Универсальная модель потока энергии

⇐ Назад

Модель потока энергии, представленную на рис. 1.4, можно назвать универсальной, поскольку она приложима к любому живому компоненту системы, будь то растение, животное, популяция или трофический уровень. Соединенные между собой такие графические модели могут отразить биоэнергетику пищевой цепи или экосистемы в целом.

Прямоугольник обозначает живую структуру или биомассу основного компонента модели. Общее поступление энергии обозначено буквой I. Для облигатных автотрофов - это свет, для облигатных гетеротрофов - это органическая пища.

Не вся энергия, поступившая в биомассу, подвергается превращению: часть ее может пройти через пищеварительный тракт, не включаясь в метаболизм, и выделиться с экскрементами или, если речь идет об автотрофах, часть света, проходит через растение не усваиваясь. Эта часть энергии NU . Использованная, или ассимилированная часть энергии на схеме обозначена буквой А. Отношение А и I, т.е. эффективность ассимиляции, широко варьирует. Оно может быть очень мало, как в случае усвоения света растениями или пищи у животных, или же очень велико, как в случае ассимиляции животными или бактериями высококалорийных продуктов, например, сахаров или аминокислот. У автотрофов А - это валовая первичная продукция.

Ключевая особенность этой модели - это разделение ассимилированной энергии на компоненты Р и R. Та часть фиксированной энергии, которая окисляется и теряется в форме тепла, называется дыханием, а та часть, которая превращается в новое или принадлежащее другому виду органическое вещество называется продукцией (P). У растений - это чистая продукция, у животных - вторичная продукция. Компонент Р - это энергия, доступная следующему трофическому уровню, в противоположность компоненту NU , который доступен на данном трофическом уровне.

S

G

I A P

E

R

Рис.1.4. Универсальная модель потока энергии

Отношения Р /R и биомасса/Р широко варьируют. Они имеют важное экологическое значение. В целом часть энергии, идущая на дыхание, т.е. на поддержание структуры организма, велика в популяциях крупных организмов и в сообществах с большой биомассой на корню. При стрессовых воздействиях на биологическую систему расходы на дыхание возрастают. Величина продукции сравнительно велика в активных популяциях мелких организмов, например, бактерий или водорослей, в молодых быстро растущих сообществах, в системах, получающих энергетические дотации. Продукция может принимать различные формы. Три ее типа указаны на рисунке: G - рост и увеличение биомассы, Е - ассимилированное органическое вещество, выделяемое с секретами, S - запас, например жировые накопления, которые могут быть использованы позже (хищник использует энергию запасных веществ, чтобы найти новую жертву).

Задания.

1. Составить схему пищевой цепи из перечисленных организмов, обозначить трофические уровни и дать им определения, указать, к какому типу относится пищевая цепь:

а) личинки падальных мух, мертвое животное, лягушка, обыкновенный уж;

б) лиса, трава, кролик;

в) листовая подстилка, дождевой червь, ястреб-перепелятник, черный дрозд;

г) божья коровка, тля, сосна, насекомоядная птица, паук;

2. На рис. 1.5 показаны потоки энергии, проходящей через небольшую часть луговой экосистемы:

а) какова валовая первичная продукция злаков и разнотравья;

б) какова эффективность фотосинтеза, т.е. преобразования поступающей солнечной энергии в валовую продукцию;

г) чему равна продукция паукообразных;

д) чему равна продукция саранчовых;

е) сколько энергии теряется при дыхании и выделении фекалий у полевых мышей;

ж) какие организмы являются продуцентами;

з) какие организмы являются первичными консументами;

и) какие организмы являются вторичными консументами;

к) какие организмы относятся к автотрофам, гетеротрофам?

3. Для экосистем, указанных в табл. 1.1 рассчитать чистую первичную продукцию, продуктивность сообщества. Сравнить экосистемы. Пояснить какие сообщества являются стабильными и почему?

