagęszczenia populacji na rozwój osobników

Porównać wzrost roślin przy różnych zagęszczeniach i wyciągnąć wnioski.

Zadanie 2. Obliczanie wskaźników różnorodności gatunkowej i wskaźników biocenotycznych

METODY BADANIA ZESPOŁÓW WIELOGATUNKOWYCH I RÓŻNORODNOŚCI GATUNKOWEJ

Literatura:

Pullin A.S. 2004. Biologiczne podstawy ochrony przyrody. Wydawnictwo PWN Warszawa. Wskaźniki różnorodności gatunkowej (168-170).

Trojan P. 1981. Ekologia ogólna. PWN Warszawa. Wskaźniki biocenotyczne (302-309).

Zagadnienie: Do czego służą i jak się oblicza wskaźniki wymienione w poszczególnych zadaniach?

Przydatne do wykonania zadań: wzory do obliczeń, kalkulator, komputer z arkuszem kalkulacyjnym.

PRZYDATNE WSKAŹNIKI

• Wskaźnik dominacji

Dominacja - wskaźnik używany w badaniach faunistycznych i zoocenologicznych. W sensie matematycznym dominacja jest tożsama z udziałem procentowym. Niesie jednak inną treść ekologiczną. Dla przypadkowego zbioru prób poprawniejsze byłoby pisanie o udziale procentowym. Jeśli jednak sposób zbierania prób pozwala je traktować jako odzwierciedlenie układu ekologicznego, wtedy właściwe jest pisanie o dominacji. Dla przykładu w materiale zbieranym w krajobrazie - dla całości materiału właściwsze byłoby używanie "udział procentowy" danego gatunku (udział w zbiorze), natomiast dla poszczególnych zbiorników wodnych można już pisać o dominacji. Ale jeśli dobór stanowisk i liczba prób odpowiadają ilości i powierzchni danych siedlisk i środowisk, można pisać o dominacji w odniesieniu do całości materiału. W tym sensie dominacja odnosić się będzie do całego krajobrazu. Dominacja wskazuje na udział ilościowy danego gatunku w badanym ekosystemie (układzie ekologicznym), a nie tylko o udziale procentowym w zebranym materiale. Zawsze w mniejszym czy większym stopniu dominacja obarczona jest pewnym błędem i niedokładnością.

Dominację wyliczamy ze wzoru:

gdzie: Di - dominacja i-tej grupy, n_i - suma osobników danej grupy (i) we wszystkich próbach, N - łączna liczebność wszystkich osobników we wszystkich próbach. W takim ujęciu dominacja odnosi się do liczebności. Jednakowo więc traktowany jest osobnik mały i osobnik duży, a przecież ich znaczenie w ekosystemie jest różne. Dlatego czasem dominacja wyliczana jest nie dla liczebności a dla biomasy (Kasprzak i Niedbała, 1981).

(Dominacja (D) odnosi się do pojedynczego gatunku lub grupy , charakteryzuje jego udział biocenozie . Można znaleźć inny wzór wskaźnika dominacji (wg Simpsona, 1949, za Odumem, 1982), jednak odnoszący się do całej biocenozy:

gdzie: c - wskaźnik dominacji Simpsona ni - współczynnik znaczenia dla każdego gatunku (liczba osobników , biomasa , produkcja itd.), N - suma współczynników znaczenia. Wskaźnik dominacji Simpsona (c) służy do porównywania całych biocenoz (zoocenoz), natomiast dominacja (D) służy do porównywania gatunków w ramach biocenozy (co oczywiście nie przeszkadza porównywać zoocenozy ze względu na dominujące gatunki). W badaniach zoocenologicznych wykorzystuje się zazwyczaj tylko liczebność. Wskaźnik określa prawdopodobieństwo, iż dwa przypadkowo spotkane osobniki należą do różnych gatunków

• Wskaźnik stałości

Wskaźnik stałości - wskaźnik używany w zoocenologii i ekologii do opisu (charakterystyki) biocenozy (w szczególności zoocenozy).

SZUJECKI (1983) podał wzór na stałość:

C = (q / Q)100%

gdzie: C - stałość; q - liczba prób, w których wystąpiła dana grupa/ gatunek ; Q - liczba wszystkich prób.

Ujęcie SZUJECKIEGO (jak również KASPRZAKA I NIEDBAŁY 1981) podaje wartości w procentach, gdzie stałość waha się w granicach od 0 do 100%.

W badaniach fitosocjologicznych jako podstawę do obliczenia wskaźnika stałości przyjmuje się przynajmniej 10 zdjęć fitosocjologicznych. W badaniach zoocenologicznych stosowane są większe serie prób (TROJAN 1980). Trzy czynniki mogą mieć wpływ na wartość współczynnika stałości: 1. liczebność gatunku w biocenozie (im wyższa liczebność tym wyż-sza zazwyczaj stałość), 2. wymagania względem warunków siedliskowych (gatunki o szerszej walencji zazwyczaj będą uzyskiwały wyższy wskaźnik stałości), 3,. Charakter rozmieszczenia (skupiskowy, losowy, itd.). Typ stałości można analizować na podstawie oceny frekwencji, wg skali TICHLERA (TI-CHLER 1949, za TROJANEM 1980):

• Gatunki przypadkowe (frekwencja 0-25%),

• Gatunki akcesoryczne (26-50%),

• Gatunki stałe (51-75%),

• Gatunki absolutnie stałe (pow. 75%).

