Задачі з екології.

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) — взаємовідносини між організмами під час переносу енергії їжі від її джерела (зеленої рослини) через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні. Ланцюги живлення — це ряди взаємопов’язаних видів, у яких кожний попередній є об’єктом живлення наступного. Правило екологічної піраміди   :кожна з ланок ланцюга живлення може використати лише 5–15 % енергії їжі для побудови речовини свого ті­ла. Внаслідок неминучої втрати енергії кількість утворюваної органічної речовини в кожній наступній ланці зменшується. Таким чином, кожен ланцюг живлення містить, як правило, не більше ніж 4–5 ланок, оскільки внаслідок втрати енергії загальна біомаса кожної наступ­ної ланки приблизно в 10 разів менша за попередню. Ця закономірність називається правилом екологічної піраміди. Правило екологічної піраміди:При переході енергії на наступний трофічний рівень лише 10 % від неї використовується для продукування нової біомаси, стаючи запасеною енергією (решта витрачається в процесах метаболізму). Отже, у піраміді біопродуктивності кожний наступний рівень становить приблизно 10 % від попереднього (100, 10, 1, 0.1, 0.01 % від первинної кількості і т. д.).  Екологічна піраміда буває трьох типів: •         піраміда чисел — відображує чисельність окремих організмів на кож­ному рівні, причому загальне число особин, що беруть участь у ланцюгах живлення, з кожним наступним рівнем зменшується; •         піраміда біомаси — відображує кількісне співвідношення маси органічної речовини на трофічних рівнях; при цьому сумарна маса рослин виявляється більшою, ніж біомаса всіх травоїдних організмів, маса яких, у свою чергу, перевищує масу всіх хижаків; •         піраміда енергії — відображує кількість енергії, яка запасається (в їжі) на кожному рівні, причому на кожному наступному трофічному рівні кількість біомаси, що утворюєть­ся за одиницю часу, є більшою, ніж на попередньому. Усі три типи пірамід — продукції, біомаси і чи­сел — виражають у підсумку енергетичне співвідношення в екосистемах. Перші два правила виявляються в угрупо­ваннях із певною трофічною структурою, останнє (піра­міда продукції) має універсальний характер. Знання законів продуктивності екосистем і кількіс­ний облік потоку енергії мають велике практичне значен­ня. Уміння точно розрахувати потік енергії і масштаби продукції екосистем дозволяє одержати найбільший ви­хід продукції, необхідної людині. Розв’язування типових задач з екології Задача № 1 .За правилом екологічної піраміди визначте, скільки рослинної речовини необхідно для того, щоб у наведеному біоценозі могли існувати три рослинноїдні птахи масою 1 кг. Розв’язання: Складаємо ланцюг живлення: рослини → птахи. Маса одного птаха — 1 кг, отже йому необхідно 10 кг рослин. Кількість птахів — 3, тому помножуємо кількість птахів на масу рослин і визначаємо масу рослинної речовини, яка необхідна для того, щоб у цьому біоценозі змогли існувати три рослинноїдні птахи масою 1 кг: 3 ∙ 10 = 30 кг рослинної речовини. Відповідь: необхідно 30 кг рослин.  Задача № 2 . Трофічний ланцюг складається з трьох рівнів. Вовк набрав 1 кг маси. Скільки для цього знадобилось рослинної речовини? Розв’язання: Складаємо ланцюг живлення: рослини → заєць → вовк. Маса вовка збільшилась на 1 кг, отже йому необхідно було з’їсти на 10 кг більше зайців, а їм, у свою чергу, необхідно з’їсти на 100 кг рослин більше. Відповідь: знадобилось 100 кг рослинної речовини.      