Рис. 1.5. Поток энергии через небольшую часть луговой экосистемы (кДж / м² ^. год) [2]

Таблица 1.1

Годовая продукция в экосистемах, ккал/ м² в год [3]

Показатели потока	Экосистемы
энергии в экосистемах	Поле люцерны	Прибрежный пролив
Валовая первичная продукция
Дыхание автотрофов
Дыхание гетеротрофов

5. Пользуясь правилом экологической пирамиды, подсчитайте, какая площадь соответствующего биогеоциноза может выкормить одну особь последнего звена в цепи питания:

а) планктон - нехищная рыба - щука 10 кг;

Биологическая продуктивность планктона 600, донной растительности 1000 г/м² в год (в пересчете на сухую биомассу).

7. По данным табл. 1.3 рассчитать количество усвоенной пищи и ту часть усвоенной пищи, которая идет на метаболизм и на прирост биомассы. На что расходуется большая часть энергии пищи?

Таблица 1.3

Показатели трофической деятельности сусликов

в полупустыне Прикаспия, кг/га сухой массы [8]

Год	Урожай растений	Изъято сусликами	Кормовые остатки	Экскре- менты	Прирост биомассы популяции
					3,0

8. Зная правило десяти процентов, рассчитайте:

A. Сколько нужно травы, чтобы вырос один орел весом 5 кг. Уровни пищевой цепи: орел, трава, заяц.

9. Соотнесите понятия, обозначающие различные способы добывание пищи, с их определениями и распишите в отчете.

а) Паразит;

б) Фильтратор;

в) Хищник;

г) Собиратель;

д) Пасущийся организм.

Определения:

A. Организм, который активно разыскивает и убивает относительно крупные жертвы, способные убегать, прятаться или сопротивляться.

Б.Организм (имеющий, как правило, небольшие размеры), который использует живые ткани или клетки другого организма в качестве источника питания и среды обитания.

В. Организм, который поглощает многочисленные пищевые объекты, как правило, растительного происхождения, на которых он не тратит много сил.

Г. Водное животное, процеживающие через себя воду с многочисленными мелкими организмами, которые служат ему пищей.

Д. Организм, который разыскивает и поедает относительно мелкие, неспособные убегать и сопротивляться пищевые объекты.

10.Назовите тип пищевых отношений (паразитизм, фильтрация, хищничество, собирательство, пастьба), который соответствует следующим парам взаимодействующих организмов и распишите в отчете:

а) заяц - клевер;

б) дятел - короеды;

в) лиса - заяц;

г) человек - аскарида;

д) медведь - лось;

е) медведь - личинки пчел;

ж) синий кит - планктон;

з) корова - тимофеевка;

и) гриб-трутовик - береза;

к) карп - мотыль;

л) стрекоза - муха;

м) моллюск беззубка - простейшие;

н) тля - щавель;

о) гусеница сибирского шелкопряда - пихта;

п) кузнечик - злак мятлик;

р) губка - простейшие;

с) вирус гриппа - человек;

т) коала - эвкалипт;

у) холерный вибрион - человек;

ф) божья коровка - тля;

х) муравьед - термиты.

Решение заданий.

а) личинки падальных мух, мертвое животное, лягушка, обыкновенный уж;

Мертвое животное (детрит) → личинки падальных мух (редуценты) → лягушка (первичный консумент) → обыкновенный уж (вторичный консумент). Тип пищевой цепи – детритная цепь.

б) лиса, трава, кролик;

Трава (продуцент) → кролик (первичный консумент) → лиса (вторичный консумент). Тип цепи – пастбищная пищевая цепь.

в) листовая подстилка, дождевой червь, ястреб-перепелятник, черный дрозд;

Листовая подстилка(детрид) → дождевой червь(редуценты) → черный дрозд(первичный консумент) → ястреб – перепелятник(вторичный консумент). Тип пищевой цепи – детритная цепь.

г) божья коровка, тля, сосна, насекомоядная птица, паук;

Сосна(детрид) → тля(продуцент) → божья коровка(первичный консумент) → паук() → Насекомоядная птица(хищный консумент). Тип цепи – пастбищная цепь.

2. На рисунке 1.5 показаны потоки энергии, проходящей через небольшую часть луговой экосистемы:

а) какова валовая первичная продукция злаков и разнотравья?

20,4·10⁶+ 3,6·10⁶ = 24·10⁶кДж/м²·год

б) какова эффективность фотосинтеза, т.е. преобразования поступающей солнечной энергии в валовую продукцию?

