Моделирование и экологическое прогнозирование взаимодействия двух популяций в природном сообществе

Окружающая нас живая природа - это не беспорядочное и случайное сочетание живых существ, а устойчивая и организованная система, сложившаяся в процессе эволюции органического мира. В проекте отражены вопросы взаимоотношения между популяциями разных видов в сообществе, между популяциями и факторами внешней среды, их влияние на развитие и смену сообществ, изучение борьбы за существование в популяциях.

На пороге XXI века под угрозу полного истребления были поставлены такие животные, как лось, бобр, пятнистый олень и многие другие обитатели лесов. За последние 400 лет человек уничтожил более 150 видов зверей и птиц.

Знание законов существования и развития экосистем, принципов и правил охраны природы в процессе природопользования помогут не только сохранить, но и приумножить доставшиеся нам в наследство от предшествующих поколений природные ресурсы, избежать многих ошибок и негативных последствий.

Цель и задачи исследования

Цель работы - составить упрощенную математическую модель взаимоотношений «хищник - жертва» в природном сообществе.

Задачи исследования:

1. Обзор информации по данному вопросу в литературе по биологии, экологии, информатики и анализ источников.

2. Математическое моделирование и экологическое прогнозирование экосистемы

3. Теоретическая разработка и составление модели. Математические расчеты роста популяции отдельно взятого вида.

4. Разработка задач по экологии с применением ЭВМ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для исследования взаимоотношений в экосистемах (природных сообществах) используют разнообразные методы: эксперимент, длительное наблюдение в природе, определение числа особей в популяциях, наблюдения за миграцией животных и др.

Для более полного и глубокого познания живой природы широко используют также моделирование. При этом применяют математическую обработку данных (математическое моделирование). Методы моделирования, если они правильно отображают протекающие в природе процессы, позволяют прогнозировать, в каких направлениях далее будет развиваться данная экосистема, что имеет для многих биогеоценозов (лес, луг, болото, озеро) важное практическое значение. При математической обработке полученных данных расчет производят на ЭВМ.

Результаты расчетов обрабатывали с использованием программы Microsoft Excel.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

Этапы исследования:

1 этап - Теоретическая разработка и составление модели;

2 этап - Математические расчеты роста популяции отдельно взятого вида на ЭВМ;

3 этап - Построение диаграмм

Объекты исследования

В качестве исследуемых объектов выбрали модель совместного существования двух биологических видов, один из которых является пищей для другого (хищник и жертва). Немаловажную роль в выборе объектов исследования сыграл анализ базы численности диких охотничьих животных территории Омской области.

На территории Оконешниковского района, где я проживаю, в районе озер Май-Сор, Атаечье, М. Чебаклы, расположен государственный заказник «Степной»- созданный 9 марта 1971. Заказник создан с целью сохранения одних из крупнейших в Западной Сибири мест линьки водоплавающей дичи. Основные охраняемые виды: серый гусь, журавль, различные породы уток, куликов, а также лисица, зайцы, косуля, белая и серая куропатки, тетерев.

Но большую часть Оконешниковского района составляет охотничье хозяйство. Основа охотничьего хозяйства это численность диких охотничьих животных. По данным зимнего маршрутного учёта на территории Омской области обитает волков - 536, заяцев-беляков - 26085, заяцев-русаков - 2655, лисиц – 5352.

ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Популяцией называют сообщество особей одного вида, занимающих определенную территорию и связанных друг с другом родственными узами. Число особей в популяции различна у разных видов, но она не может быть ниже некоторых пределов. Сокращение численности за эти пределы может привести к вымиранию популяции. Численность популяций может резко меняться по сезонам и годам. Для рационального использования видов, человек должен знать состав особей популяции по возрасту и полу, их плодовитость и смертность, причины колебания численности. В целях сохранения видов используют различные способы регулирования численности популяции. Например, правильное ведение охотничьего хозяйства (установление сроков и угодий охоты, лицензий) обеспечивает воспроизводство популяций.  

 Жизнь каждого организма зависит от множества других видов животных, растений, микроорганизмов, с которыми он, так или иначе, взаимодействует. Каждое усовершенствование любого вида в экосистеме ведет к ухудшению условий для других видов. Поэтому, для того, чтобы выжить, все виды, входящие в экосистему должны непрерывно эволюционировать. Эта закономерность получила название «принцип Красной Королевы» по имени героини книги Л. Кэрролла «Алиса в Зазеркалье». Существует три формы борьбы за существование. Парадоксальная особенность межвидовой борьбы за существование состоит в том, что в ней бывают побежденные, но не бывает безусловных победителей.

Пусть в некотором замкнутом районе живут хищники и их жертвы, скажем волки и зайцы. Волки питаются только зайцами, зайцы питаются растительной пищей, имеющейся всегда в избытке. Составим электронную таблицу. В первую строку таблицы вносим константы, входящие в условие:

Расчет роста популяции отдельно взятого вида

В экологии начальным годом принято считать «нулевой» год, поэтому годы пронумеруем от 0 до 10. Решение запишем в ячейки, расположенные ниже. Смертность зайца по иным причинам равна нулю. Смертность волков равна нулю.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав литературные источники по данному вопросу, я выяснила, что скорость эволюции какого-либо вида животных, в конечном счете, определяется направлением его эволюции.

Для себя я взяла очень много интересного и думаю, что могу заинтересовать своих друзей этой темой, а развитие интереса ведёт к новым исследованиям и открытиям.

Обращение к экологической тематике на уроках ОИВТ позволяет показать ребятам, как можно применять информационные технологии для решения проблем, связанных с живой природой,

Данный материал можно использовать : на уроках биологии, информатики; занятиях факультатива и кружка по биологии и информационным технологиям.

в охотничьих хозяйствах. Правильное ведение охотничьего хозяйства (установление сроков и угодий охоты, лицензий, завоз, подкормка, запрет охоты) обеспечивает воспроизводство популяций.

Выполненная мною работа позволяет решать большой круг однотипных задач не только для экосистемы – лес, но и для многих биогеоценозов : луг, болото, озеро и имеет важное практическое значение. А также можно самим подбирать других животных, вступающих в отношения "хищник—жертва" (мышь—лиса—рысь, олень- волк- пума).

Методы моделирования экосистемы в настоящее время все шире применяются в экологии. Они открывают широкие перспективы прогнозирования процессов, протекающих в экосистемах, и выяснения действия на биосферу загрязняющих ее антропогенных факторов.