Практикум. 10-11 классы профиль. Решение сложных экологических задач по теме «Экологические пирамиды. Балансовое равенство»

Практикум. 10-11 классы профиль. Решение сложных экологических задач по теме «Экологические пирамиды. Балансовое равенство»

ЗАДАЧА 1. Доля неусвоенной пищи у консумента третьего порядка составляет 40%, причем на прирост биомассы он затрачивает 20% усвоенной энергии, а остальная энергия расходуется на процессы жизнедеятельности. Какое количество энергии (ккал) расходуется на процессы жизнедеятельности, если на первом трофическом уровне запас энергии составляет 1,25 * 10⁵ ккал, а передача энергии с первого трофического уровня на второй и со второго на третий протекает в соответствии с правилом 10%?

Решение:

1. Строим пирамиду на 4 уровня.

2. Т.к запас энергии на первом трофическом уровне составляет 1.25

*10⁵ ккал, то по правилу Линдемана (10%), на 3 трофическом уровне будет 1.25*10³ ккал.

1. Т.к у консументов 3 порядка доля неусвоенной пищи составляет40%, значит доля усвоенной составляет 60%. 1.25*10³ – 100%

Х – 60%

Х=750 ккал.

1. Т.к у консументов 3 порядка 20% от усвоенной пищи ( энергия консументов 2 порядка) идёт на прирост биомассы, то 80% идёт на процессы жизнедеятельности.

750 – 100%

Х – 80%

Х= 600 ккал.

Ответ: 600 ккал.

ЗАДАЧА 2. Продуцентами болота, где в текущем году обитают 10 цапель, за вегетационный период запасено 3,6*10⁶ кДж энергии, 1/3 часть которой ежегодно используется в детритных цепях питания. Определите количество цапель, которое сможет прокормиться на этом болоте в следующем году, если прирост биомассы одной цапли (единственный консумент третьего порядка) за год составляет 0,2 кг. В 100 граммах консументов содержится 100 кДж энергии, процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Линдемана.

Решение:

1. Составляем пирамиду на 4 уровня.

2. Т.к. продуцентами болота за вегетационный период запасено 3,6*10⁶ кДж энергии, а 1/3 часть используется в детритных цепях питания, то

получим, что 1.2*10⁶ кДж (3.6*10⁶/3) используется в детритных цепях, значит в пастбищной цепи используется 2.4*10⁶ кДж (3.6*10⁶ -1.2*10⁶ ).

1. 2.4*10⁶ кДж энергии – это энергия 1 трофическом уровне (продуценты), значит по правилу Линдемана (10%), на 4 трофическом уровне (консументы 3 порядка, цапля) будет 2.4*10³ кДж.

2. Т.к. в 100г консументов содержится 100 кДж энергии, то в 0.2 кг (200 г) будет 200 кДж энергии (энергия на 1 цаплю). Тогда на 10 цапель приходится 2000 кДж энергии.

3. Найдём лишнюю энергию (прирост) разницей между энергией консументов третьего порядка и энергией на 10 цапель:

2400-2000=400 кДж.

1. В следующем году энергия будет равна 2400 (2.4*103) + 400 = 2800 кДж.

2. Рассчитываем количество цапель на 2800 кДж энергии:

1 цапля – 200 кДж

Х цапель - 2800 кДж Х=14 цапель.

Ответ: 14 цапель

ЗАДАЧА 3. Дана пищевая цепь: цветущая гречиха цветочная муха жаворонок сокол. На первом трофическом уровне энергетический запас составляет 4*10³ кДж энергии. На втором и третьем трофических уровнях на прирост биомассы организмы тратят по 10% своего пищевого рациона. Рассчитайте, сколько энергии (кДж) тратят на дыхание консументы третьего порядка, если на прирост биомассы они расходуют 15% энергии усвоенной пищи, с экскрементами удаляется 15% энергии рациона.

Решение:

1. Строим пирамиду на 4 уровня.

2. 4*10³ кДж энергии – это энергия 1 трофическом уровне (продуценты, цветущая гречиха), значит по правилу Линдемана (10%), на 3 трофическом уровне (консументы 2 порядка, жаворонок) будет 40 кДж энергии.

3. Т.к у консументов 3 порядка с экскрементами удаляется 15% энергии рациона, то

40 кДж – 100%

Х – 15%

Х= 6 кДж.

1. Теперь считаем, сколько будет усвоенной пищи: 40-6=34 кДж.

2. На прирост биомассы консументы третьего порядка расходуют 15% энергии усвоенной пищи:

34 кДж – 100%

Х - 15%

Х= 5.1 кДж.

1. Значит на дыхание консументы третьего порядка тратят: 40-6-5.1=28.9 ≈29 кДж.

