Популяции, биоценозы и экосистемы (Решение задач)

Цель: Изучить закономерности динамики численности популяций, количественные соотношения между компонентами биоценоза и процесс передачи энергии в экосистемах и параметры, определяющие продуктивность трофических уровней.

Вопросы для самостоятельного изучения

1) Что такое популяция и какова ее структура?

2) Из каких элементов состоит биоценоз? Что их объединяет?

3) Какие существуют биотические связи в биоценозе?

4) Какие биотические факторы вносят наибольший вклад в регуляцию численности популяции на разных уровнях плотности?

5) Трофическая структура экосистемы (продуценты, консументы, редуценты, их роль в экосистеме).

6) Что такое продуктивность? Чем отличаются валовая, чистая, первичная и вторичная продуктивности?

Задание 1 Постройте схему всех пищевых цепей (пищевую сеть) для луговой экосистемы. Обозначьте трофические уровни и постройте соответствующую пирамиду чисел.

Луговая экосистема

Растения, 3500 единиц;

улитки, 50 единиц - питаются растениями;

бабочки, 100 единиц - питаются растительной пищей;

мухи, 200 единиц - растительноядные;

стрекозы, 20 единиц - охотятся на бабочек и мух;

жабы,.5 единиц - поедают мух;

ящерицы 5 единиц - поедает стрекоз, улиток и мух;

барсук, 1 ед. - питается жабами и ящерицами, улитками.

Запишите правило пирамиды чисел, которое гласит: с повышением трофического уровня число особей на них убывает. Это правило хорошо соблюдается в пастбищных экосистемах, но не применимо в лесах, когда на одном дереве питаются тысячи гусениц. Но здесь можно применить правило пирамиды биомасс, гласящее, что биомасса в последовательности трофических уровней убывает.

Задание 2 Постройте пищевую сеть для арктической экосистемы. Обозначьте трофические уровни и постройте пирамиду чисел. Ответьте на вопрос, соблюдается ли в данной экосистеме вышеприведенные правила (биомассу компонентов оцените на глаз).

Арктическая экосистема

Фитопланктон (микроскопические водоросли), 9000 единиц;

зоопланктон, 4000 единиц - питается водорослями;

мелкая рыба, 400 единиц - питается зоопланктоном;

хищная рыба, 20 единиц - питается мелкой рыбой;

моллюски, 100 единиц - фильтруют фитопланктон;

моржи, 2 единицы - поедают моллюсков;

тюлени, 2 единицы - питаются мелкой рыбой;

белый медведь, 1 ед. - питается хищной рыбой, может съесть моржа или тюленя

В водных экосистемах пирамиды биомасс часто оказываются перевернутыми, так как накопление биомассы идет на уровне долго живущих хищников. Фитопланктон живет очень недолго, но быстро размножается и успевает дать много поколений за то время, пока у рыб пройдет только одно. Универсальным (т.е. оно соблюдается в любых экосистемах) является только правило пирамиды энергии, гласящее, что с повышением трофического уровня количество энергии на нем уменьшается.

Задание 3 Решите предложенные задачи:

1) Рассчитайте долю энергии, поступившей на 4-й трофический уровень, если общее количество энергии на первом уровне составило 1000 единиц, а передача энергии на каждый следующий – 10%.

2) На постоянно используемом пастбище фотосинтез равен 20 000 ккал/м² в день. Скот использует 2 000 ккал, а человек – всего 80 ккал. Определите экологическую эффективность передачи энергии между трофическими уровнями и долю энергии, усвоенной при фотосинтезе, которую использует человек.

3) В степном заповеднике на участке, полностью огражденном от травоядных млекопитающих, урожай трав составил 5,2 ц/га, а на умеренно выпасаемом участке – 5,9. Почему устранение консументов понизило продукцию растений?

4) Эффективность переноса энергии от лося к волку составляет 1%, а от дафнии к гидре 10%. Почему у первой пары она ниже?

5) В пруде площадью 2 га обитало 2000 карпов. Как изменилась экологическая плотность рыб, когда летом пруд пересох вдвое?