г) чему равна продукция паукообразных?

700 – 500 = 200 кДж/м²·год

д) чему равна продукция саранчовых?

444·10³– 374,3·10³= 69,7 ·10³кДж/м²·год

е) сколько энергии теряется при дыхании и выделении фекалий у полевых мышей;

116·10³– 2·10³= 114 ·10³кДж/м²·год

ж) какие организмы являются продуцентами;

Травянистые растения.

з) какие организмы являются первичными консументами;

Птица питающаяся семенами, обычные зеленые саранчовые, полевая мышь.

и) какие организмы являются вторичными консументами;

Пауки.

к) какие организмы относятся к автотрофам, гетеротрофам?

Травянистые – автотрофы.

Птицы, саранча, пауки, мыши – гетротрофы.

3. Для экосистем, указанных в таблице, рассчитать чистую первичную продукцию, продуктивность сообщества. Сравнить экосистемы. Какие сообщества являются стабильными?

Годовая продукция в экосистемах, ккал/ м² в год

Показатели потока	Экосистемы
энергии в экосистемах	Поле люцерны	Прибрежный пролив
Валовая первичная продукция
Дыхание автотрофов
Дыхание гетеротрофов

а) Поле люцерны

– чистая первичная продукция: 24400 – 9200 = 15200 ккал/ м² в год

– продуктивность сообщества: 15200 – (3200 + 800) = 14400 ккал/ м² в год

б) Прибрежный прилив:

– чистая первичная продукция: 5700 – 3200 = 2500 ккал/ м² в год

– продуктивность сообщества: 5700 – (3200 + 2500) = 0 ккал/ м² в год

Вторую экосистему можно назвать стабильной, т.к. вся валовая первичная продукция расходуется на дыхание автотрофов и гетеротрофов. У первой экосистемы валовая первичная продукция с каждым годом будет расти.

а) планктон - нехищная рыба - щука 10 кг;

Щука 10кг; → нехищная рыба 100кг; → планктон 1000 кг;

1м² = 0,6 кг планктона

1000кг планктона=1667 м²

7. По данным таблицы для 1972 года рассчитать количество усвоенной пищи и ту часть усвоенной пищи, которая идет на метаболизм и на прирост биомассы. На что расходуется большая часть энергии пищи?

Показатели трофической деятельности сусликов в полупустыне Прикаспия, кг/га сухой массы

Год	Урожай растений	Изъято сусликами	Кормовые остатки	Экскременты	Прирост биомассы популяции
					3,0

Усвоенная пища = Изъято – Корм. ост. – Экскр. = 180 – 101 – 16 = 63 кг/га

Прирост биомассы =

Метаболизм = 100% – 4,8% = 95,2%

8. Зная правило десяти процентов, рассчитайте:

а).Сколько нужно травы, чтобы вырос один орел весом 5 кг. Уровни пищевой цепи: орел, трава, заяц.

Сколько нужно травы, чтобы вырос один орел весом 5 кг. Уровни пищевой цепи: орел, трава, заяц.

Пищевая цепь: трава → заяц → орёл. Чтобы вырос орёл весом 5 кг, нужно 50 кг зайцев; чтобы вырастить 50 кг зайцев, нужно 500 кг травы. Ответ: 500 кг травы.

а) Паразит – организм (имеющий, как правило, небольшие размеры), который использует живые ткани или клетки другого организма в качестве источника питания и среды обитания.

б)Фильтратор – водное животное, процеживающие через себя воду с многочисленными мелкими организмами, которые служат ему пищей.

в) Хищник – организм, который активно разыскивает и убивает относительно крупные жертвы, способные убегать, прятаться или сопротивляться.

г) Собиратель – организм, который разыскивает и поедает относительно мелкие, неспособные убегать и сопротивляться пищевые объекты.

д)Пасущийся организм – организм, который поглощает многочисленные пищевые объекты, как правило, растительного происхождения, на которых он не тратит много сил.

а) заяц – клевер – пастьба;

б) дятел – короеды – собирательство;

в) лиса – заяц – хищничество;

г) человек – аскарида – паразитизм;

⇐ Назад