ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СЕРГИЕВСКИЙ  ГУБЕРНСКИЙ  ТЕХНИКУМ

        (ГБОУ СПО СГТ)

учебно-методическое  пособие

Практикум  по  экологии  

Автор:

Преподаватель ГБОУ СПО

 Сергиевский губернский техникум

Дюбченко Наталья Юльевна

2013г

Содержание

Практическая работа №11

Определение состояния хвои сосны обыкновенной

для оценки загрязненности воздуха

Пояснительная  записка

Экологический практикум  по дисциплинам  естественнонаучного цикла  направлен  на расширение и углубление   знаний студента.  Для эффективного обучения студент должен овладеть не только теоретическими знаниями, но и практическими навыками.   По  дисциплинам  естественнонаучного цикла  содержится в основном теоретический материал, и только небольшое количество часов, отведено для практического изучения. Существует  много образовательных методик, позволяющих решить данную проблему.  Например,  выполнение  практических работ, которые могут стать  исследовательскими работами.  Это дает возможность для самостоятельного поиска решения той или иной проблемы, выработки творческого мышления. Студенты   изучают  теоретические понятия, законы, факты, но очень редко связывают их с окружающей средой.  Данный практикум  предполагает изучение экологических и биологических понятий, законов.   С помощью практических занятий, студенты    приобретают  навыки научного исследования, синтеза и анализа изучаемого материала.

 Цель данного  практикума  направлена на  формирование компетентности в сфере самостоятельной познавательной деятельности студентов  посредством практических занятий  на примере изучения  дисциплин  естественнонаучного цикла.  Он предусматривает межпредметные связи – биология, география, экологи, , математика.  После изучения темы, закрепление знаний осуществляется в ходе выполнения практических работ и решения задач.  Практикум  подготовлен в соответствии с дидактическими единицами Государственного образовательного стандарта и поможет студентам: глубже освоить теорию и практику. 

Он включает  в себя:  практические работы и  контрольно-измерительный материал. Данный материал можно применять на занятиях по биологии, естествознанию,  экологические основы природопользования и другие.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Исследование физиологических особенностей адаптации

организма к низким температурам

Цель: Изучить влияние низкой температуры окружающей среды на физиологические процессы организма и установить его адаптационные возможности.

Материалы и оборудование: Полиэтиленовый таз с холодной водой, тонометр, часы, ручка, линейка, тетрадь.

Теоретическое введение

Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни на нашей планете. Любой организм способен жить в пределах определенного диапазона температур. У всех теплокровных наружные слои тела образуют более или менее выраженную «оболочку», температура которой изменяется в широких пределах. Устойчивая температура характеризует лишь область локализации важных внутренних органов и процессов. Поверхностные же ткани выдерживают более выраженные ее колебания. При снижении температуры среды усиливается процесс метаболизма теплокровных организмов и в качестве адаптивного ответа происходит сжатие поверхностных и расширение глубоколежащих сосудов, что приводит к консервации тепла.

Практическая часть

Физиологические особенности адаптации организма к низким температурам можно исследовать с помощью простой пробы  - опускания руки в воду со льдом. Эта проба позволяет исследовать адаптивную реакцию организма на интенсивное холодовое  раздражение.

Для проведения этого исследования необходимо выбрать из группы 3-4 студентов, родившихся и выросших в различных климатических условиях. После чего у первого из испытуемых измерьте систолическое и диастолическое давление, а затем он погружает руку до кисти в холодную воду со  льдом. Через 3 минуты еще раз измерьте у него давление, и он снова погружает руку в лед. Еще спустя 3 минуты испытуемый окончательно должен извлечь руку из холодной воды, и необходимо еще раз измерить его давление. Делайте измерение давления каждые 3 минуты до тех пор, пока определяемые величины не вернутся к исходным. Все зарегистрированные по ходу работы данные записывайте. Аналогичные исследования проведите для других испытуемых.

По всем полученным результатам постройте графики, откладывая по одной оси  уровень систолического артериального давления в мм рт.ст., а по другой оси  время в трехминутных интервалах. Сравните полученные графики, сделайте заключение по проведенной работе.

В теории у студентов систолическое давление при холодовом раздражении может повышаться на 20-40 мм рт.ст. При этом у лиц, привыкших к холодному климату, в целом реакция менее выражена, а нормализация значений артериального давления происходит быстрее. 

Контрольные вопросы

1.    На какие две группы делятся все живые организмы по адаптации к температурному фактору?

2.    Приведите примеры обратимой гипотермии. В чем ее биологическое значение?

3.    В чем проявляются анатомо-морфологические особенности теплокровных животных при воздействии низкой температуры окружающей среды (правило Аллена, 1877)?

4.    Приведите 1-2 примера на климатическое правило Бергмана (1847).

5.    Почему медицинские инструменты стерилизуют не путем промораживания, а кипячением или нагреванием в автоклавах при высоком давлении?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2      

   Тема: «Среды обитания»

1.Дайте определение понятия - экология.

2.Опишите особенности характерные для обитателей:

• наземно-воздушной среды 1-вариант.
• водной среды 2-вариант

 Какие приспособления появились у животных обитающих в этой среде.

3. Заполните таблицу, перечислите «Факторы среды обитания»

4.Определите к каким факторам среды (абиотическим, биотическим, антропогенным) можно отнести:

• Хищничество. Вырубку лесов.   Влажность воздуха.   Температура воздуха. Паразитизм.  Свет. Строительство зданий. Давление воздуха. Конкуренция. Соленость воды. Выбросы газа заводами. Пожар в лесу.   Загрязнение водоёмов.

5. В каждом из предложенных примеров, выберите фактор, который будет ограничивающим:

• Для растений в океане на глубине 6000м: вода, температура, соленость, свет
• Для кабана зимой в северной тайге: высота снежного покрова, свет, температура.
• Для растений в пустыне летом: вода, температура, свет.
• Для скворца зимой в лесу: свет, температура, пища, кислород, влажность

6.Объясните, почему птицы и млекопитающие переносят низкую внешнюю температуру легче, чем высокую.

7.Объясните, почему на поверхности водоёмов живут растения преимущественно зелёной окраски, а на морских больших глубинах - красной.

6. Из заданного списка выпишите тех животных, которых относят:

Дельфин, белка, тушканчик, кенгуру, серая акула, антилопа, крот, сокол-сапсан, тюлень, куница, кальмар, гепард, лошадь, стрекоза, рыба тунец, оса, землеройка.

Практическая работа №3   тема Факторы среды

   ВАРИАНТ №1

1.      Экология это наука____________________________________________________

2.      Среда обитании это______________________________________________________

3.      Заполнить схему,   и кратко запишите  каждую группу экологических факторов.

Задание №1 Температурный фактор является одним из наиболее значимых в природе. На рисунке  изображен график зависимости численности семиточечной божьей коровки от температуры окружающей среды.

Рис. Зависимость численности семиточечной божьей коровки от температуры окружающей среды

Укажите:

  А. Температура, оптимальная для этого насекомого.

 Б. Диапазон температур зоны оптимума.

 В. Диапазон температур зоны пессимума (угнетения).

 Г. Две критические точки.

 Д. Пределы выносливости вида.

Задание №2. Перед вами график зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от двух факторов: влажности и температуры. (график изображен с разных сторон)

рис №2

 Используя рисунок №2, подумайте и запишите, в каком из районов опасность размножения яблоневой плодожорки выше: в районе со средними летними температурами от 20 до 25° С и относительной влажностью 70—90% или в районе со средними летними температурами от 30 до 35°С и влажностью 30—40%. 

 Используя рисунок № 2 , постройте   график  зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от действия температуры при относительной влажности 80%  (1-вариант ) и 30%.(2 -вариант)

Объясните, почему эти графики отличаются друг от друга. Объясните, почему все графики зависимости численности (или смертности) от фактора среды будут иметь вид колоколообразной кривой:

ВАРИАНТ №2

4.      Экология это наука____________________________________________________

5.      Факторы среды  это______________________________________________________

6.      Заполнить схему,   и кратко запишите  каждую группу экологических факторов.

Задание №1 Температурный фактор является одним из наиболее значимых в природе. На рисунке  изображен график зависимости численности колорадского жука от температуры окружающей среды.

Рис. Зависимость численности колорадского жука  от температуры окружающей среды

Укажите:

  А. Температура, оптимальная для этого насекомого.

 Б. Диапазон температур зоны оптимума.

 В. Диапазон температур зоны пессимума (угнетения).

 Г. Две критические точки.

 Д. Пределы выносливости вида.

Задание №2. Перед вами график зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от двух факторов: влажности и температуры. (график изображен с разных сторон)

рис №2

 Используя рисунок №2, подумайте и запишите, в каком из районов опасность размножения яблоневой плодожорки выше: в районе со средними летними температурами от 20 до 25° С и относительной влажностью 70—90% или в районе со средними летними температурами от 30 до 35°С и влажностью 30—40%. 

 Используя рисунок № 2 , постройте   график  зависимости смертности куколок яблоневой плодожорки от действия температуры при относительной влажности 80%  (1-вариант ) и 30%.(2 -вариант)

Объясните, почему эти графики отличаются друг от друга. Объясните, почему все графики зависимости численности (или смертности) от фактора среды будут иметь вид колоколообразной кривой:

Практическая работа №4       

   Тема: «Популяция и её характеристики»

1.Дайте определение понятия – популяция. Какие показатели характерны для популяции.