W badaniach fauny glebowej stosowany jest inny podział (KASPRZAK i NIEDBAŁA 1981):

• C5 -eukonstanty >75,00%,

• C4 -konstanty 50,01-75,00%,

• C3 -subkonstanty 30,01-50,00%,

• C2 -gatunki akcesoryczne15,00-30,00%,

• C1 -akcydenty <15,00%.

Ponadto do oceny różnorodności najczęściej stosowane są inne typy formuł:

Shannon - Wiener

Margalef

Gdzie:
= różnorodność

N= ogólna liczba osobników wszystkich gatunków

N_i= liczba osobników i-tego gatunku

S= liczba gatunków

Wskaźnik Margalefa uwzględnia jedynie całkowitą liczbę osobników oraz liczbę gatunków, nie uwzględnia równocenności gatunkowej (tj. liczebności osobników poszczególnych gatunków).

W zadaniach poniżej dokonać oceny bioróżnorodności w oparciu o podane formuły.

Należy obliczyć różnorodność z zastosowaniem wskaźników dla wodnej i lądowej biocenozy

Wskaźniki Simpsona i Margalefa różnią się znaczeniem przykładanym do względnej równomierności (D), czy całkowitej wielkości próby (
). Takie miary bioróżnorodności są o wiele prostsze i znacznie mniej kosztowne od metod molekularnych. Powinno się jednak pamiętać, iż duża liczba gatunków na określonym obszarze nie zawsze związana jest ze słabym oddziaływaniem antropopresji. W wielu przypadkach przy nasilonej działalności człowieka jest ona nawet wyższa, niż przy jej braku. Powodem tego jest pojawianie się na tym terenie nowych gatunków, które przybywają tu za pośrednictwem człowieka. Zjawisko to sprawia, że przy ocenie bioróżnorodności danego obszaru większa liczba gatunków obcego pochodzenia może mieć znaczny wpływ na wartość wyżej wymienionych wskaźników, co powoduje obniżenie ich przydatności do określania skuteczności realizacji celów ekorozwoju

Wyniki zestawić w tabeli1:

EKOSYSTEM	METODA						Sporządził
Grupa Systematyczna (rząd/ rodzina lub niższa jednostka)	Liczba osobników w próbie											Wskaźnik
		1	2	3	4	5	6		7	8	9		D	C	SW	M

Ekosystem	Metoda	Sporządził
Stopień dominacji	Grupa systematyczna
Eudominanci - powyżej 10%
Dominanci 5,1-10%
Subdomianci 2,1-5%
Recedenci 1,1-2%
Subrecedenci do 1%

Stopień stałości	Grupa systematyczna
Grupa absolutnie stała C1 - 75,1-100%
Grupa stała C2- 50,1-75 %
Grupa rzadka C3-25,1-50%
Grupa przypadkowa C4- 0,1-25%

ZADANIA

1. Opracowanie wyników badania zespołu ptaków metodą kartograficzną

Opracuj wyniki badań zespołu ptaków wskazanego terenu przeprowadzone metodą kartograficzną:

• obliczyć zagęszczenie na 10 ha dla każdego gatunku ptaków stwierdzonych na powierzchni badawczej

• obliczyć ogólne zagęszczenie ptaków wszystkich gatunków na 10 ha

• obliczyć zagęszczenie gatunków na 10 ha

• obliczyć wskaźnik dominacji dla każdego gatunku

• uzyskane wyniki zestawić w tabeli; gatunki uporządkować wg malejącego wskaźnika dominacji

• określić dominanty (D>5%) i subdominanty (D= 2-5%) zespołu

• określić udział procentowy w zespole grup ekologicznych ptaków: gniazdujące na ziemi i krzewach - do 1,5 m (Z), dziuplaki (D), gniazdujące na krzewach i w koronach drzew (K)

• określić dominanty najliczniejszej grupy ekologicznej

2. Porównanie dwóch zespołów ptaków

Porównaj zespół ptaków, opracowywany przez Ciebie z zespołem opracowywanym przez koleżankę lub kolegę uwzględniając:

• liczbę gatunków ptaków stwierdzonych w każdym z zespołów

• zagęszczenie gatunków na 10 ha w każdym z zespołów

• całkowite zagęszczenie ptaków wszystkich gatunków na 10 ha w każdym z zespołów

• udział procentowy grup ekologicznych w każdym z zespołów

• liczbę Jaccarda

• liczbę Sörensena

• liczbę Renkonena

• liczbę Shannon-Wienera

• liczbę Margalefa

3. Opracowanie wyników badania zespołu ryb jednego stanowiska badawczego

Opracuj wyniki badań zespołu ryb na wskazanym stanowisku znając liczebność próby albo względną liczebność poszczególnych gatunków na odcinku rzeki długości 500 m:

