Как правильно решать расчетные задачи по экологии
Расчет биомассы карасей в озере
Задача 1.
Щуки питаются карасями, а черви-паразиты развиваются в организме 10% особей карасей и щук. Щукам доступно для питания 10% карасей. В биоценозе озера обитают щуки общей массой 20 кг и черви-паразиты общей массой 1 кг. Найдите минимальную биомассу карасей в данном озере.
Решение:
1. Пищевой рацион щук (биомасса карасей) составит:
20 кг . 10 = 200 кг.
2. Пищевой рацион червей-паразитов (биомасса рыб) составит:
1 кг . 10 = 10 кг.
3. Минимальная масса карасей в озере составит:
200 кг + 10 кг = 210 кг.
Определение количества птиц, которое могут прокормиться в лесу
Задача 2.
Установлено, что в 1 кг массы тела дятлов, содержится 3000 кДж энергии, КПД фотосинтеза лесной экосистемы составляет 1%. Какое количество этих птиц со средней массой тела 100 г сможет прокормиться в лесу, на поверхность которого падает 12.109 кДж солнечной энергии, а первичным потребителям, которыми питаются дятлы, доступно до 1% чистой первичной продукции, запасенной растениями.
Решение:
1) Определяем энергию продуцентов, получим:
100% - 12.109 кДж
1% - х кДж
х = (1% . 12.109 кДж)/100% = 12.107 кДж.
2) Определяем энергию первичных потребителей, получим:
100% - 12.107 кДж
1% - х кДж
х = (1% . 12.107 кДж)/100% = 12.105 кДж.
3) Согласно правилу Линдемана определяем энергию дятлов, получим:
100% - 12.105 кДж
10% - х кДж
х = (1% . 12.105 кДж)/100% = 12.104 или 120 000 кДж.
4) Находим биомассу дятлов, получим:
3000 кДж - 1000 г
120 000 кДж - х г
х = (120 000 кДж . 1000 г)/3000 кДж = 40000 г.
5) Находим количество дятлов, получим:
(40000 г)/100 г = 400 дятлов.
Ответ: 400 дятлов в лесу.
Определение количества консументов II порядка в экосистеме
Задача 3.
Какое максимальное количество консументов II порядка со средней массой 5 кг сможет прокормиться в сообществе, на поверхность которого поступает 5 . 108 ккал солнечной энергии, если в 1 кг теле хищника содержится 500 ккал энергии, а КПД фотосинтеза с лесу 1%? (Процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Линдемана).
Решение:
Рассчитаем количество энергии, необходимое для прироста биомассы консументов II порядка, получим:
5 кг . 500 = 25000 ккал.
Исходя из правила Линдемана:
консументу II порядка необходимо: 25000 ккал . 10 = 250000 ккал.
Запишем пропорцию, чтобы определить количество энергии, заключенной в сообществе, получим:
5.108 ккал - 100%
х ккал - 1%
х = (5.108 ккал . 1%)/100% = 5.106 ккал.
Рассчитаем максимальное количество консументов II порядка, которое может прокормиться в сообществе, получим:
Nобщ. = (5.106 ккал)/250000 ккал = 20 особей консументов II порядка.
Ответ: 20.
Определение площади экосистемы
Задача 4.
Какая площадь соответствующего биогеоценоза может выкормить одну особь последнего звена в цепи питания: растения - грызуны - лиса? Масса лисы 25 кг, из них вода - 65%. Продуктивность наземных растений - 200 г с 1 м2/год.
Решение:
Рассчитаем чистую (органическую) массу лисы, получим:
25 . 0,35 = 8,75 (кг).
Зная, что масса лисы составляет 8,75 кг, а это число должно быть в 10 раз меньше массы предыдущего звена трофической цепи, легко найдём массу предыдущего звена (грызуны): 8,75 х 10 = 87,5 (кг). Соответственно масса растений составляет: 87,5 . 10 = 875 (кг).
Теперь, зная продуктивность наземных растений, рассчитаем площадь соответствующего биогеоценоза, получим: (875000 г)/(200 г/м2) = 4375 м2.