2. Выберите верную оценку плотности населения популяции:

а) 20 особей

б) 20 особей на гектар

в) 20%

г) 20 особей в год

3.Выберите единицу измерения, которая оценивает показатель рождаемости или смертности:

а) 100 особей в год

б) 100 особей

в) 100 особей на гектар

г) 100

4.Постройте возрастную пирамиду:

1-вариант

Популяцию лисиц обыкновенных, если известно: 25% составляют лисы родившиеся летом этого года, 15% -двухлетки, 40%-трёхлетки, 10% старше четырёх лет, 5% старше пяти. Какая это популяция (стабильная, растущая, сокращающаяся)

2-вариант

 Популяцию лисиц обыкновенных, если известно: 35% составляют лисы родившиеся летом этого года,25% -двухлетки, 30 %-трёхлетки, 40% старше четырёх лет,  10% старше пяти лет. Какая это популяция (стабильная, растущая, сокращающаяся)

5.Из приведённого списка факторов выберите те, которые будут способствовать росту численности популяции:

Обилие пищи, болезни,  обилие паразитов, отсутствие хищников, обилие конкурентов, низкая плотность, высокая плотность, нехватка территории, неблагоприятные климатические условия, избыток территории, благоприятные климатические условия.

6.Из приведённого списка факторов выберите те, которые будут способствовать снижению роста популяции:

Обилие пищи, болезни, обилие паразитов, отсутствие хищников, обилие конкурентов, низкая плотность, высокая плотность, нехватка территории, неблагоприятные климатические условия, избыток территории, благоприятные климатические условия.

7. На территории площадью 100км ежегодно производили частичную рубку леса. На момент создания заповедника было отмечено 50 лосей. Через 5лет численность лосей увеличилась до 650 голов. Ещё через 10лет количество лосей уменьшилось до 90 голов и стабилизировалось в последующие годы до 80-110голов. Определите численность и плотность поголовья лосей:

• На момент создания заповедника.
• Через 5 лет после создания заповедника
• Через 15 лет после создания заповедника.

8. Постройте график изменения заготовок шкурок зайца-беляка на Европейской части России последовательно за 27 лет.  На одной оси расположите года от1-27 , на другой объем заготовок в баллах.   1год-2б,          2год- 1б,        3год -2б,    4год -3б,     5год -3б,    6год -4б    7год -5б,  

8год -15б,     9год -30б,     10год- 80б,     11год -100б.    12год -60б,   13год -55б,   14год -0б,  

15год -1б,     16год -1б,      17год -1б,    18год -2б,     19год -8,б   20год -90б,   21год -100.б 

 22год -100 б   23год -130б,       24год -10б,     25год -2б.      26год -1б,       27год -2б.

Сколько лет длится один цикл в динамике.

Какой прогноз для заготовок шкурок будет более точным:

• На один год вперед
• Средний на 5лет
• Средний на 10лет

Учет плотности популяции.

Как можно рассчитать, сколько растений и животных находится в пределах данной площади.  Определить количество видов в популяции возможно методом вторичного отлова. Его можно применить, взяв вместо животных семена бобов.

Ход работы:

1. Насыпьте в емкость или непрозрачную банку сухие семена фасоли.

2. Возьмите 10 бобов и пометьте их лаком или чернилами.  Если у вас белые бобы можно их смешать с10 красными и наоборот, если они красные, то добавить 10 белых. Смешайте все бобы вместе и помеченные и не помеченные.

3. Выньте из банки наугад 10 бобов. Посчитайте сколько вам попалось помеченных бобов и запишите их в таблицу. Если помеченных не попалось запишите 0. Положите бобы обратно в банку и перемешайте.

4. Подсчитайте процент помеченных бобов. Разделите число помеченных бобов на число вынутых  т.е.10, умножьте на 100. Данные запишите в таблицу. Например, если у вас из 10 вынутых помеченными оказались 2, они будут составлять 20%

5. Повторяйте вынимать бобы около 50-100раз.  Чем больше вы вынимаете бобы, тем данные будут точнее. Записывайте данные в таблицу.

6. Подсчитайте средний процент отмеченных бобов.  Для этого сложите все числа отмеченных бобов и разделите на количество измерений.

7. Подсчитайте общее число бобов, использованных в попытках.

8. Подсчитайте общее число бобов в банке. Для этого разделите общее число  использованных в попытках бобов на средний % помеченных бобов и умножьте на 100. Например, если средний % составляет 33%, всего было 8 попыток, в них мы брали по 10 бобов, т.е. всего их  80. Значит 80:33% *100=242 боба.

9. Пересчитайте все бобы в банке. Насколько точен был расчет. Чем больше вы проведете подсчетов, те точнее определяется истинное число бобов в банке.

10.  В выводе запишите следующие показатели:

• Средний процент помеченных бобов-
• Общее число бобов использованных всего-
• Подсчитанное число бобов в банке (рассчитанное по формуле) -
• Истинное число бобов в банке. -

Практическая работа №5

1-вариант   Тема: «Биотические взаимоотношения организмов»

1.Назовите типы биотических отношений, которые чаще всего проявляются в природе при взаимодействии следующих пар организмов. Начертите таблицу и впишите в неё ответы.

2. Из предложенного списка составьте пары организмов, которые в природе могут конкурировать между собой,  названия организмов можно использовать один раз.

Ель,  волк,  василек,  гадюка, полевая мышь, олень, пшеница,  ворона, лисица, грач, хомяк, горностай, лось, береза.

3. Сформулируйте определения:

Паразитизм  -       Хищничество -         Квартиранство –

4. Какие приспособления к хищничеству появились у животных. Какова положительная роль хищничества. Каковы отрицательные последствия уничтожения хищников. Какие инстинкты и приспособления для ловли добычи наблюдаются у кошек и собак.

5.Назовите типы биотических взаимоотношений (паразитизм, фильтрация, хищничество), которые могут возникать между следующими парами организмов.

6. Способы защиты организмов от хищников условно можно разделить на три группы. Заполните таблицу, вписывая номера предлагаемых вариантов защиты напротив каждого из групп.

Варианты защиты:

1. Сооружение убежищ или создание естественных укрытий
2. Несъедобность, ядовитость, при опробовании
3. Покровительственная форма и окраска
4. Жертва обладает крупными размерами тела
5. Миграции из мест, обильных хищниками
6.  Обладание панцирем, раковиной, шипами, иглами
7. Выбрасывание защитных веществ
8. Оповещение других особей о приближении хищника
9. Предупреждающая окраска, запах, звук
10.  Затаивание.
11. Самокалечение
12. Бегство
13. Активная защита, при борьбе с хищником.

2-вариант

 Тема: «Биотические взаимоотношения организмов»

1.Назовите типы биотических отношений, которые чаще всего проявляются в природе при взаимодействии следующих пар организмов. Начертите таблицу и впишите в неё ответы.

2. Из предложенного списка составьте пары организмов, которые в природе могут вступать во взаимовыгодные отношения между собой названия организмов можно использовать один раз.

Пчела,  гриб подберезовик, актиния, дуб, береза, рак-отшельник, осина, сойка, клевер,

 гриб-подосиновик, липа, бактерии.

3. Сформулируйте определения:

      Хищничество -       Конкуренция -       Нахлебничество -

4. Какие приспособления к паразитизму появились у животных. Чем отличается паразитизм от хищничества.  Какую роль играют промежуточные и основные хозяева в распространении паразитов. Какую роль играют в распространении паразитов домашние животные.

5.Назовите типы биотических взаимоотношений (хищничество,  собирательство, пастьба) которые могут возникать между следующими парами организмов.

6. Способы защиты организмов от хищников условно можно разделить на три группы. Заполните таблицу, вписывая номера предлагаемых вариантов защиты напротив каждого из групп.

Варианты защиты:

1. Сооружение убежищ или создание естественных укрытий
2. Несъедобность, ядовитость, при опробовании
3. Покровительственная форма и окраска
4. Жертва обладает крупными размерами тела
5. Миграции из мест, обильных хищниками
6.  Обладание панцирем, раковиной, шипами, иглами
7. Выбрасывание защитных веществ
8. Оповещение других особей о приближении хищника
9. Предупреждающая окраска, запах, звук
10.  Затаивание.
11. Самокалечение
12. Бегство
13. Активная защита, при борьбе с хищником.

Практическая работа №6

1-вариант 

 Тема: «Организация и функционирование сообществ»

1.Сформулируйте определение, что называется экосистемой.

2.  Выберите 4 компонента,  которые входят в состав экосистемы:

 бактерии, животные, консументы,   грибы, климат,

 редуценты,  растения, продуценты, вода, почва.

3. Приведите примеры естественных экосистем.

4. Найдите соответствие между определением и его характеристикой:

    1.Консументы                                 а) потребители

    2.Продуценты                                 б) разрушители

    3.Редуценты                                    в) производители

5.  Из перечисленных названий организмов выберите и выпишите в столбик: 

продуценты, консументы,  редуценты.

Медведь,  бык, дуб, белка, подосиновик, шиповник, скумбрия, жаба, ленточный червь,

гнилостные бактерии,  баобаб, капуста, кактус, пенницил,  дрожжи.

6.Выберите из списка названия животных, которые можно отнести к консументам первого порядка (травоядные):

7. Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих пищевых цепей:

• Нектар цветов -  муха - ? -  синица
• Трава-кузнечик - ? - уж - ?

8.Составьте цепь питания характерную для болот. В неё входят:   лягушка, комар, стрекоза, уж, водный детрит (органические вещества).  Укажите,  какие компоненты данной цепи наиболее часто встречаются в других цепях.

9.Постройте схему пищевой сети, включив в неё организмы:

волк, лисица, сова, уж, ястреб, лягушка, заяц, мышь,

 паук, дуб, мухоловка, короед, дятел, муха, божья коровка.

10. Зная правило десяти процентов, рассчитайте сколько понадобится фитопланктона, чтобы выросла одна щука весом 12кг. (пищевая цепь: фитопланктон – зоопланктон - мелкие рыбы - окунь-щука). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.

2-вариант   

Тема: «Организация и функционирование сообществ»

1.Сформулируйте определение, что такое экосистема.

2.  Выберите 4 компонента,  которые входят в состав экосистемы:

 бактерии, животные, консументы,   грибы, климат,

 редуценты,  растения, продуценты, вода, почва.

