МАТЕРІАЛИ ПРОФЕСІЙНОГО СПРЯМУВАННЯ

МАТЕРІАЛИ ПРОФЕСІЙНОГО               СПРЯМУВАННЯ

ТЕМА: ЕКОЛОГІЧНА ПІРАМІДА 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 рослиноїдні 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.

Тема: Розв’язування задач з екології.
Мета: навчитись розв’язувати типові екологічні задачі, скласти спрощену математичну модель взаємин хижака і жертви в угрупованні.
Обладнання: текст практичної роботи в підручнику.
Хід роботи
Задача 1. Людина має масу тіла 70 кг, з якої 60 % становить вода. Яка площа акваторії моря здатна її прогодувати, якщо в їжу споживається риба, що живиться водоростями (фітопланктоном). Продуктивність фітопланктону становить 600 г/м² сухої біомаси.
Розв’язання
1. Використовуємо правило екологічної піраміди, згідно з яким на кожному з ланцюгів живлення запасається лише 10 % спожитої біомаси.
Визначаємо суху біомасу людини:
70 кг —100 %; х кг — 40 %; х — 28 кг.
Для створення 28 кг сухої біомаси людині потрібно спожити 280 кг риби, а рибі — відповідно 2800 кг фітопланктону.
Визначимо площу акваторії, на якій мешкає відповідна маса фітопланктону:
2800 кг — х; 0,6 кг — 1 м²; х = 4666,6 м².
Задача 2. Визначте продуктивність агроценозу площею 1 га (суху речовину та енергію, яка в ній запасається), якщо протягом доби рослинами створюється 560 г/м² сухої речовини, а в 1 г сухої біомаси, створеної рослинами, запасається 22 кДж енергії.
Розв'язання.
1. Визначаємо масу сухої речовини агроценозу на площі 1 га (10 000 м²).
0,56 кг — м²; х—10 000 м²; х = 5600 кг.

2. Визначаємо кількість енергії, яка запасається рослинами агроценозу на площі в 1 га. 1г — 22 кДж;
560 000 г — х; х = 123 200 000 кДж або 2 933 000 ккал (1 ккал = 4,2 кДж). Відповідь: Продуктивність агроценозу площею 1 га — 5600 кг сухої речовини, в якій запасається 2 933 000 ккал.
Задача 3. Маса самця сивуча (тюлень з родини морські леви) становить 400 кг. До складу його гарему входять три самки масою 200, 230 та 250 кг. У даному місці мешкання Основу їжі сивучів становлять риби, які живляться планктоном. Чи достатньо акваторії площею 50 000 м² для нормального харчування сивучів, якщо продуктивність планктону становить 700 г/м², а вміст води у тілі тюленів становить близько 60 % ?
Розв’язання
1. Визначаємо суху масу тюленів.
а) 400 кг х 0,4 — 160 кг; б) 200 кг х 0,4 = 80 кг;
в) 230 кг х 0,4 = 92 кг; г) 250 кг х 0,4 = 100 кг.
Загальна маса тюленів 430 кг.
2. На підставі правила екологічної піраміди визначаємо масу риби та фітопланктону необхідні для життєдіяльності тюленів:
фітопланктон → рослиноїдні риби → тюлені
43 000 кг 4300 кг 430 кг
3. Знаходимо площу акваторії моря, необхідну для нормального харчування тюленів:
0,7 кг— м²; 43 000 кг — х; х = 61 428 м².
Відповідь: Для нормального існування тюленів площі в 50 000 м² недостатньо. Задача 4. Скільки корів масою 300 кг може прогодувати пасовище площею 2 га, якщо продуктивність рослин, якими вони живляться, становить 800 г/м² сухої речовини, а вміст води у тілі корови становить близько 60 % ?
Розв’язання.
1. Визначаємо суху біомасу однієї корови:
300 кг х 0,4 = 120 кг.
2. Знаходимо, яка площа пасовища прогодує одну корову:
0,8 кг — м²; 120 кг — х; х = 120м².
3. Визначаємо скільки корів може прогодувати пасовище площею 2 га (20 000 м²). 20 000 : 150 = 133 (корів).
Відповідь: Пасовище площею 2 га з продуктивністю 800 г/м² може прогодувати 133 корови.