Задача № 3 . За правилом екологічної піраміди, визначте, скільки рослинності необхідно, щоб прогодувати лисицю масою 32 кг. Розв’язання: Складаємо ланцюг живлення: рослини → заєць → лисиця. Згідно з правилом екологічної піраміди на кожен трофічний рівень переходить не більше ніж 10 % енергії, отже, знаючи масу лисиці, можна обчислити потрібну масу рослинності. 3200 кг — 320 кг — 32 кг рослини — заєць — лисиця Відповідь: щоб прогодувати лисицю масою 32 кг, необхідно 3200 кг рослинності.      Задача №4 .Визначте площу (га) поля, що необхідна для прогодування яструба масою 6 кг (суха речовина становить 40 %). Суха маси трави з 1 м2 становить 300 г. Розв’язання: Складаємо ланцюг живлення: рослини → гризуни → яструб. Спочатку визначаємо масу сухої речовини яструба (складаємо пропорцію): 6 кг — 100 % x кг — 40 % x  кг (маса сухої речовини яструба).       6 кг ×40% : 100 %= 2,4 кг ( маса сухої речовини яструба) Визначаємо суху масу рослин у ланцюзі живлення за правилом екологічної піраміди: 240 кг — 24 кг — 2,4 кг рослини — гризуни — яструб Тепер визначаємо площу поля, на якій зростає 240 кг рослин (складаємо пропорцію): 1 м2 — 300 г (0,3 кг) x — 240 кг 1м2×240 кг : 0,3 кг =800 м2                 800 м2 = 0,08 га. Відповідь: щоб прогодувати яструба вагою 6 кг, необхідно 0,08 га поля. Задача 5. Біомаса сухого сіна з 1 м2  луки становить 200 г. Використовуючи ланцюг живлення: рослини — корова — людина, розрахуйте скільки гектарів луки необхідно для того, щоб прогодувати людину масою 65 кг (70 % води). Дано: m (людини) = 65 кг; W (H2O) = 70 %; Трава — корова — людина. S(гa) -?.          Розв’язок. 1. Розрахуємо суху біомасу кінцевого консумента: 100 % - 70 % = 30 %. 65 кг - 100 %; Х кг - 30%. 65·30/100 = 19, 5 кг 2. Підставляємо дані в ланцюг живлення і знаходимо біомасу всіх його компонентів: трава — корова — людина 1950 кг - 195 кг - 19,5 кг 3. Знаходимо площу луки: S= 1950 кг/0,2 кг/м2 = 9750 м2 9750/10000 = 0,975 га. Відповідь. Щоб прогодувати людину масою 65 кг, потрібен 0,975 га луки. Задача 6. Користуючись правилом екологічної піраміди визначити, яка площа (в га) біоценозу може прогодувати одну особину останньої ланки в ланцюгу живлення: - планктон – риба - тюлень (300 кг); планктон-нехижі риби-щука (10 кг). Суха біомаса планктону з 1 м2 становить 600 г за рік.Із вказаної у дужках маси 60% становить вода.  Розв’язок. 1. Визначаємо суху масу тюленя: 300 кг - 100%; х кг - 40%: х = 120 кг. 2. На підставі правила екологічної піраміди визначаємо, скільки потрібно планктону: 120 кг – тюлень; 1200 кг – риба; 12000 кг – планктон. 3. Визначаємо площу даного біоценозу, якщо відомо, що суха біомаса планктону з 1 м2становить 600 г. Отже, 1 м2 - 0,6 кг; х м2 - 1200 кг;  х = 20000 м2 = 2 га. Відповідь: необхідно 2 га планктону.    Задача 1. Користуючись правилом екологічної піраміди, визначте, яка площа (в га) відповідного біоценозу може прогодувати одну особину останньої ланки в ланцюзі живлення: планктон – риба – тюлень (600 кг). Суха біомаса планктону з 2 м2 моря становить 1200 г. З вказаної у дужках маси 60% становить вода. Розв’язання: а) Визначаємо суху масу тіла тюленя: 600 кг – 100% х кг – 40% х = 240 кг. На підставі правила екологічної піраміди визначаємо, скільки потрібно планктону. 