Ответ: площадь биогеоценоза 4375 м2.
Задача 5.
Какая площадь экосистемы нужна, чтобы прокормить 1 хищника (масса - 1000 кг, 30% составляет сухое вещество), что находится на четвертом трофическом уровне (первичная продуктивность экосистемы - 200 г/м2)?
Решение:
m = 1000 кг (из них 30% составляет сухое вещество);
биопродуктивность - 200 г/м2;
цепь питания:
растения → консументы I порядка → консументы II порядка → хищник.
S(экосистемы) = ?
1. Определяем массу органического вещества в теле хищника, получим:
1000 кг . 0,3 = 300 кг или 300000 г.
2. Согласно правилу экологической пирамиды – на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени, больше чем на последующем ~ в 10 раз.
Отсюда:
m(растения) = 300000 кг → m(консументы I порядка) = 30000 кг → m(консументы II порядка) = 3000 кг → m(хищник) = 300 кг.
3. Определяем площадь данной экосистемы, если известно, что продуктивность экосистемы 200 г/м2 = 0,2 кг, получим:
1 м2 - 0,2 кг
х м2 - 300000 кг
х = (1 м2 . 300000 кг)/0,2 кг = 1500000 м2 или 150 га.
Ответ: S(экосистемы) = 150 га.
Определение массы фитопланктона, необходимого для прокорма морского леопарда
Задача 6.
Используя правило экологической пирамиды, определите массу фитопланктона, которой может прокормиться морской леопард массой 300 кг, если он занимает четвертую пищевой уровень.
Решение:
Согласно правилу экологической пирамиды – на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени, больше чем на последующем ~ в 10 раз.
Отсюда:
4. морской леопард - 300 кг;
3. консументы 3-го порядка - 3000 кг;
2. консументы 1-го порядка - 300000 кг;
1. фитопланктон - 300000 кг.
Ответ: m(фитопланктона) = 300000 кг.
Определение сроков прохождения деревом своего жизненного цикла
Задача 7.
У буков, в зависимости от условий произрастания, состояние подроста длится от 2 до 30 лет, молодого неплодоносящего дерева – от 15 до 120 и плодоносящего – от 40 до 350 лет. Рассчитайте и сравните самый короткий и максимальный сроки прохождения деревом своего жизненного цикла.
Решение:
1. Рассчитаем самый короткий срок прохождения буком своего жизненного цикла, получим:
2 + 15 + 40 = 57 лет.
2. Рассчитаем самый максимальный срок прохождения буком своего жизненного цикла, получим:
30 + 120 + 350 = 500 лет.
Расчет энергии, которая заключена в биомассе съеденных продуцентов.
Задача 8.
Пастбищная цепь питания экосистемы состоит из следующих звеньев (перечислены в случайном порядке!): белянка, капуста, куница, скворец. В экосистеме обитает 25 пар скворцов. Определите, сколько энергии (кДж) должно быть заключено в биомассе съеденных продуцентов, чтобы обеспечить прирост каждого скворца на 10 г, если в данной пищевой цепи соблюдается правило 10 %, а в 100 г любого консумента заключено 400 кДж энергии.
Решение:
1. Составим трофическую цепь, начиная от продуцентов, получим:
капуста → белянка → скворец → куница.
2. Определим общую массу прироста скворцов, получим:
10 г . 50 = 500 г.
3.Зная, что прирост по массе скворцов составляет 500 г, а это число должно быть в 10 раз меньше массы предыдущего звена трофической цепи, легко найдём массу предыдущего звена (белянка): 500 . 10 = 5000 (г). Соответственно масса капусты составляет: 5000 . 10 = 50000 (г). Получаем ответ: для того чтобы обеспечить прирост каждого скворца на 10 г необходимо 50000 г капусты.
4. Определим, сколько энергии (кДж) должно быть заключено в биомассе съеденных продуцентов, получим:
400 кДж . 50000 г = 20000000 кДж.
Ответ: 20000000 кДж.