3. Приведите примеры искусственных экосистем.

4. Найдите соответствие между определением и его характеристикой:

    1.Консументы                                 а) потребители

    2.Продуценты                                 б) разрушители

    3.Редуценты                                    в) производители

5.  Из перечисленных названий организмов выберите и выпишите в столбик:  продуценты, консументы,  редуценты.

Медведь,  бык, дуб, белка, подосиновик, шиповник, скумбрия, жаба, ленточный червь,

гнилостные бактерии,  баобаб, капуста, кактус, пенницил,  дрожжи.

6.Выберите из списка названия животных, которые можно отнести к консументам второго порядка (плотоядные):

7. Назовите организмы, которые должны быть на пропущенном месте следующих пищевых цепей:

• Трава-кузнечик - ? - уж - ?
• Трава-кролик -  ?

8.Составьте цепь питания характерную для аквариума. В неё входят:  водоросли, простейшие, дафнии, моллюски, рыбы, бактерии.  Объясните, почему исключение из этой экосистемы моллюсков и простейших приводит к резкому нарушению её равновесия.

9.Постройте схему пищевой сети, включив в неё организмы:

травы, кролик, почвенные грибы, ягодный кустарник, жук, паук,

 воробей, ястреб, волк, заяц, кузнечик, уж, сова, лиса, мышь.

10. Зная правило десяти процентов, рассчитайте сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один медведь весом 350кг. (пищевая цепь: фитопланктон – зоопланктон - мелкие рыбы -лосось-медведь). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Биоиндикация качества окружающей среды с использованием древесных растений.

Цель: определить степень загрязнения городской среды с помощью биоиндикационных показателей.

Материалы и оборудование: линейка, циркуль, транспортир, полиэтиленовый пакет, ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

В основе биоиндикации лежат реакции организмов на воздействие факторов окружающей среды. Антропогенные воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, с другой – обуславливают антропогенную модификацию уже имевшихся природных факторов и тем самым изменение свойств биологических систем. Если эти новые параметры значительно отклоняются от соответствующих исходных величин, то возможна биоиндикация. Соответственно, организмы, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться при их оценке, называются биоиндикаторами.

При биоиндикации изменение биологических систем всегда зависит как от антропогенных, так и от природных факторов среды. Они реагируют на воздействие среды в целом в соответствии со своей предрасположенностью, то есть, такими внутренними факторами, как условия питания, возраст, генетически контролируемая устойчивость и уже присутствующие нарушения. Интенсивность воздействия факторов окружающей среды на организмы различна, также как и различны по своим свойствам сами организмы. Реакция каждого биологического объекта индивидуальна и зависит от интенсивности, вида, времени и других показателей воздействия.

Одним из биоиндикационных показателей трансформации окружающей среды и ее воздействия на живой организм является нарушении симметрии. Состояние природных популяций билатерально симметричных организмов может быть оценено через анализ величины флуктуирующей ассиметрии, характеризующей мелкие ненаправленные нарушения стабильности развития и являющиеся интегральным ответом организма на состояние окружающей среды.  Исходным является положение, что минимальный уровень флуктуирующей ассиметрии должен иметь место лишь при оптимальных условиях развития. При стрессовых воздействиях этот показатель возрастает, отражая отклонения в процессе онтогенеза. Предполагается известной генетически заданная норма развития, а любые отклонения признака от симметричности означают отклонения от этой нормы.

Растения, как продуценты экосистемы, в течении всей жизни привязанные к локальной территории и подверженные влиянию двух сред: почвенной и воздушной, наиболее полно отражают весь спектр стрессирующих воздействий на систему. Биоиндикационные показатели отражают реакцию организма на все многообразие действующих на него факторов. Наиболее чувствительными из высших растений к атмосферным изменениям, связанным с влиянием антропогенных факторов  считаются хвойные (кедр, сосна, ель). Распространенность сосновых лесов в России обуславливает выбор этого объекта в качестве биоиндикатора загрязнения воздуха. Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а так же продолжительность жизни хвои.

В целом, биоиндикационные методы являются весьма эффективными при оценке экологического состояния территории, поскольку живые системы очень чувствительны к изменениям внешней среды и обладают свойством реагировать раньше, чем эти изменения станут очевидными.  Преимущества биоиндикаторов состоит в том, что они суммируют все биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом; устраняют трудную задачу применения дорогостоящих методов исследования; исключают невозможность регистрирования залповых и кратковременных выбросов токсикантов; указывают пути  и места скопления в экосистемах различного рода загрязнений; позволяют судить о степени вредности веществ для живой природы и т.д.

Оценка стабильности биологических систем любого уровня крайне необходима, особенно для определения степени антропогенного воздействия.

Практическая работа №8

Продолжение

Оценка экологического состояния окружающей среды по показателям  асимметрии морфологических признаков  листьев березы 

Цель работы: провести численную оценку асимметрии листовых пластинок березы повислой и на основе этого показателя определить качество здоровья среды для данного вида

Оборудование: штангенциркуль, коробка для взятия образцов листьев, планшет, бумага, калбкулятор.

Сроки сбора материала

Проводить сбор материала можно после завершения интенсивного роста листьев до периода опадения листвы, что в средней полосе примерно соответствует периоду с конца мая до конца августа. Сбор листьев должен проводиться с растений, находящихся в примерно одинаковых экологических условиях по уровню освещенности, влажности, типу биотопа. Например, одна из площадок сбора не должна находиться на опушке, а  другая в лесу. Для  анализа используют только средневозрастные растения, избегая молодые экземпляры и старые.

Объем выборки.

Сбор листьев производится с 10 близко растущих деревьев - по 10 листьев с каждого дерева, всего - 100 листьев с одной площадки. Следует брать несколько больше листьев с площадки, на случай попадания поврежденных листьев. Повреждённые листья могут быть использованы в исследовании, только в том случае, если не затронуты участки, с которых будут сниматься значения промеров. Однако  во избежание ошибок поврежденные листья лучше не брать. Каждая выборка должна включать в себя 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Листья с одного растения хранятся отдельно, для того, чтобы в дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой особи (собранные с одного дерева листья связывают за черешки). Все листья, собранные для одной выборки, необходимо сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку. В этикетке указать номер выборки, место сбора (делая максимально подробную привязку к местности), дату сбора.

Выбор деревьев.

 При выборе деревьев важно учитывать, во-первых, четкость определения принадлежности растения к исследуемому виду. По данным некоторых авторов береза повислая  способна скрещиваться с другими видами берез, образуя межвидовые гибриды, которые обладают признаками обоих видов,  листья должны быть собраны с растений, находящихся в сходных экологических условиях (учитывается уровень освещенности, увлажнения и т.д.). Рекомендуется выбирать деревья, растущие на открытых участках (полянах, опушках), т.к. условия затенения являются стрессовыми для березы и существенно снижают стабильность развития растений. В-третьих, при сборе материала должно быть учтено возрастное состояние деревьев.

Сбор листьев с растения.

Сбор материала следует проводить после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля). У березы повислой собирают листья из нижней части кроны дерева с максимального количества доступных веток равномерно вокруг дерева. Размер листьев должен быть сходным, средним для данного растения. Поврежденные листья могут быть использованы для анализа, если не затронуты участки, с которых будут сниматься измерения. С растения собирают несколько больше листьев, чем требуется, на тот случай, если часть листьев из-за повреждений не сможет быть использована для анализа. Листья берутся из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток. При этом стараются задействовать ветки разных направлений, условно - с севера, юга, запада и востока. У березы берут листья только с укороченных побегов.  Листья стараются брать примерно одного, среднего для данного вида размера. Если в местности, где выполняется данная исследовательская работа, нет берез, в качестве объекта можно использовать другие виды листопадных деревьев.  Листья с одного дерева связывают ниткой по черешкам и складывают в пакеты для транспортировки на базу.  Каждый пакет снабжается этикеткой, на которой указывают: дату, место сбора (делая максимально подробную привязку на местности) и номер площадки, а также автора (авторов) сбора.

Подготовка и хранение материала.

 Для непродолжительного хранения собранный материал можно хранить в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника (максимальный срок хранения – 1 неделя). Для длительного хранения надо зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать. Собранный материал желательно начать обрабатывать сразу же, пока листья не завяли. 

Ход работы:

При выполнении исследований выполняют следующие операции. Для измерения лист березы помещают пред собой брюшной (внутренней) стороной вверх. Брюшной стороной листа называют сторону листа, обращенную к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа (рис. 1).

Рисунок 1. Схема морфологических признаков, использованных для оценки стабильности развития березы повислой (Betula pendula)

1-     ширина левой и правой половинок листа.

Для измерения лист  складывают пополам, совмещая верхушку с основанием листовой пластинки.

Потом разгибают лист и по образовавшейся складке измеряется расстояние от границы центральной жилки до края листа.

2 - длина жилки второго порядка, второй от основания листа.

3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.

4 - расстояние между концами этих же жилок.

5 - угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Для исследований требуются циркуль-измеритель, линейка и транспортир. Промеры 1 - 4 снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками (признак 5) измеряется транспортиром. Для этого центр основания окошка транспортира совмещают с точкой ответвления второй жилки второго порядка от центральной жилки. Эта точка соответствует вершине угла. Кромку основания транспортира надо совместить с лучом, идущим из вершины угла и проходящим через точку ответвления третьей жилки второго порядка. Второй луч, образующий измеряемый угол, получают, используя линейку. Этот луч идет из вершины угла и проходит по касательной к внутренней стороне второй жилки второго порядка. Результаты исследований заносятся в таблицу

 Пример обработка и оформление результатов исследований

Для мерных признаков величина асимметрии у растений рассчитывается как различие в промерах слева и справа, отнесенное к сумме промеров на двух сторонах. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса мерных признаков является средняя величина относительного различия между сторонами на признак. Этот показатель рассчитывается как среднее арифметическое суммы относительной величины асимметрии по всем признакам у каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. Такая схема обработки используется для растений. В таблицах 1-2 на примере березы приводится расчет средней относительной величины асимметрии на признак для 5 промеров листа у 10 растений.

