Практ. 4
1. Постройте экологическую пирамиду чисел для степи (летом), если количество особей, кроме микроорганизмов и почвенных животных, на 1000 м2 составляет: продуцентов — 1 400 000; консументов I порядка — 200 000; консументов II порядка — 1.
2. Сколько потребуется растений, чтобы в лесу вырос волк и смог достичь массы 40 кг? Пищевая цепь: растения → заяц → волк.
40 кг волка — это 10 % биомассы от зайцев, которые необходимы для волка, а масса зайцев — это 10% биомассы растений, которые нужны, чтобы прокормить всех зайцев. Соответственно масса зайцев 40х100/10 = 400 кг. 400 кг зайцев необходимо волку. Масса растений — это 400х100/10 = 4000 кг. Это масса растений, необходимая для 400 кг зайцев.
3. Используя правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (правило 10%), постройте пирамиды биомассы и численности для следующей пищевой цепи луга: растения → кузнечик → лягушка → уж → змееяд. Данные для работы: биомасса всех растений луга — 400 000 кг; одного побега травянистого растения — 5 г (0,005 кг); кузнечика — 1 г (0,001 кг); лягушки — 10 г (0,01 кг); ужа — 100 г (0,1 кг); змееяда — 2 кг.
4. Рассмотрите пищевую цепь: злаки → кузнечики → лягушки → змеи → орлы. Определите биомассу злаков (в тонах), необходимую для того, чтобы суммарный прирост биомассы птиц за год составлял 20 кг, если известно, что в 1 кг растений аккумулируется 100 кДж энергии, а 1 кг биомассы птиц соответствует 20 кДж.
1 кг птиц — 20 кДж, а 20 кг птиц — 400 кДж. Переходя от птиц к злакам по трофическим уровням и применяя обратное правило Линдемана, мы высчитали, что для того, чтобы птицам дошло 400 кДж энергии, нам необходимо 4 000 000 кДж энергии от злаков.
Орлы — 400 кДж
Змеи — 4 000 кДж
Лягушки — 40 000 кДж
Кузнечики — 400 000 кДж
Злаки — 4 000 000 кДж
1 кг злаков — 100 кДж, а 4 000 000 кДж — это 40 000 кг.
Ответ: 40 000 кг (40 тонн) злаков.
5. Одна мышь биомассой 5 г рождает двух детёнышей массой 1 г и 0,5 г. За 3-4 недели выкармливания детёнышей молоком их масса составит 5 г и 4 г соответственно. На основании правила экологической пирамиды определите, какая биомасса зерна необходима самке, чтобы выкормить своё потомство.
В данном случае детёныши мыши не будут участниками пищевой цепи, т. к. мышь их не ест. Поэтому мы считаем, что прирост для мышат равен приросту для матери. Пищевая цепь будет выглядеть следующим образом:
Сумма исходных масс мышат равна 1,5 г., а их масса после выкармливания равна 9 г. Соответственно прирост будет равен 7,5 граммам (9-1,5 = 7,5).
По обратному правилу Линдемана 7,5 граммам мышат соответствует 75 граммов зерна.
Ответ: 75 граммов.
6. На определённой территории живут зайцы, биомасса каждого из них отличается на 0,2 кг. Биомасса самого маленького зайца — 1,6 кг, а самого большого — 5 кг. Масса одной лисицы в 20 раз меньше суммарной массы всех зайцев, найдите среднюю одной лисы. Вычислите, сколько лис могут существовать на данной территории, если они питаются только зайцами.
Суммарная масса всех зайцев равна 59,4 кг. (1,6 + 1,8 + 2 …+ 4,8 + 5).
Средняя масса лисы в 20 раз меньше массы всех зайцев. Значит средняя масса одной лисы = 59,4/20 = 2,97 кг.
По правилу Линдемана биомасса лис равно 5, 94 кг. (10% от 59,4 кг.)
Количество лис = 5, 94/2,97 = 1,93 ≈ 2.
Ответ: средняя масса лисицы = 2, 97 кг; 2 лисы могут существовать на данной территории.
7. Рассчитайте количество консументов III порядка в лесу, где энергия всех продуцентов составляет 1000 кДж. Известно, что одна особь искомых консументов весит 100 г, а в 1 кг массы запасается 1000 Дж энергии.
Продуценты → КI → КII → КIII.
По правилу Линдемана до Консументов III доходит 1 кДж
Продуценты – 1000 кДж
КI – 100 кДж
КII – 10 кДж
КIII – 1 кДж
1 кДж = 1000 Дж = 1 кг массы КIII
1 особь – 100г. 1 кг (1000г) / 100г = 10 особей
Ответ: 10 особей.