Задача 5. Ланцюг живлення складається з наступних ланок: рослини — миша —змія — орел-змієїд. Визначте масу мишей, якщо маса орла-змієїда становить 2 кг. Розв’язання
Згідно з правилом екологічної піраміди на кожному з ланцюгів живлення запасається 10 % спожитої біомаси, ланцюг живлення орла-змієїда:
рослини →миша змія → орел-змієїд
2000 кг 200 кг 20 кг 2 кг
Відповідь: Для того, щоб орел-змієїд набрав масу 2 кг, йому необхідно 200 кг мишей. Якщо маса однієї миші становить приблизно 100 г, то кількість мишей — 2000 шт.



Приклад розв’язування задач

Задача 1. Користуючись правилом екологічної піраміди, визначте, яка площа (в га) відповідного біоценозу може прогодувати одну особину останньої ланки в ланцюзі живлення:

а) планктон – риба – тюлень (300 кг). Суха біомаса планктону з 1 м² моря становить 600 г.

б) планктон – нехижі риби – щука (10 кг). Суха біомаса планктону з 1 м² моря становить 600 г за рік.

в) рослини – заєць – лисиця – вовк (50 кг). Суха біомаса наземної рослинності з 1 м² моря становить 1000 г за рік.

З вказаної у дужках маси 60% становить вода.

Розв’язування:

а) Визначаємо суху масу тіла тюленя: 300 кг – 100%

х кг – 40%

х = 120 кг.

На підставі правила екологічної піраміди визначаємо, скільки потрібно планктону.

12000 кг 1200 кг 120 кг

планктон ─ риба ─ тюлень

Визначаємо площу даного біоценозу, якщо відомо, що суха біомаса планктону з 1 м² моря становить 600 г.

Отже 1 м² – 0,6 кг

х м² – 1200 кг

х = 1200/0,6 = 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 400 кг.

Розв’язання

Складаємо ланцюг живлення і визначаємо масу першої ланки ланцюга живлення:

водорості → планктонні тварини → риби → дельфін.

400000 кг 40000 кг 4000 кг 400 кг

Відповідь. Потрібно 400 тонн водоростей і бактерій.

Задача 3. Маса сіна з 1 м² лугу становить 200 г, а з вико-вівсяного поля – 500 г. Використавши правило екологічної піраміди, визначте, яка площа лугу необхідна, щоб прогодувати протягом року одну людину масою 52 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 = 52 кг (з них 63% - Н₂О) Визначаємо частку органічної речовини в Біопродуктивність: тілі людини:

1 м² лугу = 200 г; 100-63 = 37%

1 м² вико-вівсяного поля = 500 г. Визначаємо масу органічної речовини в

Ланцюг живлення: тілі людини:

трава – корова – людина. 52 кг – 100%

S (лугу) - ? х кг – 37%

S (вико-вівсяного поля) - ? х = 52*37/100 = 19,24 кг.

Визначаємо масу органічної речовини в першій ланці ланцюга живлення:

трава → корова → людина.

1924 192,4 19,24

Визначаємо площу лугу та вико-вівсяного поля, з якого може прогодуватись людина протягом року:

S(лугу) = 1924÷0,2 кг/ м² = 9620 м² = 0,96 га;

S(вико-вівсяного поля) = 1924÷0,5 кг/ м² = 3848 м² = 0,38 га

Відповідь. Потрібно 0,96 га лугу або 0,38 га вико-вівсяного поля.

Задача 4. Протягом вегетаційного періоду 1 га кукурудзяного поля поглинає 76650000 кДж енергії, з яких тільки 2,3% 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 5000 кДж енергії.

Дано:

За 1 рік 1 га кукурудзяного поля поглинає 76650000кДж;

2,3% енергії акумулюється у вигляді приросту сухої речовини;

5000 кДж/добу необхідно людині;

Ланцюг живлення: кукурудза → корова → людина.

S (поля) - ?