Таблица 1. Образец таблицы для обработки данных по оценке стабильности развития с использованием мерных признаков (промеры листа).

1. Сначала для каждого промеренного листа вычисляются относительные величины асимметрии для каждого признака. Для этого модуль разности между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров:

ïL-Rï/ïL+Rï,

Например: Лист №1 (таблица 1), признак 1

ïL-Rï/ïL+Rï= ï18-20ï/ï18+20ï=2/38=0,052

Полученные величины заносятся во вспомогательную таблицу  2 в графы 2 – 6.

2. Затем вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков.

Например, для листа 1 (см. табл. 2): (0,052+0,015+0+0+0,042)/5=0,022

3. На последнем этапе вычисляется интегральный показатель стабильности развития - величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычисляют среднюю арифметическую всех величин асимметрии для каждого листа (значений графы 7). Это значение округляется до третьего знака после запятой. В нашем случае искомая величина равна:

(0,022+0,015+0,057+0,061+0,098+0,035+0,036+0,045+0,042+0,012)/10=0,042

Таблица 2. Образец вспомогательной таблицы для расчета интегрального показателя флуктуирующей асимметрии в выборке (пример заполнения таблицы).

Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития (величина среднего относительного различия между сторонами на признак) определяется по t - критерию Стьюдента.  Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя разработана балльная шкала. Диапазон значений интегрального показателя асимметрии, соответствующий условно нормальному фоновому состоянию, принимается как первый балл (условная норма). Он соответствует данным, полученным в природных популяциях при отсутствии видимых неблагоприятных воздействий (например, на особо охраняемых природных территориях).

   Таблица №3 Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для березы повислой

(Betula pendula).

 Таблица №4 Пример оценки степени нарушения стабильности развития для березы повислой.

Самое сильное влияние негативных факторов наблюдается на территории промышленных предприятий, что вполне логично.  Однако на той же территории были обнаружены деревья с относительно удовлетворительным экологическим состоянием, что свидетельствует об улучшении экологической обстановки в этой зоне.  Значительное влияние негативных факторов наблюдается на территории колледжа,  что связано с большой загруженностью автотранспортом и малым количеством зеленых насаждений.  Среднее влияние негативных факторов наблюдается на  улице Парковой.  В связи с большим количеством зеленых насаждений влияние негативных факторов снижено слабое влияние негативных факторов наблюдается  в парке п. Суходол.  Относительно удовлетворительное состояние наблюдается на контрольном  участке – деревне.

Практическая работа № 9

Биоиндикация с помощью оценки морфологических признаков у рыб.

Сбор материала. Выборки должны состоять из особей сходного возраста. При изучении взрослых рыб необходимо учитывать, что полученные оценки уровня флуктуирующей асимметрии отражают воздействие среды на момент формирования исследованных признаков. Оценку ситуации на текущий момент позволит получить анализ выборок сеголеток. Рекомендуемый объем выборки - 20 особей.

Подготовка и хранение материала. Для анализа лучше всего использовать свежепойманную рыбу. Хранить материал удобно в замороженном виде. Можно фиксировать рыбу в 4% формалине или 70% этаноле. Следует избегать длительного хранения материала, так как при этом возможно нарушение чешуйчатого покрова и некоторых других структур.

·         лещ - Abramis brama Linne, 1758

·         плотва - Rutilus rutilus Linne, 1758

·         речной окунь - Perca fluviatilis Linne, 1758

·         щука - Esox luceus Linne, 1758

·         карась золотой - Carassius carassius Linne,1758

·         серебряный карась - Carassius auratus Bloch,1783

·         бычок зеленчак - Zosterisessor ophiocephalus Pallas, (= Gobius ophiocephalus), 1811

Для оценки уровня стабильности развития при ихтиологических исследованиях используется 6-8 легко учитываемых признаков,  таких как,  число лучей парных плавников, число тычинок на первой жаберной дуге (дополнительно можно учитывать тычинки и на остальных жаберных дугах), число чешуй в боковой линии и др.

На рис. 1 приведена система морфологических признаков, используемая для оценки стабильности развития леща и плотвы.

Рисунок 1. Схема морфологических признаков леща (Abramis brama) и плотвы (Rutilus rutilus)* для оценки стабильности развития.

1-7 - меристические признаки:

1 - число лучей в  грудных плавниках;

2 - число лучей в брюшных плавниках;

3 - число лучей в межжаберной перегородке;

4  - число жаберных тычинок на 1-й жаберной дуге;

5  - число глоточных зубов;

6 - число чешуй в боковой линии;

7 - число чешуй боковой линии, прободенных сенсорными канальцами.

* У плотвы не учитывается признак 5 в связи с направленностью асимметрии этого признака.

У ряда видов (например, у щуки) учитывают количество хемипор на разных участках головы, а у окуня, кроме того, учитывают число шипов (выростов) на преджаберной крышке. Для учета всех признаков необходим бинокуляр.

Для счетных признаков величина асимметрии у каждой особи определяется по различию числа структур слева и справа. Интегральным показателем стабильности развития для комплекса счетных признаков является средняя частота асимметричного проявления на признак. Этот показатель рассчитывается как среднее арифметическое числа асимметричных признаков у каждой особи, отнесенное к числу используемых признаков. В этом случае не учитывается величина различия между сторонами, а лишь сам факт асимметрии. За счет этого устраняется возможное влияние отдельных сильно отклоняющихся вариантов. В таблице 3 дан пример расчета средней частоты асимметричного проявления для 6 счетных признаков у 10 особей.

Таблица 1. Образец таблицы для обработки данных по оценке стабильности развития с использованием счетных признаков.

п, л – соответственно, значение признака справа и слева

*А - число асимметричных признаков

n – число признаков

Обработку небольших выборок (20-30 особей) можно производить вручную, получая при этом обобщенный по всем признакам показатель, удобный для сравнения с другими выборками. Статистическая значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития (частота асимметричного проявления на признак) определяется по t- критерию Стьюдента. Балльная система оценок по величине интегральных показателей стабильности развития разработана для рыб, земноводных и млекопитающих и приводится ниже в соответствующих разделах (См. ниже).

Рыбы

Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для рыб.

Практическая работа №10

       Качественная оценка загрязнённости воздуха с помощью лишайников.

        Одним из перспективных объектов биоиндикации являются лишайники. Они распространены по всему земному шару и могут служить объектом мониторинга на разных уровнях. Тело лишайника состоит из гриба и одноклеточных водорослей, которые находятся в симбиозе. По строению слоевища лишайники делятся на три группы: накипные,  листоватые, кустистые. Лишайники высокочувствительны к загрязнению окружающей среды. Для лишайников безвредны тяжёлые металлы, а также радиоактивные изотопы.

      Причина, по которой лишайники так  чувствительны к воздушному загрязнению, заключается в особенностях их строения и жизнедеятельности. Важно помнить, что лишайник-это это целое сообщество. У них нет корней и проводящей системы. Поэтому они дышат всей поверхностью тела, а соответственно и впитывают, как губка все загрязняющие вещества. Считается, что наиболее чувствительны к загрязнению воздуха кустистые лишайники, а наиболее устойчивы накипные виды. В целом оценка загрязнённости воздуха основана на следующих закономерностях: чем сильнее загрязнён воздух, тем меньше встречается видов лишайников (вместо десятков 1-2). Тем меньшую площадь они покрывают на стволах деревьев. При загрязненности первыми исчезают кустистые лишайники, за ними накипные, последние листоватые.  Используя эту закономерность можно оценить загрязнение воздуха.  Лишайники относятся к организмам наиболее чувствительных к изменению условий внешней среды, прежде всего к загрязнению атмосферного воздуха. На этом их качестве и основывается метод лихеноидикации. 

Ход работы:

1. Выберите несколько различных участков на территории техникума.

2. Разбейте выбранную территорию на площадки 10-10м или 100-100м

3. В каждом квадрате выберите 2-4 здоровых дерева, 10 на территории парка. Лучше выбрать вид, который наиболее распространен на данной территории.

4. Проведите  оценку степени покрытия древесного ствола высоте 30-150см, используя рамку.

Наложите её на наиболее покрытую лишайниками часть коры, определите степень покрытия в %.

Таблица № 1

Таблица №2 Оценка частоты встречаемости и степени покрытия по 5-балльной шкале

Используя  таблицу № 2

1. Выделите средние показатели жизнеспособности каждого типа лишайников

2. Проведите расчет средних баллов встречаемости и покрытия каждого типа лишайников

Накипные – (Н),    Листоватые - (Л),     Кустистые - (К)

3. Зная средние баллы встречаемости и покрытия для  – (Н) - (Л) - (К), вычислите показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле: ОЧА= ( Н+2Л+3К):30

4. Чем выше ОЧА (Ближе к 1) тем чище воздух.

Таблица №3    Оценка чистоты воздуха при помощи  лишайников

Таблица №4   средние значения для всей территории

 Оценка загрязнённости воздуха с помощью лишайников.

На различном расстоянии от автодороги

Оборудование:  картон (50-50 мм),  скотч, срезы лишайников с корой,  клей.

План работы:

1. Аккуратно подготовьте 4-6 срезов  коры с деревьев с одинаковыми по размерам лишайниками одного вида, прикрепите их к  картону.

2. Прикрепите с помощью скотча картон с лишайниками к деревьям на различных расстояниях от дороги, промышленного предприятия. Контрольный кусочек прикрепите в условно чистом виде.

3. проведите наблюдения за изменениями размеров, форм и цвета лишайников, оформите таблицу. Сделайте выводы.

 Оценка загрязнённости воздуха с помощью лишайников на различной высоте от поверхности земли.

Оборудование:  картон (50-50 мм),  скотч, срезы лишайников с корой, клей.