• obliczyć całkowitą względną liczebność ryb wszystkich gatunków na odcinku rzeki długości 500 m

• obliczyć wskaźnik dominacji dla każdego gatunku

• uzyskane wyniki zestawić w tabeli; gatunki uporządkować wg malejącego wskaźnika dominacji

• określić dominanty (D>5%) i subdominanty (D= 2-5%) zespołu

• określić tryb życia poszczególnych gatunków: osiadłe (O), wędrowne: katadromiczne (K) i anadromiczne (A) - gatunki katadromiczne wędrują na tarło z wód słodkich do morza, anadromiczne z morza do wód słodkich

• określić przynależność poszczególnych gatunków ryb do gru ekologicznych:

• pokarmowych: drapieżne (D), względnie drapieżne (Wd), bezkręgowcożerne (B), wszystkożerne (W), roślinożerne (R), filtrujące (F)

• rozrodcze: litofilne - składające ikrę na kamienistym dnie (L), lito-fitofilne - składające ikrę na kamienistym dnie i roślinach (LF), fitofilne - składające ikrę na roślinach (F), psammofilne - składające ikrę na piaszczystym dnie (Ps), pelagofilne - odbywające tarło w toni wodnej (Pe),ostrakofilne -składające ikrę do jamy płaszczowej małży (O)

• przepływu wody: reofilne - wód wartko płynących (R), limnofilne - wód stojących (L), stagnofilne - wód wolno płynących - zastoiskowych (S)

• strefy pionowej : nektoniczne (N), denne (D)

• określić udział procentowy w zespole ryb osiadłych i wędrownych ze zróżnicowaniem na gatunki anadromiczne i katadromiczne

• określić udział procentowy w zespole grup ekologicznych ryb: pokarmowych, rozrodczych, przepływu wody, stref pionowych

4. Porównanie zespołów ryb dwóch stanowisk badawczych (rzek, dorzeczy)

Porównaj zespół ryb, opracowywany przez Ciebie z zespołem opracowywanym przez koleżankę lub kolegę uwzględniając:

• liczbę gatunków ryb stwierdzonych w każdym z zespołów

• całkowitą liczebność ryb wszystkich gatunków

• udział procentowy grup ekologicznych w każdym z zespołów

• liczbę Jaccarda

• liczbę Sörensena

• liczbę Renkonena

• liczbę Shannon-Wienera

• liczbę Margalefa

5. Określenie stałości występowania gatunków oraz ich stowarzyszenia

• określić stałość występowania poszczególnych gatunków na badanym terenie, np. ryb w dorzeczu

• określić stopień stowarzyszenia poszczególnych gatunków na badanym terenie (wskaźnik Agrella), np. ryb w dorzeczu

Porównaj stałość występowania gatunków i stopień ich stowarzyszenia na analizowanym przez Ciebie terenie oraz na terenie analizowanym przez koleżankę lub kolegę. Podejmij próbę wyjaśnienia stwierdzonych różnic.

6. Różnorodność gatunkowa edafonu

• warstwę gleby grubości ok. 1 cm wsypać do leja Berlesa (można w tym celu wykorzystać lej Buchnera ustawiony na statywie, pod nim umieścić płytkę Petriego z wodą lub alkoholem)

• organizmy glebowe wypłaszać światłem przez ok. 30 minut

• wypłoszone organizmy posegregować na podstawie zauważalnych różnic na morfogatunki

• określić liczbę morfogatunków i liczbę osobników każdego z nich

• dokonać analizy zespołu organizmów glebowych - zakres analizy określić samodzielnie na podstawie wielkości próby (liczby wypłoszonych organizmów i ich różnorodności gatunkowej)

• w oparciu o dane dotyczące wszystkich próbek w grupie dla jednego rodzaju gleby określić stałość i stowarzyszenie stwierdzonych morfo gatunków

• porównać zespoły organizmów glebowych różnych gleb - zakres porównania określić samodzielnie na podstawie wielkości prób

7. Określenie wartości wskaźników stałości i dominacji dla badanych zespołów środowiska wodnego

Wyniki zestawić w tabeli

Należy sporządzić raport zawierający wypełnione tabele dla wszystkich badanych zepołów

Dokonać analizy i interpretacji wyników.

8. Obliczanie wskaźników dla biocenozy badanej na zajęciach terenowych, na których określono przynależność gatunkową wszystkich drzew i liczbę drzew każdego gatunku (Labor. 2)

• obliczyć wskaźniki różnorodności gatunkowej (Simpsona, Shanona-Wienera, Margalefa)

i wyciągnąć wnioski

• obliczyć zagęszczenie gatunków

• obliczyć współczynnik dominacji poszczególnych gatunków

---