8. Сделайте вывод о практическом значении правила Линдемана.
Используя это правило, можно рассчитать примерное количество энергии на любом трофическом уровне цепи питания, если её показатель известен хотя бы на одном из них. А практическое значение правила Линдемана очень невелико. Оно соблюдается в экосистеме только при наличии оптимальных условий среды и полной обеспеченности кормом
Источник
Практ. 3
1. Определите, что изображено на рисунке:
Сеть питания, тип возрастной пирамиды популяции животного, цепь питания, экологическая пирамида (нужное подчеркните).
2. Постройте экологическую пирамиду чисел для степи (летом), если количество особей, кроме микроорганизмов и почвенных животных, на 1000 м^2 составляет: продуцентов — 1 400 000; консументов первого порядка (растительноядных животных) — 200 000; консументов второго порядка (хищников) — 1. Масштаб изображения произвольный
3. Сколько потребуется растений, чтобы в лесу вырос волк и смог достичь массы 40 кг? Пищевая цепь: растения → заяц → волк
4. Используя правило перехода энергии с одного трофического уровня на другой (правило 10%), постройте пирамиды биомассы и численности для следующей пищевой цепи луга: растения → кузнечики → лягушки → ужи → змееяд. Данные для работы: биомасса всех растений луга — 40 000 кг; одного побега травянистого растения — 5 г (0.005 кг); кузнечика — 1 г (0.001 кг); лягушки — 10 г (0.01 кг); ужа — 100 г (0.1 кг); змееяда — 2 кг.
Пирамида 1 — биомассы; пирамида 2 — численности.
5. Рассмотрите пищевую цепь: злаки → кузнечики → лягушки → змеи → орлы. Определите биомассу злаков (т), необходимую для того, чтобы суммарный прирост биомассы птиц за год составил 20 кг, если известно, что в 1 кг растений аккумулируется 100 кДж энергии, а 1 кг биомассы птиц соответствует 20 кДж.
- 20 · 20 = 400 (кДж — энергии аккумулирует 20 кг биомассы птиц).
- 4 млн : 100 = 4000 (кДж — должны аккумулировать злаки).
6. Одна мышь биомассой 5 г рожает двух детенышей массой 1 г и 0.5 г. За 3-4 недели выкармливания детенышей молоком их масса становится 5 г и 4 г соответственно. На основании правила экологической пирамиды определите, какая биомасса зерна необходима самке, чтобы выкормить свое потомство.
- Зерно → мышь;
- масса, набранная детёнышами: 4 + 3 = 7 (г);
- 7 · 10 = 70 (грамм — зерна мыщь должна потребить).
7. На определенной территории живут зайцы, биомасса каждого из них отличается на 0.2 кг. Биомасса самого маленького зайца — 1.6 кг, а самого большого — 5 кг. Масса одной лисы в 20 раз меньше суммарной массы всех зайцев. Найдите среднюю массу одной лисы. Вычислите, сколько лис могут существовать на данной территории, если они питаются только зайцами.
- 1.6 кг до 5 кг (с шагом в 0.2 кг) = 60 кг (18 зайцев);
- 60 : 20 = 3 (кг — масса одной лисы);
- зайцы → лисы;
- 6 : 3 = 2 (количество лис, которые могут существовать на данной территории).
Источник
3.3. Экологическая пирамида.
В любой трофической цепи не вся пища используется на рост особи, т.е. на накопление ее биомассы. Часть ее расходуется на удовлетворение энергетических затрат организма (дыхание, движение, размножение, поддержание температуры тела).
При этом биомасса одного звена не может быть полностью переработана последующим, и в каждом последующем звене трофической цепи происходит уменьшение биомассы.
В среднем считается, что лишь порядка 10% биомассы и связанной в ней энергии переходит с каждого трофического уровня на следующий, т.е. продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше в среднем в 10 раз продукции предыдущего уровня.
Так, например, в среднем из 1000 кг растений образуется 100 кг биомассы растительноядных животных (консументов первого порядка). Плотоядные животные (консументы второго порядка), поедающие растительноядных, могут синтезировать из этого количества 10 кг своей биомассы, а хищники (консументы третьего порядка), которые питаются плотоядными животными, синтезируют только 1 кг своей биомассы.
Таким образом, суммарная биомасса, заключенная в ней энергия, а также численность особей прогрессивно уменьшаются по мере восхождения по трофическим уровням.
Эта закономерность получила название правила экологической пирамиды.
Данное явление впервые было изучено Ч.Элтоном (1927 г.) и названо им пирамидой чисел или пирамидой Элтона.
