Практические занятия по теме 9 (6 часов)

1. Обсуждение содержания темы «Трофическая структура экосистемы». Контрольные вопросы:

1. Дайте определение терминам «пищевая цепь» и «трофический уровень». Приведите примеры.

2. В чём сходство и различие обобщённой трофической структуры экосистем гилеи, северных морей и тундры (рис. 9.1 – 9.3)?

3. Как связано наличие двух типов пищевых цепей с устойчивостью экосистем? В чём экологический смысл направления более 50% потока энергии в детритную цепь?

4. Сделайте подробный анализ упрощённой схемы потока энергии в пищевой цепи (по Ю. Одуму, 1986).

5. Нарисуйте схему и объясните значение основных элементов универсальной модели потока энергии.

6. Что такое «экологическая эффективность»? Как рассчитать эффективность фотосинтеза? Приведите формулы.

7. Какая из экологических пирамид в автотрофных экосистемах всегда имеет вид «нормальной» пирамиды? Почему пирамида биомасс в океане может быть «перевернутой»?

8. Закон Линдемана или правило 10% – в пищевой цепи только 10% поступившей энергии передаётся на следующий трофический уровень. 10% – величина приблизительная! Следствия из закона Линдемана (при фиксированной величине первичной продуктивности): 1) чем более высокий трофический уровень вы занимаете, тем меньше энергии вам достается; 2) чем более высокий трофический уровень вы занимаете, тем обширнее должны быть ваши «охотничьи угодья». На каких законах физики базируется это правило?

9. Почему население беднейших стран питается почти исключительно растительной пищей; не выгоднее ли развивать животноводство и питаться более калорийной вторичной продукцией?

10. Что будет, если питаться одной только картошкой?

2. Проверка правильности выполнения «обучающих тестов» к теме 9.

3. Обсуждение и проверка домашнего задания по теме 9.

4. Подготовка к промежуточному тестированию и/или контрольной работе по темам 8 и 9.

Обсуждение подготовки к выполнению заданий по теме 10. Демонстрация образцов выполнения заданий.

5. Аудиторная практическая работа

Задание 1.

Дано: пастбищная пищевая цепь, в которой «течёт» 20 % от ЧПП в элементарной экосистеме (NU = 80%); затраты на дыхание – 40 % от ВПП или А; для 2-го и 3-го трофического уровня эффективность ассимиляции пищи составляет 60 %.

1. Сделайте схему (рис. 9.7) цветной. Цвет должен изменяться при изменении качества продукции и/или энергии. Дополните и расшифруйте условные обозначения. Оформите условные обозначения, например, L – общее поступление солнечной радиации (жёлтый цвет); R – дыхание (красный цвет). НЕ ЗАБУДЬТЕ про третий трофический уровень – «трубы», расчеты, обозначения нужно сделать самостоятельно.

Рассчитайте и укажите на схеме числовые значения потока энергии (напишите около ответвлений труб или внизу в прямоугольниках), начиная с величины 4000 ккал/м² в сутки. ФАР = 50% от L. ВПП/ФАР = 4%.

2. Покажите, что соблюдаются законы термодинамики (на примере любого из блоков или всей схемы). Ответ подтвердите уравнениями. Решите уравнения, используя числовые значения, полученные ранее:

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………...

3. Напишите уравнение и рассчитайте значение экологической эффективности (КПД в %) для трансформации: ВПП в ЧПП; ФАР в ЧПП.

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………...

4. Приведите свой пример существующей в природе пищевой цепи, соответствующий данной схеме.

………………………………………………………………………………………………….

5. Используя схему потока энергии (рис. 9.4), выведите формулы для расчета:

(NU); (NA); (A); (Rh); и (P) для 2-го трофического уровня. Например, формула для расчета ВПП: ВПП = ЧПП + Rа.

………………………………………………………………………………………………….

6. Постройте пирамиду энергии (продуктивности, в ккал/м² в сутки, в масштабе) для упрощённой модели пищевой цепи по собственным расчётам (рис. 9.7). Укажите числовые значения.

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………...

Рис. 9.7. Упрощённая схема потока энергии в пищевой цепи экосистемы.

Обозначения к рис. 9.7

Задание 2. Вы содержите на даче небольшого слона. Рассчитайте, сколько (минимум) яблок, капусты, моркови и других растительных кормов в натуральном весе (кг сырой массы) нужно ежедневно скармливать слону, чтобы он не худел. Известно, что суточные энергетические траты слона составляют 40 000 ккал. Средняя калорийность растительного корма (яблоки, капуста, морковь) равна 4,5 ккал/г абсолютно сухой массы. Среднее содержание влаги в растительном корме = 90%. КПД ассимиляции пищи слоном = 40%.

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

Задание 3. Используя информацию при рис. 9.1, рассчитайте (очень приблизительно) минимальную площадь охотничьего участка ягуара. Масса ягуара – 100 кг. Энергетические траты крупных млекопитающих – 0,04 ккал/г собственной массы в сутки. 10% от ежегодного прироста популяций позвоночных животных составляют пищу ягуара.

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

Задание 4. Рассчитайте минимальную площадь участка (м²), который Вам потребуется на даче для полного обеспечения собственных пищевых энергетических затрат в течение года. Известно, что на даче Вы легко выращиваете пшеницу с урожайностью 30 ц/га. Давайте для разнообразия запланируем ещё и разведение цыплят (КПД трансформации зерна пшеницы во вторичную продукцию цыплят = 25%!), чтобы 20% своих энергетических затрат можно было обеспечивать, используя курятину. Схема:

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………….

Задание 5. Постройте упрощённую (обобщенную) пирамиду биомасс для Мирового океана по данным табл. 9.1.

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

Задание 6. Рассчитайте КПД трансформации солнечной энергии в энергию урожая пшеницы за год. Дано: урожай пшеницы – 20 ц/га зерна. Поступление солнечной энергии составило 1 млн. ккал/м² за год. *Рассчитайте (приближенно): КПД трансформации фотосинтетически активной радиации в ВПП посева пшеницы. Пшеница (зерно) = 3,3 ккал/г.

…………………………………………………………………………………………………..

…………………………………………………………………………………………………..

Задание 7. Человек с лейкой тратит энергию на полив огорода. Сделайте набросок схемы трансформации энергии при поливе огорода, начиная с солнечной, если известно, что воду качает электронасос. А откуда берется энергия для полива естественных экосистем?