Биология. 10 класс
§ 46. Экологические пирамиды. Правило Линдемана
*Правило Линдемана
Как вы уже знаете из предыдущего параграфа, вещества в экосистеме используются многократно, включаясь в круговорот. Это происходит благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей питания. Причем в превращении веществ главную роль играют живые организмы. Круговорот веществ начинается с поступления химических элементов из почвы (вода и минеральные соли) и атмосферы (углекислый газ, азот) в живые организмы — продуценты. Продуценты синтезируют органические вещества, часть которых дальше передается по пищевой цепи консументам. Определенное количество органических веществ продуцентов и консументов возвращается в почву с трупным материалом, экскрементами (детрит). В результате деятельности редуцентов они превращаются в минеральные вещества, атомы которых снова вовлекаются продуцентами в круговорот. Но совершенно замкнутым круговорот веществ быть не может. Атомы некоторых химических элементов могут на длительное время выводиться из круговорота, накапливаясь в литосфере в составе известняка (мела), каменного угля, природного газа, нефти, торфа, руд различных металлов.
Превращение энергии в цепях питания экосистемы идет несколько иначе, чем превращение веществ. Поток солнечной энергии, поступивший в экосистему, после включения в органическое вещество как бы разделяется на два русла — пастбищное и детритное. В каждом из них освобождающаяся энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организмов: размножение, движение, поддержание температуры тела, транспорт веществ через клеточные мембраны. Соотношение количества энергии, проходящей через пастбищные и детритные цепи, в различных типах экосистем разное. Потеря энергии в пищевых цепях может быть восполнена только за счет поступления новых порций солнечной энергии или готового органического вещества (энергия корма). Поэтому в экосистеме не может быть круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ. Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии.
Процент усвояемости вещества и энергии в разных цепях питания варьирует и зависит от состава корма и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что в пастбищных цепях переход энергии и вещества от одного трофического уровня к другому составляет в среднем 10 %. В одних цепях питания он может быть несколько выше, а в других — немного ниже. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал принцип преобразования энергии в экосистемах, получивший в экологической литературе название правило 10 % (его часто называют правилом Линдемана). Согласно правилу 10 %, при переходе с одного трофического уровня на последующий уровень в цепи питания передается в среднем около 10 % энергии без каких-либо неблагоприятных последствий для экосистемы. При этом имеется в виду часть энергии, поступившей с пищей, которую организм использует для построения органического вещества своего собственного тела.
Примеры решения задач на анализ превращения вещества и энергии в пастбищных цепях питания и на правило 10 % приведены в конце пособия в разделе «Методика решения задач (Б)».
Используя это правило, можно рассчитать примерное количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.
Правило Линдемана неприменимо для этапов пастбищных цепей, включающих паразитов. Поскольку паразиты используют готовые питательные вещества хозяина, то эффективность их усвоения намного выше, чем при потреблении органического вещества корма другими организмами. Паразитам не нужно затрачивать энергию на процессы переваривания пищи, так как эту функцию выполняет хозяин. Получая питательные вещества от хозяина, паразит их практически полностью усваивает, поэтому он не теряет часть энергии в составе непереваренных остатков (экскрементов). Из этого следует, что в пищевых цепях, включающих паразитов, не будет соблюдаться правило Линдемана.
Некоторые ученые считают, что правило Линдемана соблюдается в экосистеме только при наличии оптимальных условий среды и при полной обеспеченности кормом.
Источник
Экологическая закономерность в цепи питания
Минский государственный высший радиотехнический колледж
Кафедра естественнонаучных дисциплин
На тему: «Составление цепей питания и прогнозов об изменении биогеоценозов под влиянием человека»
Учащийся гр 11593 Заяц Н. В.
Цель: сформировать умения по выявлению взаимосвязей между организмами образующими экологическую систему путем составления пищевых цепей, а на их основе научиться составлению прогнозов под влиянием хозяйственном деятельности человека.
Оборудование, материалы: гербаризированные дикорастущие растения; рисунки дикорастущих растений и животных; таблицы “Биоценоз дубровы”, “Биоценоз пресного водоема”.
Используя предложенные таблицы, изучите пищевые звенья биоценозов дубравы и пресного водоема.
Используя учебник (конспект) напишите существующие два типа цепей питания. Чем они различаются?
Существует два типа пищевой цепи: пастбищные (или цепями выедания) и детритный (цепью разложения). Пищевые цепи, которые начинаются с автотрофных фотосинтезирующих организмов, называются пастбищными. Примером может служить пастбищная пищевая цепь луга. Цепь начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, т.е. детрита, называется детритной цепью. На пример пищевая цепь дна водоема.
Используя таблицы, начертите одну (по выбору) цепь питания, указав тропические уровни каждого её звена.
К какому из перечисленных типов относится составленная вами цепь питания? Почему?
Составленная нами цепь питания относится к пастбищной т.к. начинается она с травы.
