Kutatói pályára felkészítı akadémiai ismeretek modul Környezetgazdálkodás Modellezés, mint módszer bemutatása KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI AGRÁRMÉRNÖK MSC
Ökológiai modellek I. 19. lecke
Bevezetés Az élıvilágban is szükséges modelleket létrehozni, alkalmazni, ahogy az élet számos más területén is. Az élıvilág modellezései közül legkézenfekvıbb példa a populációk és társulások kialakulásának, fennmaradásának, leromlásának a modellezése. Mi is a környezet? Köznapi értelemben környezeten azt a valós teret értjük, amely az élılényeket körülveszi. Ökológiai értelemben egy kicsit szőkebben kell definiálnunk: azok a hatótényezık, amelyek ténylegesen hatnak a szupraindividuális objektumra.
Környezeti tényezık Az élılényekre számos hatás érkezik a környezetbıl, amelyek elısegítik például társulások kialakulását vagy összeomlását. Ezeket a hatásokat, tényezıket két részre oszthatjuk: Forrástényezık: több populáció által használt források pl.: táplálék. Véges mennyiségben vannak jelen a környezetben, vagyis használat során elfogynak. Kondicionáló tényezık: Ezeket nem fogyasztják el az élılények, de mégis hatnak a forrástényezıkre. Pl.: hı, talaj ph, redoxipotenciál.
Populációk sajátságai Populáció fogalma: Az élıvilágban az élılény feletti szervezıdésnek szerkezeti és mőködési alapegysége. Egy adott élılényfaj esetében a térben és idıben elıforduló, szaporodási egységet alkotó egyedek sokasága. Pl.: Pilisi len Kis-Szénási populációja Metapopuláció: Elkülönülten élı, de elvándorlás útján genetikai anyag cserére alkalmas populációk összessége. Populációegyüttesek: az élıvilág magasabb szervezıdési szintje, amelyet a populációk egymásra, valamint a környezeti tényezık populációkra gyakorolt hatása fejt ki.
Populáció méret változása idıben Miért van szükségünk a populációméret idıbeni változásának a modellezésére? Ennek segítségével modellezni, elıre jelezni tudjuk az esetleges kártevık gradációját. Bizonyos területek megóvását is nagyban segíti, ha ismerjük az alkotó populációk méretének változását, ezzel megakadályozhatjuk, hogy az adott területen diverzitáscsökkenés jöjjön létre, amely környezetvédelmi, természetvédelmi problémát okoz. Segítségével idıben beavatkozhatunk.
Populációk csoporttulajdonságai: Populációméret (N): legfontosabb tulajdonság, amely az egyedek számával jellemezhetı. Egyedsőrőség/ Denzitás (D): mintavételezés útján határozhatjuk meg. Növények esetén: kijelölt mintanégyzetekben Állatok esetén: fogás-visszafogás módszerrel Korcsoportszerkezet: 3 korcsoport alkot egy populációt: Fiatal, még nem szaporodóképes egyedek Kifejlett, szaporodó, ivarérett egyedek Öreg, a szaporulatot nem befolyásoló egyedek
A korcsoportszerkezet alakulása: Növekvı (A) Stabil (B) Hanyatló populáció (C) Születési ütem/natalitás (b): idıegység alatt a populáció egy egyedére esı születések száma: b=összes újszülött (B) / az összes egyed száma a populációban adott idıegységben (N) Halálozási ütem/mortalitás (d): idıegység alatt egy egyedre jutó elhalálozások száma d=az elpusztult egyedek száma (D) / populációméret (N)
Populációdinamika A populáció méret idıbeni változását és annak okait a populációdinamika írja le. Egy populáció mérete két idıpont között a következı egyenlettel írható le: N 1 =N o + B D + I E, ahol N 1 : végsı populáció méret N o : kiindulási populáció méret B: a születések száma D: a halálozások száma I: a bevándorlók száma E: az elvándorlók száma
Alapvetı populációnövekedési modellek Jellemzıi: Zárt populációkkal foglalkozik, vagyis nincsenek el ill. bevándorlások. Az egyszerőség kedvéért külön kezeljük az elkülönülı (diszkrét) és az átfedı nemzedékekkel szaporodó élılényeket. Diszkrét nemzedék: egyes generációk szaporodási ciklusa idıben elválik. Átfedı nemzedék: egyidejőleg több nemzedék vesz részt az utódok létrehozásában.
