Лабораторная работа №9 Письменно выполните задания к лабораторной работе

Экосистема. Потоки вещества и энергии

Цель занятия: получить представление о направлении потока энергии и круговороте веществ в экосистеме. Сформировать навыки решения задач, основанных на правиле «десяти процентов». Рассмотреть особенности агроценозов.

Теоретические сведения

В пределах экосистемы по цепям и сетям питания происходит круговорот веществ и каскадный перенос энергии. Цепи питания обычно начинаются с автотрофных растений – продуцентов, дальнейшие звенья представлены фитофагами и зоофагами – консументами. Третья группа организмов – редуценты – обеспечивает минерализацию органики в экосистеме.

Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Энергия распространяется в космическом пространстве в виде электромагнитных волн, и небольшая часть ее, составляющая примерно 10,5´10⁶ кДж/м² в год, захватывается Землей. Примерно 19% этой энергии поглощается при прохождении через атмосферу, 34% отражается и 47% достигает поверхности. Из этого числа только 1-5% усваивается в процессе фотосинтеза зелеными растениями в ходе синтеза органических молекул.

Пища, поглощаемая консументом, усваивается не полностью: от 12 до 20% у некоторых растительноядных, до 75% и более у плотоядных. Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических процессов, которые называют тратойна дыхание, оцениваемой общим количеством СО₂, выделенного организмом. Значительно меньшая часть идет на образование тканей и некоторого запаса питательных веществ. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Кроме того, значительная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и, особенно, при активной мышечной работе. В конечном итоге вся энергия, использованная на метаболизм, превращается в тепловую и рассеивается в окружающей среде.

Таким образом, большая часть энергии при переходе с одного трофического уровня на другой, более высокий, теряется.  Приблизительно потери составляют около 90%: на каждый следующий уровень передается не более 10% энергии от предыдущего уровня. Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т. е. 0,1 % от калорийности растительной пищи. Поэтому чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу энергии. Поэтому число трофических уровней обычно не бывает больше 4 -5.

Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем реальна, поскольку трофические цепи экосистем сложно переплетаются, образуятрофические сети. Ноконечный итог всегда: рассеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, должна возобновляться.

Различают два главных типа пищевых цепей – пастбищные и детритные.

Пастбищная пищевая цепь – это цепь, в которой первый трофический уровень занимают продуценты, второй - пастбищные животные и третий - хищники. Тела погибших растений и животных содержат энергию и «строительный материал». Эти органические вещества используют сапрофиты и редуценты.

Детритная пищевая цепь начинается с разложения мертвой органики (детрита). Детритофагами могут в свою очередь питаться более крупные организмы, и тогда создается пищевая цепь другого типа – цепь, начинающаяся с детрита: «детрит – детритофаг – хищник».

Агроценоз – искусственный биоценоз, созданный и поддерживаемый деятельностью человека. Примером агроценоза может быть засеянное поле, огород, сад, аквариум и т. п. Такой биоценоз неустойчив и без проведения соответствующих мероприятий по регулированию видового состава будет постепенно вытеснен «диким» биоценозом (зарастание поля).

Задания к лабораторной работе

Задание 1.Постройте пищевые цепи для степных, луговых, лесных, речных, озерных, морских экосистем. Соблюдайте правила построения и верное направление стрелок.

Задание 2.Рассмотрите схему потока энергии в экосистеме. Обозначьте роль каждого из трофических звеньев. Что означают направленные вниз стрелки?

Рисунок – Схема потока энергии в экосистеме

Задание 3.Решите задачи:

1.       Масса злаковых растений в лесу составляет 10 г/м². Определите площадь, необходимую для жизни паре сов массой 1 кг.

2.       На участке хвойного леса обитает куница массой 2,3 кг. Масса шишек (основного корма жертв куницы – бéлок)составляет 60 кг/га. Определите площадь индивидуального участка куницы.

3.                Кит массой 10 т обитает в акватории, в которой планктон (основной корм кита) распределен в количестве 0,2 кг/м². Определите площадь акватории.

4.                Скопа – монофаг, питается исключительно рыбой. Определите акваторию, необходимую для питания 1 скопы массой 2,3 кг, если рыба в водоеме в среднем распределена в количестве 0,03 кг/м².

5.                Какая площадь питания необходима для выкармливания белого медведя весом 500 кг в цепи питания: планктон - мелкая рыба - крупная рыба - ластоногие - белый медведь, если продуктивность мелкой рыбы  15 г/м²? Выполнив расчеты, изобразите данную пищевую цепь в виде экологической пирамиды, обозначив трофические уровни. Изменится ли   конфигурация пирамиды для водной экосистемы в зимнее время, если да, то каким образом и почему?

Задание 4.Заполните таблицу.

Таблица 17 – Сравнительная характеристика агроценоза и естественного биоценоза

Контрольные вопросы

1.                      В чем связь правил экологической пирамиды и 10%?

2.                     От чего зависит длина пищевой цепи?

3.                      Почему агроценоз является неустойчивой по времени системой?