завершите схему “Трофические (пищевые) связи в биоценозе дубравы”
А. Стрелками укажите направление трофических связей.
Б. Изобразите животное или растение, входящее в состав цепи питания, или напишите его название.
В. Обоснуйте, какая экологическая закономерность (связанная с использованием и превращением энергии) проявляется в цепи питания.
В цепи питания проявляется закон пирамиды энергий (закон 10%), согласно которому с одного трофического уровня через пищевые цепи на другой трофический уровень переходит в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды энергии.
На основании полученных знаний по динамичности биогеоценозов составить прогноз об изменении биогеоценозов под влиянием хозяйственной деятельности человека (по одному из предложенных видов деятельности: вырубка лесов, осушением болот, усиленный выпас скота, внесение удобрений на луга, выжигание прошлогодней травы)
А. Укажите причины биогеоценозов и предпологаемые последствия.
Основная причина изменения биогеоценозов — приспособление организмов под меняющиеся условия окружающей среды.
Б. Какие меры можете предложить для предотвращения последствий.
Что бы предотвратить пагубные последствия, нужно разумно использовать природные богатства и вести не разрушающую хозяйственную деятельность.
Между организмами в биогеоценозах устанавливаются различные связи, но основные связи – это трофические, топические, форические, фабические.
Изменение биогеоценозов – важнейшее свойство, связанное с приспособлением организмов под меняющиеся условия окружающей среды
Источник
§ 46. Экологические пирамиды. Правило Линдемана
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | § 46. Экологические пирамиды. Правило Линдемана |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Среда, 20 Сентябрь 2023, 19:06 |
Оглавление
*Правило Линдемана
Как вы уже знаете из предыдущего параграфа, вещества в экосистеме используются многократно, включаясь в круговорот. Это происходит благодаря взаимосвязи пастбищных и детритных цепей питания. Причем в превращении веществ главную роль играют живые организмы. Круговорот веществ начинается с поступления химических элементов из почвы (вода и минеральные соли) и атмосферы (углекислый газ, азот) в живые организмы — продуценты. Продуценты синтезируют органические вещества, часть которых дальше передается по пищевой цепи консументам. Определенное количество органических веществ продуцентов и консументов возвращается в почву с трупным материалом, экскрементами (детрит). В результате деятельности редуцентов они превращаются в минеральные вещества, атомы которых снова вовлекаются продуцентами в круговорот. Но совершенно замкнутым круговорот веществ быть не может. Атомы некоторых химических элементов могут на длительное время выводиться из круговорота, накапливаясь в литосфере в составе известняка (мела), каменного угля, природного газа, нефти, торфа, руд различных металлов.
Превращение энергии в цепях питания экосистемы идет несколько иначе, чем превращение веществ. Поток солнечной энергии, поступивший в экосистему, после включения в органическое вещество как бы разделяется на два русла — пастбищное и детритное. В каждом из них освобождающаяся энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организмов: размножение, движение, поддержание температуры тела, транспорт веществ через клеточные мембраны. Соотношение количества энергии, проходящей через пастбищные и детритные цепи, в различных типах экосистем разное. Потеря энергии в пищевых цепях может быть восполнена только за счет поступления новых порций солнечной энергии или готового органического вещества (энергия корма). Поэтому в экосистеме не может быть круговорота энергии, аналогичного круговороту веществ. Экосистема функционирует только за счет направленного потока энергии.
Процент усвояемости вещества и энергии в разных цепях питания варьирует и зависит от состава корма и биологических особенностей организмов. Многочисленные исследования показали, что в пастбищных цепях переход энергии и вещества от одного трофического уровня к другому составляет в среднем 10 %. В одних цепях питания он может быть несколько выше, а в других — немного ниже. Американский эколог Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал принцип преобразования энергии в экосистемах, получивший в экологической литературе название правило 10 % (его часто называют правилом Линдемана). Согласно правилу 10 %, при переходе с одного трофического уровня на последующий уровень в цепи питания передается в среднем около 10 % энергии без каких-либо неблагоприятных последствий для экосистемы. При этом имеется в виду часть энергии, поступившей с пищей, которую организм использует для построения органического вещества своего собственного тела.
Примеры решения задач на анализ превращения вещества и энергии в пастбищных цепях питания и на правило 10 % приведены в конце пособия в разделе «Методика решения задач (Б)».
Используя это правило, можно рассчитать примерное количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если ее показатель известен на одном из них. С некоторой степенью допущения это правило используют и для определения перехода биомассы между трофическими уровнями.
Правило Линдемана неприменимо для этапов пастбищных цепей, включающих паразитов. Поскольку паразиты используют готовые питательные вещества хозяина, то эффективность их усвоения намного выше, чем при потреблении органического вещества корма другими организмами. Паразитам не нужно затрачивать энергию на процессы переваривания пищи, так как эту функцию выполняет хозяин. Получая питательные вещества от хозяина, паразит их практически полностью усваивает, поэтому он не теряет часть энергии в составе непереваренных остатков (экскрементов). Из этого следует, что в пищевых цепях, включающих паразитов, не будет соблюдаться правило Линдемана.