Exponenciális (korlátlan) növekedés Az élılények jelentıs része sok rovar, egynyári növények az egyszeri szaporodás után elpusztulnak. (Ezzel teljesül a diszkrétség feltétele.) Ebben az esetben a populációk egyedszámának változása diszkrét lépésekbıl tevıdik össze, és egyszerő egyenlettel leírható. N 1 =N o * R o, ahol N 1 : az utódgeneráció populáció mérete N o : a szülıgeneráció populáció mérete R o : nemzedékenként nettó szaporodási ütem Ha R=1: a populáció újratermeli magát R > 1: a populáció méret nı R <1: a populáció méret csökken
Ökológiai modellek II. 20. lecke
Folyamatosan szaporodó élılények esetén a szaporodó nemzedékek nem különíthetıek el, ebben az esetben az egyedszám változást a következı egyenlet írja le: dn / dt = rn, ahol dt: tetszıleges idı N: egyedszám r: a populáció belsı növekedési rátája (r = b d) Egyenletet integrálva: N t = N o * e rt
Logisztikus (korlátos) növekedés A valóságban egy populáció növekedése korlátlanul csak nagyon alacsony szaporodási ráta mellett valósulhat meg. A korlátlan szaporodásnak a forrástényezık hiánya szab határt, melyekért populáción belül intraspecifikus versengés indul. Ez a forráshiány a valóságban nemcsak a táplálékra, hanem a rendelkezésre álló területre, szaporodó odúkra stb. is kiterjed. Környezet eltartóképessége: az a populációméret, ahol a születési és a halálozási ráta megegyezik, a környezet eltartóképességének nevezzük (K).
A környezet eltartóképessége
A logisztikus görbét elemezve megállapíthatjuk, hogy kezdetben a populáció mérete exponenciális növekedést mutat, majd a függvény infelxiós (K/2) pontjától kezdve folyamatos csökkenést lehet tapasztalni a környezet eltartó képességéig, ahol a növekedés megáll (K).
Ha N>> M: a populáció növekedés a logisztikus görbét követi N megközelíti a kritikus értéket (M) az egyenlet utolsó tényezıje jóval kisebb lesz, mint 1: csökken a gyarapodás mértéke. N<M: az egyedszám csökkenni fog, végül a populáció kihal. A természetben megtalálhatunk olyan populációkat is, amelyeknél a populáció növekedés pillanatnyi értékét nem az aktuális, hanem x idıegységgel korábbi populációméret befolyásolja. (késleltetett sőrőségfüggés)
Késleltetett sőrőségfüggés Mikor alakul ki a természetben? Források pillanatnyi szintje egy korábbi populációméret fogyasztási aktivitását tükrözi. (Pl.: egy forrás nagyon hosszú regenerációs idıvel rendelkezik) Hosszú az egyedek juvenilis állapota (juvenilis állapot: nem szaporodó fiatal egyedek) A késleltetés általában a populáció destabilizációjához vezet, mert az egyedszám alakulása idıben eltolva nagyobb amplitudóval követi a környezeti tényezık változását.
Késleltetett sőrőségfüggés példa X = 0: Az egyedszám alakulása a logisztikus görbét követi X = 2: Ha a források a két évvel korábbi populáció méretet tükrözi, akkor az egyedszám csillapodó oszcillációval közelít K-hoz. X = 4: nagyobb amplitudójú ingadozás csak lassan csillapodik.
Életmenetek A populációk méretének modellezésével különbözı életmeneti sajátosságokat tudunk elkülöníteni. Sajátosságai: mennyi ideig él az egyed, milyen hosszú a juvenilis szakasza, hányszor szaporodik életében, stb. Ezek a sajátságok alapján az élılényeket két fı részre lehet osztani: R stratégisták: gyors növekedésőek, sok utódot hoznak létre, rövid életőek. Bizonytalan rövid ideig fennálló élıhelyeket népesítenek be. K stratégisták: állandó élıhelyeket népesítenek be, erıs versengés közepette is nagy populációméretet képesek fenntartani. Több energiát fordítanak az utódra, kevesebb utódot hoznak a világra.
Köszönöm a megtisztelı figyelmet!