24000 кг 2400 кг 240 кг планктон ® риба ® тюлень Визначаємо площу даного біоценозу, якщо відомо, що суха біомаса планктону з 2 м2 моря становить 1200 г. 1 м2 – 1,2 кг х м2 – 2400 кг х = 2400/1,2 = 20000 м2 = 2 га. Відповідь. Необхідно 2 га планктону. Задача 2. Користуючись правилом екологічної піраміди визначте, яка маса водоростей і бактерій потрібна, щоб у морі виріс і міг існувати один дельфін масою 800 кг. Розв’язання: Складаємо ланцюг живлення і визначаємо масу першої ланки ланцюга живлення: водорості → планктонні тварини → риби → дельфін. 800000 кг 80000 кг 8000 кг 800 кг Відповідь. Потрібно 800 тонн водоростей і бактерій. Задача 3. Маса сіна з 2 м2 лугу становить 400 г, а з вико – вівсяного поля – 1000 г. Використавши правило екологічної піраміди, визначте, яка площа лугу необхідна, щоб прогодувати протягом року одну людину масою 104 кг (із них 63% становить вода), якщо ланцюг живлення має вигляд: трава → корова → людина. Яка площа вико-вівсяного поля необхідна для цього? Дано:Розв’язання: m = 104 кг Визначаємо частку органічної речовини в w (Н2О) = 63 % тілі людини: 2 м2 лугу = 400 г; 100-63 = 37% 2 м2 вико-вівсяного поля = 1000 г Визначаємо масу органічної речовини в Ланцюг живлення: тілі людини: трава ®корова ®людина. 104 кг – 100% S (лугу) - ? х кг – 37% S (вико-вівсяного поля) - ? х = 104×37/100 = 38,48 кг. Визначаємо масу органічної речовини в першій ланці ланцюга живлення: трава → корова → людина. 3848 384,8 38,48 Визначаємо площу лугу та вико-вівсяного поля, з якого може прогодуватись людина протягом року: S(лугу) = 3848/0,4 = 9620 м2 = 0,96 га; S(вико-вівсяного поля) = 3848/1 = 3848 м2 = 0,38 га Відповідь. Потрібно 0,96 га лугу або 0,38 га вико-вівсяного поля. Задача 4. Протягом вегетаційного періоду 0,5 га кукурудзяного поля поглинає 38325000 кДж енергії, з яких тільки 1,15% акумулюється у вигляді приросту сухої речовини. Складіть ланцюг живлення і визначте, яка площа такого поля необхідна, щоб з нього змогла прогодуватись одна людина протягом року, якщо на добу їй необхідно приблизно 2500 кДж енергії. Дано: За 1 рік 0,5 га кукурудзяного поля поглинає 38325000кДж; 1,15% енергії акумулюється у вигляді приросту сухої речовини; 2500 кДж/добу необхідно людині; Ланцюг живлення: кукурудза → корова → людина. S (поля) - ? Розв’язання: Визначаємо кількість енергії, потрібної людині протягом року: 2500 кДж/добу×365 діб = 912500 кДж.   Скільки енергії, поглинутою кукурудзою, акумулювалось у вигляді приросту сухої речовини? 38325000 кДж – 100% х кДж – 1,15% х = 38325000×1,15/100 = 881475 кДж. Складаємо ланцюг живлення і визначаємо кількість енергії в першій ланці ланцюга живлення: кукурудза → корова → людина. 912500 кДж 91250 кДж 9125 кДж. Визначаємо площу кукурудзяного поля, з якого може прогодуватись людина протягом року: S (поля) = 912500 кДж/881475 кДж = 1,035 га. Відповідь. Площа кукурудзяного поля повинна становити 1,035 га. Задача 5. Скільки людей протягом року зможуть прогодуватись з 1 га морської акваторії, багатої планктоном, якщо людині на рік необхідно отримати з їжею 4,19∙106 кДж енергії? Біопродуктивність 1 м2 акваторії становить 600 г/ м2/рік, а 1 г сухої речовини акумулює в середньому 20 кДж енергії. Розв’язання: Визначаємо енергетичну продуктивність 1 га планктону протягом року: (600 г/ м2×20кДж/г)×10000 м2 = 120000000 кДж. Визначаємо скільки людей зможуть прогодуватися протягом року з 1 га моря, багатого планктоном: 120000000 кДж / 4190000 кДж = 29 чоловік. Відповідь. Зможуть прогодуватись протягом року 29 чоловік. 