Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Российской Федерации

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭКОЛОГИЯ

ТРОФИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СЕТИ. ПОТОКИ ВЕЩЕСТВА И

ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ. РАСЧЕТ ЧИСЛЕННОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ В ЭКОСИСТЕМАХ

Методические указания для самостоятельной работы

на практических занятиях студентами всех специальностей

Екатеринбург – 2013

Рекомендовано к изданию научно-методическим советом

Уральского государственного экономического университета

Составитель: проф. каф. пищевой инженерии Овсянников Ю.А.

При составлении методического указания использовалась информационные материалы из учебника “Экология” А. С. Степановских — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.

ТРОФИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СЕТИ. ПОТОКИ ВЕЩЕСТВА И

ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ. РАСЧЕТ ЧИСЛЕННОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ В ЭКОСИСТЕМАХ

Цель работы: з накомство с потоками вещества и энергии в экосистемах и проведение расчетов по определению численности живых организмов.

1. Теоретическая часть

Внутри экосистемы содержащие энергию вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофов. Пищевые связи — это механизмы передачи энергии от одного организма к другому.

Типичный пример: животное поедает растения. Это животное, в свою очередь, может быть съедено другим животным. Таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов — каждый последующий питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию.

Такая последовательность переноса энергии называется пищевой (трофической) цепью, или цепью питания. Место каждого звена в цепи питания является трофическим уровнем. Первый трофический уровень, как уже было отмечено ранее, занимают автотрофы, или так называемые первичные проду-з центы. Организмы второгого трофического уровня называются первичными консументами, третьего — вторичными консументами и т. д.

Одна из простейших пищевых цепей имеет вид растение ® заяц ® волк или

продуцент ® травоядное ® плотоядное

Структура пищевой цепи в морской экосисте (по Ф. Рамаду, 1981)

Трофический уровень	Экологическая функция	Тип организма	Вид
I II III IV V	Продуцент .¯ Консумент 1 (травоядное) ¯ Консумент 11 (плотоядное 1). ¯ Консумент III (плотоядное 2) ¯ Консумент IV (плотоядное 3)	Фитопланктон ¯ Зоопланктон ¯ Рыбы (микрофаги) ¯ Рыбы (макрофаги) ¯ Птицы (ихтиофаги)	Chaetoceros ¯ Calanus (веслоногие рачки) ¯ Ammodytes (песчанка) ¯ Clupea (сельдь) ¯ Phalacrocorax (баклан)

Вокруг каждого вида насекомого-фитофага, который питается растениями, формируется зооценоз паразитов и хищников, образующих многочисленные пищевые цепи, где хозяин является начальным звеном.

Приведенные типы пищевых цепей начинаются с фотосинтезирующих организмов и носят название пастбищных (или цепи выедания, или цепи потребления).

В рассмотренных схемах пищевых цепей каждый организм представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Реальные же пищевые связи в экосистеме намного сложнее, так как животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или из разных пищевых цепей, например, хищники верхних трофических уровней. Нередко животные питаются растениями, так и другими животными. Их называют всеядными. Таким образом, все три типа пищевых цепей всегда сосуществуют в экосистеме так, что ее представители объединены многочисленными пересекающимися пищевыми связями, а все вместе они образуют пищевую (трофическую) сеть.

Пищевая сеть и направление потока вещества

(по Е. А. Криксунову и др., 1995)

Пищевые сети в экосистемах весьма сложные, и можно сделать вывод, что вещество и энергия, поступающая в них, долго мигрирует от одного организма к другому.

Экологические пирамиды. Внутри каждой экосистемы трофические сети имеют хорошо выраженную структуру, которая характеризуется природой и количеством организмов, представленных на каждом уровне различных пищевых цепей. Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения обычно используют не схемы пищевых сетей, а экологические пирамиды. Экологические пирамиды выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Они строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников должна быть пропорциональна значению измеряемого объекта. Отсюда можно получить пирамиды численности, биомассы и энергии.