План работы:

1. Подготовьте 8-10 срезов  коры с лишайниками одного вида, прикрепите их к  картону с помощью скотча    и  к периллам балконов на различной высоте, в районе промышленного предприятия и условного чистого дома.

3. Проведите наблюдения за изменениями размеров, форм и цвета лишайников, оформите таблицу. Сделайте выводы. 

Практическая работа №11

 Определение состояния хвои сосны обыкновенной  

для оценки загрязненности воздуха

На незагрязненных территориях основная масса хвои сосны здорова, не имеет повреждений и лишь малая часть хвоинок имеет светло-зеленые пятня  и некротические точки микроскопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В загрязненной атмосфере проявляются повреждения и снижается продолжительность жизни хвои сосны.

Методика определения состояния хвои:  выбрать конкретные участки, контрастные по уровню атмосферного загрязнения – вблизи автодорог, предприятий и т.д.  С ветвей 5-10 деревьев отбирают побеги. С них отбирают всю хвою и визуально исследуют ее состояние.

Ход работы:

Выбрали участки леса вблизи автодорог – участок на территории техникума,  а также участок в парке. С 10  деревьев собрали хвою – 50 штук. Визуально сделали анализ их состояния.  Результаты исследования занесли в таблицу.

Таблица №1 Пример повреждение и усыхание хвои сосны обыкновенной в разных зонах

Чувствительной к техногенному загрязнению воздуха является продолжительность жизни хвои сосны (от 1 до 4-5 и более лет).

 С целью определения продолжительности хвои необходимо осмотреть не менее 20 деревьев  на каждом участке, но на территории парка и колледжа сосен очень мало, поэтому для измерения мы взяли то количество деревьев которое есть.  

Таблица №2  Пример продолжительность жизни хвои сосны обыкновенной

Вычисляем индекс продолжительности жизни хвои сосны по формуле:

Q = 3В₁ + 2В₂ + В₃

        В₁ + В₂ + В₃

Где В₁, В₂,В₃ – количество деревьев с данной продолжительностью жизни хвои.

Находим Q:

Q₁ = 3*7 + 2*2 + 1   = 2, 26

7 + 2 +1

Q₂ = 3*0 + 2*1 + 1   = 1, 5

        0 + 1 + 1

Qср = 2, 05

Определение состояния хвои сосны обыкновенной

для оценки загрязненности атмосферы

Сравнение полученных результатов по разным участкам с условно- фоновым позволит сделать вывод о состоянии и степени изменения воздушного бассейна изученной территории.

Полученные результаты могут быть основой мониторинговых исследований состояния воздушного бассейна территории. 

Контрольные вопросы

1.    Приведите примеры видов – эдификаторов.

2.    Приведите примеры адаптаций животных и растений нашей области к сезонным изменениям в природе.

3.    Укажите растение – индикатор кремниевых земель: а) папоротник – орляк; б) бузина красная; в) ежа сборная; г) душица обыкновенная.

4.    Укажите растение – нитрофил: а) бодяк полевой; б) крапива двудомная; в) ландыш майский; г) пырей ползучий.

5.    Укажите растение – кальцефил: а) фиалка удивительная; б) фиалка трехцветная; в) эдельвейс; г) чистотел большой.

Практическая работа № 12

Тема «Экологическая демография»

1. Начертите два графика. Первый оценивает рост числа людей, способных прокормиться на территории 500га во время разных общественных формаций:

·        в первобытном обществе-1человек,

·        в рабовладельческом-100,

·        в феодальном-200,

·        в индустриальном-3000.

Второй показывает зависимость вложенной энергии в получение продовольствия на территории 500га, от типа общества,

  энергия измеряется в условных единицах ( у.е.) мускульной энергии человека.

·        в первобытном обществе-1у.е.

·        в рабовладельческом-20у.е.

·        в феодальном-40 у.е.

·        в индустриальном-30000 у.е.

Сравните наклон кривых двух графиков. Объясните отличия. Зная тенденцию роста производства и затраченной на это энергии, оцените перспективы этих процессов в будущем. Выскажите свой прогноз. Как должно развиваться человечество, чтобы избежать экологических проблем при производстве продовольствия.

2. Назовите, какие болезни уносившие в прошлом миллионы жизней, ныне практически полностью побеждены  и встречаются крайне редко.

3. Выберите основные факторы риска возникновения онкологических заболеваний

Курение, недоедание, нервные стрессы, хищники, обильное питание, потребление пищи с канцерогенными добавками, плохая экология.

4. Назовите экологические факторы, ограничивающие в современных условиях потенциально бесконечный рост популяции человека.

5. Заполните таблицу.  Перечисленные факторы распределите их две колонки

Примеры факторов:   температура воздуха, ветер, высота снежного покрова, влажность воздуха, характер растительности, осадки, радиация, хищники, паразиты,  болезни конкуренция,   пищевые ресурсы,  убежища. 

 Можете предложить свои факторы и вписать их дополнительно.

6. Перечислите болезни, которые чаще других приводят к преждевременной смерти людей.
7. Проанализируйте в атласе, как изменилась численность  населения за время формирования человеческого общества. Какие причины способствовали быстрому росту населения в определенные периоды. Что такое демографическая политика, назовите основные направления демографической политики в мире. Охарактеризуйте демографическую политику в России.

8. Постройте две возрастные пирамиды, отражающие возрастной состав населения России(150млн. жителей) и Индонезии ( 190млн. жителей), используя данные приведенные в таблице. Сравните построенные пирамиды и ответьте на вопросы

v Численность населения какой страны растет.

v Численность населения какой страны стабильна, с тенденцией к сокращению.

v Почему в возрастной пирамиде населения России группа от 51 до 60лет имеет меньшую численность, чем соседние группы.

v Население какой страны близко к простой замене численности одного поколения другим

v Рассчитайте долю в % молодежи в возрасте от 0до 30 лет в России и в Индонезии

v В какой стране демографический потенциал выше

9. Составьте пищевую цепь, по которой химические вещества (пестициды, ядохимикаты) могут попасть в организм человека.
10. Что такое биоритмы. Какое влияние оказывает погода на самочувствие человека.
11. Какую роль играет пища в жизни человека. Какое питание считают рациональным. Что такое экологически чистые продукты. Какое влияние могут оказывать звуки на человека. Что такое шумовое загрязнение.  Как проявляется шумовая болезнь здоровье.
12. Назовите факторы,  влияющие на здоровье человека. Как современное общество может продлить жизнь человека и повысить качество жизни.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 13

                                     Изучение демографических показателей      

Цель: Научиться собирать данные о продолжительности жизни, смертности и рождаемости людей; строить с использованием этих данных кривые выживаемости для разных периодов; объяснять на основе графиков, как изменилась продолжительность жизни (за последние 80-100 лет) и как это повлияло на рост населения.

Материалы и оборудование: калькулятор, ручка, тетрадь, рулон бумажной ленты, карандаш, ножницы, миллиметровая бумага, линейка.

Теоретическое введение

Современный этап развития человечества характеризуется ускоренным ростом народонаселения. Рост населения Земли приобрел стремительные темпы и получил название демографического взрыва. В настоящее время на планете каждую минуту рождаются примерно 180 человек, каждую секунду рождается 21 и умирают 19 человек. Таким образом, население Земли увеличивается на 2 человека в секунду, на 250 тысяч ежедневно. За год прирост составляет приблизительно 80 млн., причем он практически весь приходится на развивающие страны. Так, темпы роста населения Кении (Восточная Африка) – около 4 % в год – более высокие, чем в любой другой стране мира. В то же время самые крупные страны - США, Россия характеризуются уменьшением годового прироста до 0,5 % и этот показатель продолжает падать, а в Европе он близок к нулевому.

  В наше время удвоение численности людей на планете происходит за 35 лет, а производство пищи растет на 2,3 % в год и удваивается за 30 лет.

Демографы обычно пользуются общими коэффициентами рождаемости и смертности. Общий коэффициент рождаемости отражает число живорожденных детей на 1000 жителей за год к середине данного года (к 1 июля). Общий коэффициент смертности – число смертей за год на 1000 жителей к середине данного года.  В России коэффициент смертности с начала 90-х годов превышал коэффициент рождаемости. Этот феномен получил название «Российского креста».

Практическая часть

Рост народонаселения и суммарный коэффициент рождаемости.

I.

Работа выполняется парами.

1)    Отрезки бумажной ленты будут соответствовать ступеням половозрастной пирамиды. Пусть отрезок длиной 1(2) см соответствует 1000 человек. Условимся, что в каждой возрастной группе одинаковое количество мужчин и женщин.

2)         Отложите по вертикальной оси возрастную шкалу. Для этого наклейте вертикально полоску ленты. Разметьте на ней возрастные интервалы по 10 лет. Их длина должна соответствовать ширине ленты. Возраст увеличивается снизу вверх: 0-9 лет и т.д. до 90-100 лет.

3)    Предположим, что две популяции А и Б, включающие каждая 5000 человек возрастом 0-9 лет, 4000 от 10 до19 лет и 3000 от 20 до 29 лет, заселяют две недавно открытые и пригодные для жизни планеты. С помощью бумажной ленты представьте состав обеих популяций справа и слева от возрастной шкалы.

4)    Вам нужно построить кривую роста популяций, учитывая
рождение детей, увеличение возраста, смерть от старости. Для этого
составьте для каждой популяции следующую таблицу 7-1.

Таблица 7-1

Демографические показатели

II.

Предположим, что в каждой популяции продолжительность жизни составляет 60 лет. В популяции А суммарный коэффициент рождаемости составляет 4, а в популяции Б - 2. Допустим, что воспроизведение происходит в возрастной группе 20-29 лет. Передвигайте все полоски бумажной ленты на одно деление (интервал в 10 лет) вверх, добавляя снизу новую полоску, обозначающую новорожденных. Имейте в виду, что их число равняется половине количества людей с возрастом 20-29 лет (число женщин, способных к деторождению), умноженной на коэффициент рождаемости. Когда полоски пересекают отметку средней продолжительности жизни, их убирают (люди старше 60 лет умирают).

