Глава 9. Задачи по экологии
Предлагаются задачи различного уровня сложности, многие из них аналогичны задачам, которые предлагались абитуриентам в последние годы на централизованном и репетиционном тестированиях. Данные экологические задачи позволяют проверить не только экологические знания, но и математические способности учеников.
Словарь терминов, знание которых необходимо для решения задач по экологии.
Трофический уровень – совокупность организмов, объединённых типом питания.
Первый трофический уровень – автотрофные организмы (зелёные растения, фото- и хемосинтезирующие бактерии), продуценты, создающие органические вещества из неорганических за счёт солнечной или химической энергии.
Второй трофический уровень – растительноядные животные, паразитические растения (консументы 1-го порядка), потребляющие органические вещества, созданные продуцентами и усваивающие 10 % энергии, заключённой в созданных ими органических веществах.
Третий трофический уровень – плотоядные животные: мелкие хищники первого порядка (консументы 2-го порядка), потребляющие травоядных животных и усваивающие 10% энергии, заключённой в созданных ими органических веществах.
Четвёртый трофический уровень – плотоядные животные, крупные хищники (консументы 3-го порядка), потребляющие консументов 2-го порядка и усваивающие 10% энергии в созданных ими органических веществах.
Трофические (пищевые) цепи и сети – ряды организмов, связанных друг с другом пищевыми взаимоотношениями, через которые в экосистеме происходит передача вещества и энергии.
Экологические пирамиды – графическое изображение соотношения между организмами, составляющими трофические уровни в экосистеме, выраженное в числе особей (пирамида численности), единицах массы (пирамида биомассы) или заключённой в ней энергии (пирамида энергии). Высота пирамиды определяется длиной пищевой цепи.
Закономерность цепей питания (правило Линдемана – «правило 10 %») – с одного трофического уровня на другой через пищевые цепи переходит 5–15 % (в среднем около 10 %) энергии предыдущего уровня (90 % энергии организмы в каждом звене пищевой цепи теряют в результате поддержания процессов жизнедеятельности, то есть 90 % энергии преобразуется в другие виды энергии).
Биомасса – суммарная масса всех организмов экосистемы или отдельных её трофических уровней, произведённая за единицу времени и отнесённая к единице площади или объёма среды обитания.
Продукция – прирост биомассы, созданный организмами экосистемы за единицу времени на единицу площади или объёма.
Валовая первичная продукция – количество органического вещества, созданного растениями в результате фотосинтеза за определённый отрезок времени на единице пространства.
Чистая первичная продукция – величина прироста биомассы растений экосистемы, составляющая разницу между количеством валовой первичной продукции и количеством продукции, которая используется самим фотоавтотрофным организмом на дыхание, транспирацию и другие нужды. Именно чистая первичная продукция доступна для использования в пищевых цепях травоядными консументами
Вторичная продукция – биомасса, созданная консументами каждого трофического уровня за единицу времени на единице пространства.
Балансовое равенство: С=Р+R+F, где С –энергия потреблённой пищи, Р – энергия, потраченная на прирост (на построение новых тканей), то есть доступная для организмов последующего трофического уровня, R –энергия, потраченная на дыхание (не передаётся на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы), F – потеря энергии с эскрементами.
Для успешного решения экологических задач ученику необходимо:
1) знание основных экологических терминов;
2) знание правила Линдемана;
3) знание единиц и размерностей физических величин (массы, площади, энергии) в СИ;
4) умение составлять пропорции;
5) умение осуществлять простейшие математические действия: умножение, деление, нахождение части от целого, вычисление процентов.
Алгоритм решения задач по экологии.
Составляем схему цепи питания в данном биогеоценозе: продуценты → консументы 1-го порядка (травоядные животные) → консументы 2-го порядка (плотоядные животные, хищники 1-го порядка) → консументы 2-го порядка (плотоядные животные, хищники высшего порядка) → и т. д.
Строим экологическую пирамиду, обозначая трофические уровни (основание пирамиды – продуценты, последующие уровни – консументы 1-го, 2-го и т. д. порядков) Для удобства можно нанести на каждый трофический уровень названия организмов, упомянутых в задаче.
Запишем все данные задачи, нанося их рядом с соответствующим трофическим уровнем экологической пирамиды: справа – то, что дано в задаче, слева - то, что в задаче надо найти:
Найти-…?
Дано:……
Переведём все данные в задаче значения в одну систему единиц (СИ): кг, ккал, кДж и т. п.
В дальнейшем в зависимости от типа экологической задачи при решении используем:
- правило Линдемана;
- составление пропорции;
- математические вычисления:
общая энергия (масса) организмов данного трофического уровня
количество организмов на трофическом уровне = -------------------
энергия (масса) одного организма данного трофического уровня
биомасса (энергия) всех организмов
на одном трофическом уровне = масса (энергия) одного организма x количество организмов на этом уровне
При решении задачи следует поэтапно записывать свои действия, письменно комментируя решение, отражающее логику ваших суждений.
Запишите полученный ответ, обратив внимание на то, в каком виде, по условию задачи, необходимо записать ответ (часто в виде целого числа).
Дана пищевая цепь: злаки – кузнечики – лягушки – змеи – орел. Используя правило экологической пирамиды, постройте пирамиду биомасс, исходя из того, что за период развития орла его масса составила 5 кг.