Экологические пирамиды отражают фундаментальные характеристики любого биоценоза, когда они показывают его трофическую структуру:

— их высота пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, т. е. числу содержащихся в ней трофических уровней;

— их форма более или менее отражает эффективность превращений энергии при переходе с одного уровня на другой.

Пирамиды численности. Они представляют собой наиболее простое приближение к изучению трофической структуры экосистемы. При этом сначала подсчитывают число организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим уровням и представив в виде прямоугольника, длина (или площадь) которого пропорциональна числу организмов, обитающих на данной площади (или в данном объеме, если это водная экосистема). Установлено основное правило, которое гласит, что в любой среде растений больше, чем животных, травоядных больше, чем плотоядных, насекомых больше, чем птиц, и т. д.

Рис. Упрощенная схема пирамиды численности

(по Г. А. Новикову, 1979)

Пирамиды численности отражают плотность организмов на каждом трофическом уровне. В построении различных пирамид численности отмечается большое разнообразие.

Пирамиды биомассы, так же как и численности, могут быть не только прямыми, но и перевернутыми. Перевернутые пирамиды биомассы свойственны водным экосистемам, в которых первичные продуценты, например фитопланктонные водоросли, очень быстро делятся, а их потребители — зоопланктонные ракообразные — гораздо крупнее, но имеют длительный цикл воспроизводства. В частности, это относится к пресноводной среде, где первичная продуктивность обеспечивается микроскопическими организмами, скорость обмена веществ которых повышена, т. е. биомасса мала, производительность велика.

2. Практическая часть

Условия задачи: естественная экосистема представлена живыми организмами, формирующими 3 трофических уровня: 1-й трофический уровень – продуценты, 2-й трофический уровень – консументы первого порядка, 3-й трофический уровень – консументы второго порядка.

Первый трофический уровень представлен многолетними и однолетними травами, деревьями и кустарниками. Второй трофический уровень зайцами, мышевидными, копытными, птицами и насекомыми. Третий трофический уровень занимают птицы, лисы и волки.

Продуктивность многолетних трав составляет 200 ц/га зеленой массы, однолетних трав – 100 ц/га, деревьев и кустарников – 300 ц/га.

Суммарное содержание органических и минеральных веществ (сухое вещество) в зеленой массе продуцентов составляет – 25%. Содержание сухого вещества в тканях консументов первого и второго порядков – 30%.

Доля органического вещества переходящего на каждый последующий уровень составляет 10%.

Доля сухого вещества однолетних трав потребляемого консументами первого порядка составляет:

зайцами - 35%

мышевидными - 25%

копытными - 40%

Доля сухого вещества многолетних трав потребляемого консументами первого порядка составляет:

зайцами – 25%

мышевидными – 20%

копытными – 35%

насекомыми – 10%

птицы – 10%

Доля сухого вещества деревьев и кустарников потребляемого консументами первого порядка составляет:

зайцами – 10%

мышевидными – 10%

копытными – 50%

насекомыми – 20%

птицы – 10%

Хищные птицы используют в качестве пищевого ресурса:

10% - зайцев

40% - птиц

30% - мышевидных

Лисы используют в качестве пищевого ресурса:

60% - зайцев

60% - птиц

70% - мышевидных

Волки используют в качестве пищевого ресурса:

30% - зайцев

100% - копытных

Задание:

1. Составить схему пищевой цепи для представленной экосистемы

2. Составить схему пищевой сети для представленной экосистемы

3. Составить пирамиду биомассы отдельных групп живых организмов с расчетом количественных показателей ее уровней

4. Провести расчет численности всех видов живых организмов входящих в экосистему (исключая продудентов)

По результатам изучения темы студентам необходимо представить отчет следующего содержания:

1. Титульный лист

2. Содержание

3. Теоретическая часть

4. Практическая часть

---

Дата добавления: 2015-08-28