Для каждого 10-летнего интервала занесите соответствующие данные и таблицу. Не забывайте удалять самые верхние полоски (пересекающие линию 60 лет). Сделайте записи для девяти интервалов (периода 90 лет). При построении графика откладывайте по оси абсцисс годы, а по оси ординат - численность людей. Обе кривые представьте на одном графике.

Ответьте на следующие вопросы:

1)  Сравните рост численности двух популяций.

А. Прекратится ли когда-нибудь рост популяции А? Через какое

время ее численность удвоится?

Б. Удвоится ли численность популяции Б?

В. Как влияет суммарный коэффициент рождаемости на рост

населения?

2)  Сравните половозрастные границы двух популяций.

А. Какова форма пирамиды и кривой роста популяции А? Б. Какова форма пирамиды и кривой роста популяции Б?

3)      Сравните эти половозрастные пирамиды с ситуацией в развитых и развивающихся странах.

4)   Рост населения и продолжительность жизни. Повторите работу, добавив полоски еще для трех возрастных групп, чтобы показать увеличение продолжительности жизни до 90 лет. Заполните таблицу и представьте данные графически.

5)   Как повлияет на рост двух популяций увеличение
пострепродуктивной продолжительности жизни? Будет ли популяция А
расти намного быстрее? Будет ли непрерывно расти популяция Б?

6)   За счет чего главным образом растет население (увеличение продолжительности жизни или коэффициента рождаемости)?

Сделайте общий вывод по работе.

Контрольные вопросы

1.    Как влияют на численность населения коэффициенты рождаемости, смертности и миграция?

2.    Как влияет на численность населения среднее количество детей у женщин в репродуктивном возрасте?

3.    Как влияет на численность населения процентное соотношение мужчин и женщин в каждой возрастной группе?

4.    Какие современные методы регулирования численности населения  вам известны?

5.    Влияет ли проблема продолжительности жизни на проблему перенаселения?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 14

Изучение методики подсчета срока исчерпания

невозобновимых ресурсов

Цель: Ознакомиться с методикой подсчета времени исчерпания природного ресурса. 

Материалы и оборудование: калькулятор, ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

Ресурсы могут быть классифицированы как вечные, возобновимые и невозобновимые.

Вечные ресурсы, такие как солнечная энергия, действительно неисчерпаемы с точки зрения истории человечества.

Возобновимые ресурсы в нормальных условиях восстанавливаются в результате природных процессов. Примерами могут служить деревья в лесах, дикие животные, пресные воды поверхностных водотоков и озер, плодородные почвы и др.

Невозобновимые, или исчерпаемые ресурсы существуют в ограниченных количествах (запасах) в различных частях земной коры. Примерами являются нефть, уголь, медь, алюминий и др. Они могут быть истощены как потому, что не восполняются в результате природных процессов (медь и алюминий), так и потому, что их запасы восполняются медленнее, чем происходит их потребление (нефть, уголь). Невозобновимые ресурсы считаются экономически истощенными когда выработаны 80 % их оцененных запасов. По достижении этого предела разведка, добыча и переработка остающихся запасов обходится дороже рыночной цены.

Практическая часть

Оцените срок исчерпания природного ресурса, если известен уровень добычи ресурса в текущем году, а потребление ресурса в последующие годы будет возрастать с заданной скоростью прироста ежегодного потребления. Исходные данные для выполнения работы представлены в таблице 2-1.

Таблица 2-1

Данные для расчета срока исчерпания ресурса

Для расчета воспользуйтесь формулой суммы членов ряда геометрической прогрессии:

(( 1 + ТР/100)^t – 1) * q

Q = --------------------------------, где

TP/100

Q – запас ресурсов; q – годовая добыча ресурса; ТР – прирост потребления ресурса; t – число лет.

Логарифмирование выражения для Q дает следующую формулу для расчета срока исчерпания ресурса:

ln ((Q*TP)/(q*100) + 1)

t = -------------------------------------

ln (1 + TP/100)

Рассчитайте время исчерпания приведенных в таблице ресурсов, вставьте данные в виде добавочной строки в таблицу. Сделайте вывод о последовательности прекращения добычи ресурсов.

Контрольные вопросы

1.    Дайте общую характеристику природным ресурсам.

2.    Какое значение для развития цивилизации имеют запасы полезных ископаемых?

3.    В чем опасность исчерпаемости природных ресурсов?

4.    Каковы пути сокращения потерь сырья при добыче, обогащении, обработке, транспортировке? Приведите конкретный пример.

5.    Рассмотрите карту вашего района. Установите, какие полезные ископаемые здесь добываются, в чем состоят основные меры по их охране.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 15

Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в окружающую среду в результате работы автотранспорта

Цель: Изучить экспресс-методику определения степени загрязнения атмосферного воздуха токсическими веществами, содержащимися в выхлопных газах городского автотранспорта.

Материалы и оборудование: часы, ручки, тетрадь, калькулятор.

Теоретическое введение

Двигатели внутреннего сгорания автомобилей являются основным источником загрязнения атмосферы в городах и густонаселённых регионах. В частности, в масштабах нашей страны доля транспорта в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу от всех источников достигает 45%, в выбросах парниковых газов - примерно 10%, в сбросах вредных веществ со сточными водами - около 3%.

Основными вредными примесями, содержащимися в выхлопных газах двигателей, являются: оксид углерода, оксиды азота, различные углеводороды,  включая и канцерогенный 3,4-бенз(а)пирен, альдегиды, сернистые газы. Бензиновые двигатели,  кроме того, выделяют продукты, содержащие свинец, хлор, бром, а иногда и фосфор, а дизельные -значительные количества сажи и частичек копоти  ультрамикроскопических размеров. Каждая машина с бензиновым двигателем, прошедшая 15 тыс. км,  потребляет 4350 кг кислорода и  выбрасывает 530 кг СО, 93 кг углеводородов, 27 кг оксида азота. 75%  свинца, содержащегося в высокооктановом бензине, переходит в атмосферу,  то есть  каждый автомобиль ежегодно выбрасывает в воздух до 1 кг свинца.  В целом, отработанные газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 вредных веществ и наименований.

Практическая часть

Выберите несколько различных участков автотрассы длиной около 100 м. Определите число единиц автотранспорта проходящих по выбранному участку в течение 30 или 60 мин. При этом учитывайте, сколько автомобилей определенного типа (легковые, грузовые, автобусы, дизельные грузовые автомобили) проехало по выбранному участку. В том случае если наблюдение заняло 30 мин, полученный результат умножьте на 2.

Рассчитайте среднее число учтенных автомобилей для каждого типа автотранспорта в зависимости от количества выбранных участков трассы, после чего заполните следующую таблицу 6-1:

Таблица 6-1

Среднее число учтенных автомобилей

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от автотранспорта в атмосферу, можно оценить расчетным методом. Исходными данными для расчета количества выбросов являются:

– число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку дороги в единицу времени;

– нормы расхода топлива автотранспортом.

Средние нормы расхода топлива при движении в условиях города приведены в  таблице 6-2.

Таблица 6-2

Средние нормы расхода топлива

Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс загрязняющих веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице 6-3.

Таблица 6-3

Значения эмпирических коэффициентов

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов соответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины количества топлива, равного удельному расходу (л/км).

Обработка результатов

Рассчитайте общий путь, пройденный установленным числом автомобилей каждого типа за 1 час (L_a, км) по формуле:

L_a= N_a x L, где

N_a – число автомобилей каждого типа; L – длина участка, км; а - обозначение типа автомобиля.

Рассчитайте количество топлива разного вида (Q_a), сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:

Q_a = Y_a x L_а , где

Y – удельный расход топлива (л/км); L – длина участка, км; а - обозначение типа автомобиля.

Определите общее количество сожженного топлива каждого вида и занесите результат в таблицу 6-4.

Рассчитайте объем выделившихся загрязняющих веществ в литрах по каждому виду топлива, перемножая соответствующие значения ΣQ и эмпирических коэффициентов К.  Занесите результат в таблицу 6-5.

Рассчитайте массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле:

m = V x M/22,4, где

М – молекулярная масса (для СО – 28, для NO₂ – 46, средняя молекулярная масса для углеводородов  - 43).

Таблица 6-4

Общее количество сожженного топлива

Таблица 6-5

Объем выделившихся загрязняющих веществ

Определите среднесуточную концентрацию вредных веществ (С_сс, мг/ м³) в атмосферном воздухе района, с учетом того, что объем используемого воздуха вблизи участка дороги длиной 100 метров составляет примерно 20 000 м³. Следует так же учитывать большую интенсивность движения автотранспорта в дневное время.

Сопоставьте полученные результаты  с ПДК_СС для каждого из вредных веществ и сделайте вывод о степени антропогенного загрязнения атмосферы исследованного района.

Контрольные вопросы

1.    Какие вещества относятся к загрязнителям воздуха?

2.    Какой вклад вносит автотранспорт в загрязнение объектов окружающей среды в городах?

3.    Сравните загрязняющие вещества, выделяемые бензиновыми и дизельными двигателями. Какой тип топлива наносит больший вред окружающей среде?

4.    Какие прямые критерии оценки состояния атмосферы вы знаете?

Что такое ПДКcc? Назовите значение ПДКcc основных загрязнителей атмосферы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 16

 Определение степени рекреационной нагрузки на почву и особенности строения придорожных растений.

Вытаптывание - процесс нарушения природной среды, который сопровождается деятельностью человека. Последствиями  этого процесса является:

-механическое повреждение растений и изменение физических и химических свойств почвы. Выявлено что благодаря рекреационным нагрузкам происходит увеличение плотности и твердости почвы. Не все типы почв способны уплотняться. Рыхлые и легкие почвы слабо подвержены этому воздействию, при сильных нагрузках почва может уплотняться до 50см².