Некоторые ученые считают, что правило Линдемана соблюдается в экосистеме только при наличии оптимальных условий среды и при полной обеспеченности кормом.
*Экологические пирамиды
Если на каждом трофическом уровне пищевой цепи определить число особей или их биомассу (количество накопленного органического вещества), или количество заключенной в ней энергии, то станет очевидным уменьшение этих величин по мере продвижения к концу цепи питания. Эту закономерность впервые установил британский эколог Ч. Элтон в 1927 г. Он назвал ее правилом экологической пирамиды и предложил выражать графически. Если любую из вышеуказанных характеристик трофических уровней изобразить в виде прямоугольников с одинаковым масштабом и расположить их друг над другом соответственно порядку трофических уровней в цепи питания, то получится экологическая пирамида.
Известны три типа экологических пирамид — чисел, биомассы, энергии. Пирамида чисел отражает среднее число особей на каждом трофическом уровне пищевых цепей, необходимых для питания организмов, находящихся на последующем трофическом уровне.
Однако в некоторых цепях питания второй трофический уровень (консументы I порядка) численно может быть богаче первого трофического уровня (продуцентов). Примером может служить цепь питания, состоящая из лиственных деревьев, листогрызущих насекомых, мелких насекомоядных и крупных хищных птиц. В этом случае пирамида чисел получится неправильной формы. Но, если на первом трофическом уровне мы укажем не число деревьев, а количество листьев, съеденных гусеницами, которые служат кормом синицам в цепи питания (листья дуба → гусеницы → синицы), пирамида чисел будет иметь правильную форму.
Пирамида биомассы отражает количество органического вещества, накопленного на каждом трофическом уровне пищевой цепи. Пирамида биомассы в наземных экосистемах имеет правильную форму. А в водных экосистемах биомасса второго трофического уровня, как правило, больше биомассы первого при определении ее в конкретный момент. Поэтому пирамида биомассы для водных экосистем получается перевернутой. Но, поскольку водные продуценты (фитопланктон) имеют высокую скорость образования продукции при небольшом запасе собственной биомассы, то в конечном итоге их суммарная биомасса за сезон или за год все равно будет больше биомассы консументов I порядка. А это значит, что в водных экосистемах по биомассе также соблюдается правило экологической пирамиды.
Пирамида энергии отражает количество энергии, содержащейся в органическом веществе каждого трофического уровня цепи питания. Ее форма свидетельствует о закономерном расходовании энергии при переходе от одного трофического уровня к другому.
Таким образом, запас вещества и энергии, накопленный растениями в пастбищных пищевых цепях, быстро расходуется (выедается), поэтому эти цепи не могут быть длинными. Обычно они включают от трех до пяти трофических уровней.
Повторим главное. В пастбищных цепях питания переход энергии и биомассы от одного трофического уровня к другому подчиняется правилу 10 %, или правилу Линдемана. Графическое выражение данной закономерности получило название правила экологической пирамиды. Для ряда пастбищных цепей питания можно построить три типа экологических пирамид — чисел, биомассы и энергии.
Проверим знания
1. Сформулируйте правило Линдемана. В чем суть правила экологической пирамиды?
* 2. Какие бывают типы экологических пирамид? В чем особенность пирамиды чисел?
3. Объясните, почему в экосистеме нельзя применять правило Линдемана для этапов пастбищных цепей, включающих паразитов.
*4. Объясните, почему в водных экосистемах экологическая пирамида биомассы имеет перевернутую форму в конкретный момент, но правильную форму при оценке биомассы за сезон или за год.
*1. Масса новорожденного дельфина косатки составляет 150 кг. Составьте его цепь питания и подсчитайте, какая масса фитопланктона должна образоваться в море, чтобы обеспечить прирост зоопланктона, достаточный для питания рыбы, послужившей кормом дельфину, достигшему массы 500 кг. В данной цепи питания соблюдается правило 10 %.
*2. Пастбищная цепь луга включает следующие пищевые звенья:
луговые травы → кузнечик→ лягушка → змея.
Определите биомассу луговых трав, потребленную в данной цепи питания за лето, если прирост биомассы змеи за этот период составил 0,05 кг. В данной цепи питания соблюдается правило 10 %.
*Индивидуальное домашнее задание. В пастбищной цепи леса биомасса продуцентов содержит 6,2 · 10 4 кДж энергии, биомасса консументов II порядка — 2,2 · 10 2 кДж энергии. Рассчитайте, на отстрел какого количества косуль (консументы I порядка) можно выдать лицензию, чтобы соблюдалось правило Линдемана при переходе к консументам II порядка, если в приросте биомассы одной косули сохраняется 500 кДж энергии.
Источник