6) В городе с населением 10 000 человек за год родилось 400 детей. Удельная рождаемость составила: а) 0,04; б) 0,4; в) 0,8. (Выберите правильный ответ)

7) Популяция из 50 простейших за сутки увеличилась до 1000. Общая рождаемость составила: а) 950 особей в сутки, б) 1000 особей в сутки, в) 1050 особей в сутки. (Выберите правильный ответ)

8) Популяция из 50 простейших за сутки увеличилась до 1000. Удельная рождаемость составила: а) 19, б) 20, в) 1000. (Выберите правильный ответ)

9) Популяция птиц максимально могла отложить 600 яиц. Вывелось 360 птенцов. Какова экологическая рождаемость? Ответ: а) 600, б) 360, в) 240. (Выберите правильный ответ)

10) В таблице 3 приведены данные по росту численности (N) популяций двух видов птиц после их вселения в новую среду обитания. Постройте графики роста численности обеих популяций. Определите типы кривых роста.

Таблица 3 Рост численности популяций двух видов птиц

Годы
N попул. №1
N попул. №2

11) Начальная численность популяции хламидомонады составляет 30 особей, а период генерации – 4 часа. Хламидомонады размножаются двойным делением, численность популяции растет по экспоненциальному закону, а смертность равна 0. Какова будет численность хламидомонад спустя 1 сутки?

12) Начальная численность популяции сине-зеленой водоросли анабены составляет 100 особей, каждая особь в среднем за 2 часа образует 2 дочерние клетки. Численность популяции растет по экспоненциальному закону, а смертность равна 0. Какова будет численность анабены спустя 1 сутки?

13) При рождаемости населения 42 на 1000 человек, а смертности – 22 на 1000 человек естественный прирост составляет ___ %

14) При естественном приросте численности 2%, а смертности 8000 на 1 млн. человек, рождаемость составляет ____‰ (1 промилле = 1 на 1000)

15) В одном из опытов мелкие насекомые-паразиты искали и заражали своими яйцами куколки-пупарии комнатной мухи. В разных вариантах опыта 40 паразитам предлагали разное число куколок: 25, 50, 100, 200, 300. Число зараженных куколок оказалось соответственно: 18, 32, 48, 54, 62. Рассчитайте и представьте графически число зараженных пупариев, приходящихся на 1 паразита, и эффективности паразитов (% зараженных пупариев) при разной численности потенциальных жертв. В каком из вариантов опыта паразиты наиболее эффективно могут регулировать численность жертв?

16) На одном из морских мелководий существовало сообщество из 8 видов малоподвижных животных: моллюсков мидий, морских блюдечек, сидячих рачков, морских желудей и др. Всеми ими питался 1 вид хищника – крупная морская звезда, которая больше всего поедала мидий. Желая защитить сообщество, всех морских звезд выловили. Через некоторое время на участке не осталось никаких видов, кроме мидий. Объясните, как это могло произойти? Какова была роль хищника в данном примере?

17) Долгое время у нас поощрялась охота на волков, и за каждого убитого волка давали премию. Затем отстрел волков полностью запретили. В настоящее время часть волков разрешают отстреливать. С чем связана такая «непоследовательность» в распоряжениях природоохранных органов?

Контрольные вопросы

1) Какова роль хищника и паразита в биоценозе?

2) Когда в природе наблюдается экспоненциальный рост численности и долго ли он может продолжаться? Что включает в себя понятие сопротивление среды?

3) Всегда ли присутствие сорняков на полях вредно для культурных растений? Могут ли они быть чем-нибудь полезны (приведите примеры)?

4) Чем можно объяснить длительное сосуществование конкурирующих видов в природе? Какова роль конкуренции в жизни отдельной особи и вида в целом?

5) Возможно ли существование экосистемы без продуцентов?

6) Что такое трофический уровень? Как изменяется энергия при переходе от одного уровня к другому?

7) Может ли один и тот же организм занимать смежные трофические уровни? Приведите примеры.

8) Что такое цепь питания и сеть питания?

9) Что отражают правила экологических пирамид? Встречаются ли нарушения этих правил?