Мы выбрали на территории площадок тропинку, справа и слева выбрали 5 точек, на расстояние 1м, в каждой точке измерения проводили 5 раз, определили среднее значение, сравнили показатели всех тропинок, (средние плотности каждой тропинки отличались друг от друга). На степень  вытаптывания  влияет   человек, животные.

Оборудование:

• нож (тупой) или железная линейка,   карандаш, ручка.

Ход работы:

 1. Выбрать площадку и определить точки измерений от тропинки на расстояние 1м и 5м. Измерения проводят вдоль линии тропинки к отдельным деревьям или кустарникам.

 2. Определить 5 точек, в каждой точке измерения проводят 5 раз, нож втыкают в землю без усилий. Выводят среднее значение для каждой точки.

 3. Заполнить таблицу, нарисовать график.

Таблица №1 

Рисунок  Образец тропы и точек исследования

График №1 Пример

 Среднего значения глубины вытаптывания на площадке Сергиевск ЦРБ

     ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 17

Измерение высоты снежного покрова, определение его плотности и расчет запасов воды

Цель: изучение условий сезонного промерзания и снегонакопления.

Оборудование: снегомерная линейка (5шт), весовой снегомер ВС-43 или пластиковая труба диаметром 79,8 см (площадь сечения 50 см²), полевой дневник, пружинные весы, почвенные термометры.

Ход работы

Измерить высоту снежного покрова  в различных местах (5-6 измерений). Результаты записать в таблицу.

Измерить высоту снежного покрова по прямой линии через ветрозащитную полосу на протяжении 50метров. Измерения проводить через каждые 2 метра. Зафиксировать результаты измерений.

Взять пробы снега с помощью весового снегомера или с помощью пластиковой трубы (5-6 проб). Результаты измерений зафиксировать в таблице.

Измерить с помощью почвенных термометров температуру поверхности снежного покрова, на глубине 25см, 50см, 100см и у поверхности почвы. Время экспозиции термометров 10 минут.

Результаты измерений зафиксировать в таблице.

Вычислить среднюю высоту снежного покрова. Результат занести в таблицу. Сделать вывод.

 Построить  профиль  снежного покрова

На графике буквами обозначены: А – открытое пространство пришкольного участка; Б – расположение ветрозащитной полосы; В – пространство после ветрозащитной полосы.

Расчет плотности снега ведется по формуле d = m/10 h,

где h – высота снежного покрова в см,

     m – масса снега в граммах.

Результаты вычислений занесите в таблицу.

Сделать вывод.

 Определение температуры снежного покрова на различной глубине»

Построить график изменения температуры снега на различной глубине.

Сделать вывод.

Расчет запасов воды в снежном покрове».

Расчет запасов воды в снежном покрове ведется по формуле

а = d 10 h,

где d – плотность снега в ^г/_см³,

       h – высота пробы снега в см,

      10 – переводной множитель в мм.

а = 0,37 ^г/_см³ х 10 х 67см = 247,9 мм.

Расчет запасов воды в тоннах на 1 гектар: М = 10 а.

М = 10 х 247,9 = 2479 т на гектар.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 18

Статистическое изучение модификационной изменчивости.

Построение вариационных рядов

Подготовка материала к математической обработке

Предметом изучения биометрии являются варьирующие (изменяющиеся) признаки у относительно однородной группы объектов, называемой совокупностью.

Различают совокупность генеральную и выборочную, или случайную, которую называют выборка.

Генеральной совокупностью может быть любая группа особей. Изучается же, как правило, часть членов генеральной совокупности, так называемая выборочная совокупность, или выборка.

Основное требование к выборке – ее репрезентативность, т.е. достоверное отражение генеральной совокупности. Достигается это случайным отбором объектов для формирования выборки. Объем генеральной совокупности принято обозначать буквой N, а выборочной – n. Если в выборку включено меньше 30 членов (n<30), ее называют малой, во всех других случаях – большой.

По характеру изменчивости различают изменчивость качественную и количественную. Количественная изменчивость может быть дискретной, т.е. прерывистой (она выражается только целыми числами: количество детей при рождении, число сосков у многоплодных животных и т.д.), и непрерывной, когда варианты могут принимать любое значение (вес, рост, размер обуви, объем крови в организме и т. д.). Величина признака отдельной особи, т.е. числовое его значение, называется вариантой и обозначается буквой  Х. Обработка варьирующих показателей начинается с их группировки. Способ группировки зависит как от характера изменчивости, так и от объема выборки.

            Наиболее простым методом группировки, применяемым при любом характере изменчивости при небольших размерах выборки (n<30), является ранжирование.

Пример: вес новорожденных при рождении был равен (в кг):

3,3;   3,1;   3,2;   4,2;   3,4;   3,0;   3,8;   3,3;   3,2;   4,2.

Ранжированный ряд этой выборки будет выглядеть так:

3,0;   3,1;   3,2;  3,2;   3,3;   3,3;   3,4;    3,8;   4,2;   4,2.

Сущность ранжирования состоит в том, что варианты располагаются в строгом порядке по принципу их увеличения или уменьшения (т.е. по ранжиру). Минимальный вес новорожденных 3,0 кг, максимальный – 4,2 кг.

Для больших выборок (n>30) основным методом группировки является построение вариационного ряда.

            Вариационным рядом называется двойной ряд, отражающий распределение вариант по классам.

             При составлении вариационного ряда значения, которые принимает признак, называют классами (W), а количество вариант в классе – частотами (p или  f). Сумма частот по всем классам должна равняться объему выборки (n). В математическом выражении это записывается так: Sp = n. Если признак имеет большой размах изменчивости, то в этом случае в один класс рекомендуется объединить варианты с несколькими, близкими между собой, значениями.

            Классы вариационного ряда в таком случае не будут совпадать со значениями, которые признак может принимать в процессе изменчивости, а будут характеризоваться несколькими показателями: началом класса (W_н), т.е. минимальным значением признака, концом класса  (W_к), т.е. максимальным значением признака.

Построение вариационного ряда

             Разберем на конкретном примере построение вариационного ряда.

Пример. При взвешивании 50 спортсменов получены следующие данные (в кг):

58        50        53        53        50        61        58        58        57        52

49        51        63        55        50        57        66        46        60        53

58        53        50        54        50        51        67        47        52        47

47        54        59        54        53        57        52        50        46        56

42        55        52        57        54        56        50        59        49        54

            Для составления вариационного ряда необходимо:

1.      Найти в учетах данных максимальное (max) и минимальное (min) значения признака.

Разница между максимальным и минимальным значениями признака (варианта) – это размах изменчивости признака (lim = max–min).

2.      Исходя из объема выборки и размаха изменчивости, выбрать оптимальное число классов (k) для проведения группировки.

            Число наблюдений                                      Число классов

                        40–60                                                             6–10

                        61–100                                                           7–10

                        101–200                                                         9–12

                        201–500                                                         12–17

В нашем примере число измерений равняется 50. Значит , число классов должно быть в пределах 6–10. В этих пределах подбирать число классов следует таким образом, чтобы величина классового промежутка была удобной для подсчета и, желательно, оканчивалась на цифру 5 или 0.

3. На основании выбранного количества классов и размаха изменчивости признака установить величину классового промежутка (i), т.е. величину, на которую один класс должен отличаться от другого:

max = 67;       min = 42;        lim = 25;        k = 8 (подобранное нами число классов = 8)

Началом первого класса обычно служит варианта с минимальным значением признака, концом первого класса – величина, равная началу первого класса, увеличенному на классовый промежуток (i). Конец последнего класса завершается максимальным значением варианты. Конец предыдущего и начало следующего классов не должны совпадать. Они должны отличаться или на целое число, или на десятые или сотые доли числа, в зависимости от величины изучаемого признака. Установленные для нашего примера границы классов заносятся в табл.1.

Статистические показатели для характеристики совокупности

Среднее значение признака

            Полученные при проведении обследования данные характеризуют каждую особь совокупности в отдельности. Нас же интересуют, в первую очередь, наиболее общие свойства этой совокупности. Чтобы их установить, данные обрабатывают  статистически. Основная задача статистической обработки наблюдений – нахождение ряда показателей, характеризующих в обобщенном виде свойства данной совокупности.

            Одним из таких показателей является средняя арифметическая, характеризующая среднее значение признака.

Средняя арифметическая

            Средняя арифметическая представляет собой как бы точку равновесия вариационного ряда, отклонения от которой в сторону увеличения или уменьшения признака взаимно уравновешиваются. Средняя арифметическая показывает, какую величину признака имели бы особи данной группы, если бы эта величина была у всех одинаковой.

            Простейший метод вычисления средней арифметической величины для небольшой выборки  (n<30) – это простое суммирование, т.е. нахождение суммы вариант выборки и деление ее на объем выборки. Среднюю арифметическую обозначают Х_ср или М.

где      X – величина варьирующего признака;

            n – объем выборки; 

            S – знак суммирования.

Для больших выборок среднюю арифметическую удобнее вычислить косвенным методом по формуле:

где      А – условное среднее значение нулевого класса;

            р – частоты;

            а – условное отклонение;

            n – объем выборки;

            i – величина классового промежутка.

Задание. Пользуясь вариационным рядом, представленным в таблице 1, составить таблицу 2 для вычисления средней арифметической косвенным методом.

Распределение вариант по весу                                         Таблица 1

Таблица 2

Рабочая таблица для вычисления средней арифметической

методом условных отклонений

Для вычисления средней арифметической необходимо:

1        Найти в построенном вариационном ряду условный средний класс. В качестве условного среднего класса  рекомендуется брать класс, который занимает центральное место в данном вариационном ряду и имеет наибольшее по сравнению с другими классами значение частот (р). В нашем примере условным средним классом будет четвертый класс с наибольшей встречаемостью вариант (р = 14) и варьированием веса в пределах 52 – 54 кг.