Экологическая пирамида — это графическое изображение соотношения между продуцентами и консументами разных порядков, выраженное в единицах биомассы (пирамида биомасс), числа особей (пирамида численности) или заключенной в массе живого вещества энергии (пирамида энергии) (рис.6).
Рис.6. Схема экологической пирамиды.
Экологическая пирамида выражает трофическую структуру экосистем в геометрической форме.
Различают три основных типа экологических пирамид: пирамида чисел (численности), пирамида биомассы и пирамиды энергии.
1) пирамиды чисел, основанные на подсчете организмов каждого трофического уровня; 2) пирамиды биомассы, в которых используется суммарная масса (обычно сухая) организмов на каждом трофическом уровне; 3) пирамиды энергии, учитывающие энергоемкость организмов каждого трофического уровня.
Пирамиды энергии считаются самыми важными, поскольку они непосредственно обращаются к основе пищевых отношений — потоку энергии, необходимой для жизнедеятельности любых организмов.
Пирамида чисел (численности)
Пирамида чисел (численности) или пирамида Элтона отражает численность отдельных организмов на каждом трофическом уровне.
Пирамида численности представляет собой наиболее простое приближение к изучению трофической структуры экосистемы.
При этом сначала подсчитывают число организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим уровням и представив в виде прямоугольника, длина (или площадь) которого пропорциональна числу организмов, обитающих на данной площади (или в данном объеме, если это водная экосистема).
Пирамида численности может иметь правильную форму, т.е. суживаться кверху (правильная или прямая), а может быть и перевернутой вершиной вниз (перевернутая или обращенная) рис.7.
правильная (прямая) перевернутая (обращенная)
(пруд, озеро, луг, степь, пастбище и др.) (лес умеренного пояса летом и др.)
Рис.7. Пирамида численности (1 – правильная; 2- перевернутая)
Пирамида численности имеет правильную форму, т.е. сужается при продвижении от уровня продуцентов к более высоким трофическим уровням, для водных экосистем (пруд, озеро и др.) и наземных экосистем (луг, степь, пастбище и др.).
тысяча особей фитопланктона в небольшом пруду может прокормить 100 особей мелких ракообразных – консументов первого порядка, которые в свою очередь прокормят 10 особей рыб – консументов второго порядка, которых будет достаточно, чтобы прокормиться 1 окуню – консументу третьего порядка.
Пирамида численности для некоторых экосистем, например для леса умеренного пояса, имеет перевернутую форму.
в лесу умеренного пояса летом небольшое количество больших деревьев — продуцентов снабжает пищей огромное количество небольших по размеру насекомых-фитофагов и птиц — консументов первого порядка.
Однако в экологии пирамида численности употребляется редко, так как из-за большого числа особей на каждом трофическом уровне очень трудно отобразить структуру биоценоза в одном масштабе.
Пирамида биомассы отражает более полно пищевые взаимоотношения в экосистеме, так как в ней учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня.
Прямоугольники в пирамидах биомассы отображают массу организмов каждого трофического уровня, отнесенную к единице площади или объема.
Пирамиды биомассы, так же, как и пирамиды численности, могут быть не только правильной формы, но и перевернутыми (обращенными) рис.8.
Консументы 1 порядка
правильная (прямая) перевернутая (обращенная)
(наземные экосистемы: (водные экосистемы: озеро,
луг, поле и др.) пруд и особенно морские
Рис.7. Пирамида биомасс (1 – правильная; 2- перевернутая)
Для большинства наземных экосистем (луг, поле и др.) суммарная биомасса каждого последующего трофического уровня пищевой цепи уменьшается.
Это создает пирамиду биомасс, где существенно преобладают продуценты, а над ними располагаются постепенно уменьшающиеся трофические уровни консументов, т.е. пирамида биомасс имеет правильную форму.
в среднем из 1000 кг растений образуется 100 кг тела растительноядных животных – консументов первого порядка (фитофагов). Плотоядные животные – консументы второго порядка, поедающие растительноядных, могут синтезировать из этого количества 10 кг своей биомассы. А хищники – консументы третьего порядка, питающиеся плотоядными животными, синтезируют только 1 кг своей биомассы.
В водных экосистемах (озеро, пруд и др.) пирамида биомасс может быть перевернутой, где биомасса консументов преобладает над биомассой продуцентов.
Это объясняется тем, что в водных экосистемах продуцентом является микроскопический фитопланктон, быстро растущий и размножающийся), который в достаточном количестве непрерывно поставляет живую пищу консументам, намного медленно растущим и размножающимся. Зоопланктон (или другие животные, питающиеся фитопланктоном) накапливают биомассу годами и десятилетиями, тогда как фитопланктон имеет крайне короткий период жизни (несколько дней или часов).
Источник