Структура экосистемы

     1.5. Универсальная модель  потока энергии 

     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.

                                                                          NU

     

                                            

                                                                          

       

                                                                                                   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;

д) кулик, береговая улитка, сорока, фитопланктон;

е) землеройка, дождевой червь, опавшая листва;

ж) землеройка, паук, нектар, сова, муха;

з) короед, дятел, древесина;

и) мышь, заяц, семена, гадюка;

к) личинки  насекомых, торф, хариус, белый медведь.

     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? 

 
 
 

                                                       Таблица 1.1

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

 

     4. С помощью рис. 1.6 выполнить следующие задания.

     а) В пирамиде А первичные продуценты (растения) - организмы малых размеров, а численность их выше численности травоядных животных. Опишите и объясните различия между пирамидами А и Б.

     б) Жгутиковые простейшие Leptomonas паразитируют на мелких насекомых, тысячи их могут быть найдены в одной блохе. Постройте пирамиду численности на основе следующей пищевой цепи: трава - травоядное млекопитающее - блоха - Leptomonas.

     в) Дайте объяснение различия между пирамидами А и В.

Консументы 3-го порядка 

Консументы 2-го порядка

Консументы 1-го порядка 

Продуценты

 А)                                                                                                      В)

                 

                                                                       Консументы 3-го порядка

                                                                            Консументы 2-го порядка

                                                 Травоядные

                                         Растения

Рис. 1.6. Экологические  пирамиды численности

     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;

     б) планктон - нехищная рыба - скопа 5 кг;

     в) планктон - нехищная рыба - орлан-белохвост 6 кг;

     г)  растения - беспозвоночные - карп 3 кг.

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

     6. По данным, приведенным в табл. 1.2 определить, какой из видов более эффективно использует энергию пищи на рост и накопление жировых запасов.

Таблица 1.2

Продукция, тыс. кал/ га [8] 

 

     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] 

 

       8.Зная правило десяти процентов, рассчитайте:

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

       Б. Сколько понадобится фитопланктона, чтобы выросла одна щука весом 10 кг. Уровни пищевой цепи: зоопланктон, мелкие рыбы, щука, окунь, фитопланктон.

2. Сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один медведь весом 300кг. Уровни пищевой цепи: лосось, мелкие рыбы, медведь, зоопланктон, фитопланктон.