Ответ: 29 кДж.

ЗАДАЧА 4 В экосистеме консументы второго порядка запасают 2 *105 кДж энергии. Сколько процентов от валовой первичной продукцией запасается в виде чистой первичной продукции, если известно, что продуценты данной экосистемы поглощают 8 на*10⁹ кг солнечной энергии, а КПД фотосинтеза составляет 1%? Переход энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом 10%.

Решение:

1. Составим пирамиду, содержащую 3 уровня.

2. Через КПД фотосинтеза найдем энергию, находящуюся на первом трофическом уровне.

8*10⁹ – 100%

Х - 1% Х=8*10⁹/100=8*10⁷ кДж

Данная энергия является всей первичной продукцией, созданной продуцентами, значит она является валовой первичной продукцией.

1. Осуществим перенос энергии с первого трофического уровня на второй по правилу 10%, находим, что энергия консументов первого порядка составляет 8*10⁶ кДж. Это та энергия, которую консументы первого порядка могли бы поглотить.

1. Осуществим перенос энергии с третьего трофического уровня на второй и найдем энергию консументов первого порядка, которую они поглотили. Она составляет 2*10⁶ кДж.

2. Найдем какой % количество поглощенной энергии составляет от энергии, которую консументы первого порядка могли бы поглотить(ЧПП).

8*10⁶- 100%

2*10⁶- Х

Х=2*10⁶*100/ 8*10⁶=25%

Ответ: 25%.

ЗАДАЧА 5 Прирост автотрофного компонента в озере за лето составил 40 кг. Карп питается личинками насекомых (I цепь питания, соблюдается правило Линдемана) и растительной пищей (II цепь, переход энергии = 15%). Чему равна биомасса (кг) личинок, употреблённых в пищу за летний период, если прирост карпов за счет растительного рациона составил 80%? Единицы массы продукции продуцентов и консументов содержат одинаковый запас энергии.

Решение:

1. Строим 2 пирамиды по 2 трофических уровня (пирамида 1: личинки-карп и пирамида 2: растительная пища-карп).

2. Пусть в 1 кг продуцентов и 1 кг консументов – 100 ккал, значит в 40 кг продуцентов – 4000 ккал.

3. В пирамиде 2 находим запас энергии на 2 трофическом уровне: переход энергии = 15%, значит 4000 ккал * 0,15 = 600 ккал энергии, значит прирост карпа за счет растительной пищи 6 кг.

4. Прирост карпа за счёт растительной пищи составляет 80% от всего прироста, значит весь прирост будет:

6 кг – 80% Х кг – 100%

Х=7.5 кг, следовательно прирост за счёт вскармливания личинками будет равен 1.5 кг (7.5-6).

1. 1.5 кг консументов равно 150 ккал энергии.

2. Подставляем в 1 пирамиду 150 ккал энергии консументов, т.к. соблюдается правило Линдемана, значит энергия личинок равна 1500 ккал и это составляет 15 кг.

Ответ: 15 кг.

Задача 6. Продуценты леса поглощает 10⁸ ккал солнечной энергии. Какое максимальное количество сов (консументов второго порядка) прокормиться в данной экосистеме, если масса одной совы составляет 500 г, а в 100 г её тело содержится в 80 ккал энергии? КПД фотосинтеза в лесу составляет 1%. Продуценты расходуют на процессы жизнедеятельности 60% валовой первичной продукции. Переход энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом 10%.

Решение:

1. Составим трехуровневую пирамиду.

2. Через КПД фотосинтеза найдем энергию на первом трофическом уровне. Вся поступающая солнечная энергия составляет 100%, а энергия, которую поглощают продуценты составляет 1%.

1*10⁸- 100%

Х- 1%

Х=1*10⁸/100=1*10⁶ ккал

1. Найдем количество энергии, которая перейдет на второй трофический уровень. Так как 60% энергии продуценты расходуют на процессы жизнедеятельности, то на второй трофический уровень перейдет только 40% всей энергии продуцентов.

1*10⁶- 100%

Х- 40%

Х=1*10⁶*40/100= 4*10⁵ ккал

1. Осуществим перенос энергии по правилу 10% на третий трофический уровень. Количество энергии составит 4*10³ ккал

2. Найдем массу консументов второго порядка, содержащих энергию 4*10³ ккал:

80 ккал - 100г тела консументов 2 порядка

4*10³ ккал- Х г

Х=4*10³*100/80=5000г

1. Найдем количество сов, вмещающих в себя массу консументов второго порядка:

1 сова- 500г Хсов- 5000г

Х=5000/500= 10 сов

Ответ: 10 сов.