2        Выделить условный средний класс линиями и принять за нулевой.

3        Вычислить условное среднее значение нулевого класса. Его обозначают буквой А.

В нашем примере

4       
Определить условное отклонение (а) каждого класса от нулевого путем вычитания порядкового номера нулевого класса от порядкового номера других классов. Вверх от класса, принятого за условный нулевой, получим натуральный ряд отрицательных чисел (–1, –2, –3 и т.д.), вниз – натуральный ряд положительных числе (+1,  +2, +3 и т.д. в зависимости от класса).

5        Найти произведение частоты на условное отклонение для каждого класса (ра) и заполнить графу.

6        Найти сумму частот (Sр = n = 50).

7        Вычислить сумму произведений частот на условное отклонение. Она равна:

Sра = –25+34 =9.

8        Вычислить среднее арифметическое по формуле:

где      А – условное среднее значение нулевого класса;

            i – величина классового промежутка.

Таким образом, средний вес равен 53,5 кг.

Показатели изменчивости

Средние величины характеризуют всю выборку в целом. Но основное свойство ее членов – свойство изменяться от особи к особи – остается при этом нераскрытым.

            Для суждения о степени изменчивости или вариабельности признаков в биометрии наиболее часто используются следующие показатели:

–        лимит или размах изменчивости;

–        среднее квадратическое или стандартное отклонение;

–        коэффициент вариации или изменчивости.

Лимит или разница между максимальным и минимальным значениями признака в выборке является наиболее простым, но и наиболее точным способом количественного выражения степени изменчивости этого признака.

Например, вес спортсменов max = 67 кг, min = 42, lim = 67–42 = 25 кг.

Основным показателем изменчивости является среднее квадратическое отклонение. Среднее квадратическое или стандартное отклонение – это статистическая величина, которая показывает, насколько признак, присущий данному варианту, отклоняется от средней арифметической для данной выборки.

            Вычисление среднего квадратического отклонения для малых выборок производят в следующем порядке:

1        Находят отклонение каждого варианта от средней арифметической для данной выборки, т.е. устанавливают центральные отклонения.

2        Центральные отклонения возводят в квадрат, чтобы избавиться от отрицательных чисел.

3        Находят сумму квадратов.

Пример. Представлена совокупность, состоящая из 5 особей. Все они имеют одинаковый возраст и относятся к одной группе. Нужно вычислить среднюю длину их тела и среднее квадратическое отклонение этого признака.

1. Составим простой вариационный ряд (табл.3)

Таблица 3

2. Вычислим среднюю арифметическую Х:

3.      Вычислим отклонения размеров длины тела от средней арифметической

(Х–Х_ср) и полученные данные проставим в таблицу.

4.      Так как сумма отклонений всегда равна нулю S (Х–Х_ср) = 0, то отклонения следует возвести в квадрат и определить сумму квадратов отклонений. В данном примере они будут равны:

Вычисление среднего квадратического отклонения

для больших выборок

Задание. Вычислить среднее квадратическое отклонение (S) для данной  группы спортсменов по весу

1        Составить вариационный ряд (табл. 4).

2        Определить частоту (р) значений веса в каждом классе.

3        Найти условные отклонения (а) от условного среднего класса.

4        Найти произведение частоты на условное отклонение (графа 5).

5        Условное отклонение возвести в квадрат (графа 4).

6        Вычислить произведение частоты на квадрат условного отклонения (графа 6).

7       

Таблица 4

Вычисление среднего квадратического отклонения

            Нужно обратить внимание на то, что S имеет два знака (+ и –). Это свидетельствует об отклонении вариант от средней арифметической как в положительную, так и в отрицательную сторону. Среднее квадратическое отклонение  является показателем разнообразия признака. Согласно правилу 3 S   почти все варианты должны укладываться в интервал от –3 S   до +3 S, если минимальный вариант (min  вес ) не ниже Х–3S, а максимальный (max  вес) не выше Х_ср+3 S, то наблюдения ведутся над однородной генеральной совокупностью.

            В нашем примере     Х_ср + 3 S = 53,5 + 14,04 = 67,54

                                               Х_ср – 3 S = 53,5 – 14,04 = 39,46

Как видим, минимальный вариант 42 не ниже Х – 3 S , т.е. 39,46, а максимальный вариант 67 не превышает Х=3 S, т.е. 67,64. Таким образом, выборка однородна, и изучаемые особи относятся к одному вариационному ряду. Среднее квадратическое отклонение выражается в тех же единицах, которыми измеряется признак, т.е. является поименованной величиной.

Коэффициент изменчивости (вариации)

            Основное достоинство среднего квадратического отклонения заключается в том, что оно дает полную количественную характеристику изменчивости изучаемого показателя. Однако сравнить изменчивость двух групп с разными средними значениями изучаемого признака и, тем более, изменчивость разных признаков с помощью данного показателя нельзя. Вот здесь на помощь и приходит следующий показатель изменчивости – коэффициент изменчивости или вариации.

            Коэффициент изменчивости характеризует изменчивость в относительных величинах. Это отношение среднего квадратического отклонения к средней арифметической для данной выборки, выраженное в процентах. Коэффициент изменчивости определяется по формуле:

где      C_v – коэффициент изменчивости;

S   – среднее квадратическое отклонение;

Х_cp – средняя арифметическая.

Вычислить C_v для изучаемых  Вами признаков. В нашем примере:

Коэффициент изменчивости позволяет сравнивать степень изменчивости разных признаков. Чем коэффициент изменчивости выше, тем общая изменчивость признака тоже выше. Низкие коэффициенты изменчивости указывают на генетическую однородность популяции по данным показателям, высокие коэффициенты изменчивости свидетельствуют о ее неоднородности.

Ориентировочно считают, что если C_v< 5% – изменчивость низкая, C_v  от 5 до 10% – средняя, C_v >10% – высокая. Максимальное значение коэффициента изменчивости обычно не превышает 30%.

Нормированное отклонение

            Нормированное отклонение – это показатель, характеризующий отдельную варианту или группу вариант. Обозначается буквой Н.

            Нормированное отклонение – это величина, которая указывает, на сколько долей среднего квадратического отклонения каждый конкретный член совокупности отклоняется от средней арифметической. Вычисляется он по формуле:

где      Н – нормированное отклонение;

            Х_ср – средняя арифметическая;

  S  – среднее квадратическое отклонение.

            Как и коэффициент изменчивости, нормированное отклонение – величина относительная. Каждая варианта характеризуется определенным значением Н. Если Н  какой-либо варианты равно +1, значит эта варианта больше Х на 1. Чем больше значение  Н, тем дальше от средней арифметической отстоит данная особь.

Ошибка статистических величин

            Для изучения изменчивости того или иного признака берут не всех представителей, а только часть их (выборочную совокупность или выборку). В каждом конкретном  случае в выборку могут попасть особи, имеющие несколько более высокие или более низкие значения признака, поэтому вычисленные значения биометрических величин будут отражать свойства генеральной совокупности с определенными ошибками. Эти ошибки не могут быть устранены при самой тщательной организации исследований, но их можно учесть. Они получили название ошибок репрезентативности или выборочности.
            Ошибки статистических показателей будут тем больше, чем выше изменчивость признака и чем меньше объем выборки.

Ошибки статистических показателей обозначаются буквой m. Чтобы различать, к какому показателю относится ошибка, рядом с условным ее обознчением подстрочно приписывается обозначение данного показателя.

Например.      m_x  – ошибка средней арифметической,

                         m_S  – ошибка  среднего квадратического отклонения,

m_{cv –} ошибка коэффициента изменчивости.

где      m_x  – ошибка средней арифметической,

S   – среднее квадратическое отклонение,

n   – объем выборки

где      m_S  – ошибка среднего квадратического отклонения,

 S   – среднее квадратическое отклонение,

где      m_cv – ошибка коэффициента изменчивости,

            С_cv  – коэффициент измечивости,

            n     – объем выборки.

Ошибки статистических показателей позволяют уточнить границы, в которых находится фактическое значение данных показателей. Такими границами считается интервал, равный промежутку: показатель ±2 ошибки.

В нашем примере

2m_x = ± 1,3     X = 53,5 ± 1,3 кг.

Вычислить  m_ср ,  m_S,  m_cv  для изучаемых Вами признаков.

Критерий достоверности

и достоверность разности между средними

Если критерий достоверности больше 3 (t>3), то данные опыта достоверны, ошибка составляет около 5%. Если критерий достоверности меньше 3 (t<3),то полученным данным верить нельзя.

Полученное число больше 3, значит данные достоверны.

где      td– показатель достоверности разности,

Разность притнято считать достоверной, если td факт >td табл.

Табличное значение td (t) выбирается  по таблице, которая помещается в каждом учебнике по биометрии. Под числом степеней свободы Y (ню) понимается число наблюдений, уменьшенное на число ограничений.

Например:   n₁= 50,  n₂= 50,   Y = (n₁ – 1) + (  n₂ – 1) = (50–1) + (50 – 1) = 98.

В таблице даются достоверные величины td  при трех порогах вероятности (Р): 0,95; 0,99;  0,999 с учетом числа степеней свободы. Оптимально будет выбрать уровень Р 0,95. В месте пересечения строки значения Y и графы уровня вероятности и находится табличное значение td. Так, при значении Y=99 и Р 0,95  td табличное равно 1,98.

Если td_факт.< td_табл., то разность принято считать недостоверной, т.к. при этом нельзя сказать, какая из двух сравниваемых генеральных средних имеет лучшие показатели и сохранится ли подобная зависимость в других исследованиях или опытах.

Например, сравнивая по весу 2 группы детей, имеем:

Х₁ = 23 кг (23,0)   m_хср1 = 3,1 кг,

Х₂ = 24 кг (24,0)   m_хср2 = 2,0 кг,