1. Користуючись правилом екологічної піраміди, визначте, яка площа відповідного біоценозу необхідна, щоб з неї змогла прогодуватись одна особина останньої ланки в ланцюгу живлення: а) планктон → синій кит (жива маса 100 тонн); б) планктон → риба → тюлень (300 кг); в) планктон → нехижі риби → щука (10 кг); г) планктон → риба → тюлень → білий ведмідь (500 кг); д) планктон → риба → рибоїдні птахи → орлан-білохвіст (5 кг); е) рослини → заєць → лисиця → вовк (50 кг); є) рослини → безхребетні тварини → короп (3 кг). Із вказаної в дужках маси, 60% становить вода. Біопродуктивність 1 м2 відповідного біоценозу: планктон – 600 г; рослинність наземна – 200 г; донна рослинність – 1000 г. 2.Яка площа акваторії моря потрібна для прогодування чайки (m = 1 кг, 40% - суха речовина) в ланцюгу живлення: фітопланктон – риба – чайка? Продуктивність фітопланктону – 500 г сухої маси/ м2. 3.Біомаса планктону на 1 м2 становить 400 г. За правилом екологічної піраміди визначте площу (га) відповідного біоценозу, у якому зможе прогодуватися морський леопард масою 300 кг. Ланцюг живлення: планктон – риби – пінгвіни – морський леопард. Із вказаних значень біомаси живих істот 60% припадає на воду. 4.Який з компонентів біоценозу найбільш схильний до змін: а) продуценти; б) консументи; в) редуценти? Обґрунтуйте свою точку зору, склавши ланцюг живлення. 5.Приріст біомаси на ділянці вологого тропічного лісу становила 20 т/га за рік при акумуляції 0,1% сонячної енергії. Яким буде приріст біомаси на 1 га савани, де акумулюється 0,04% енергії сонця (інтенсивність випромінювання вважати однаковою)? 6.Відомо, що загальна первинна продуктивність біосфери Землі(органічні речовини, синтезовані рослинами, за винятком частки, яка припадає на дихання та виділення самих рослин) дорівнює за рік 170 млрд. тон. Із цієї маси продуценти Світового океану, який займає майже 71% поверхні земної кулі, синтезують близько 55 млрд. тонн сухої речовини. У скільки разів продуктивність рослин суходолу більша за продуктивність морських фітоценозів? Як можна пояснити значно більшу продуктивність рослин, що зростають на суходолі? 7.Користуючись правилом екологічної піраміди, визначте, яка площа (в га) відповідного біоценозу може прогодувати одну особину останньої ланки в ланцюзі живлення: а) планктон – нехижі риби – щука (20 кг). Суха біомаса планктону з 2 м2 моря становить 1200 г за рік. б) рослини – заєць – лисиця – вовк (100 кг). Суха біомаса наземної рослинності з 2 м2 моря становить 2000 г за рік. З вказаної у дужках маси 60% становить вода. 8.При проведенні доглядальних вирубувань пибирають сухостійні, уражені гнилизною й повалені вітром дерева. Яке значення мають ці заходи для лісу? 9.У біоценозі живі організми перебувають у різних взаємостосунках: просторових, трофічних, антагоністичних, мутуалістичних, конкурентних тощо. Які з них є основними? 10.Яка площа водойма (га) може прогодувати білого пелікана (8 кг, 60% маси становить вода) в ланцюгу живлення: планктон → риба → пелікан? Біопродуктивність 1 м2 водойми – 500 г органічної речовини.

Приклади розв’язку задач з екології