Цепи питания, правило пирамиды

Урок 5. Поток энергии и цепи питания

Круговорот веществ и поток энергии

В любом биогеоценозе происходит круговорот веществ и осуществляется однонаправленный поток энергии. Продуценты извлекают из атмосферы углекислый газ, из почвы — воду и минеральные соли, и, используя энергию солнечного света, образуют органическое вещество. В дубраве, например, около 1% солнечной энергии преобразуется в химические связи образованного органического вещества. Солнечная энергия переходит в энергию химических связей образованного органического вещества растений, но при дыхании растений около 50% органического вещества окисляется, остальные 50% — прирост биомассы. Например, ежегодный прирост биомассы в дубраве составляет около 10 т/га, около 6 т — прирост надземных органов, 4 т приходится на прирост подземных органов.

Затем химические элементы, входящие в состав органических молекул, движутся по цепям питания. И вновь от звена к следующему звену часть органического вещества используется как источник энергии, а часть — как строительный материал. В каждом звене пищевой цепи при дыхании углекислый газ возвращается в атмосферу, непереваренные остатки пищи и погибшие организмы разлагаются с помощью редуцентов, которые завершают круговорот химических элементов.

 

Цепи питания, правило пирамиды

Цепи питания, которые начинаются с автотрофных организмов, называют пастбищными цепями или цепями выедания. Но некоторые цепи начинаются с неживой органики, например, с растительного опада. В этом случае они называются детритными цепями или цепями разложения.

Когда растительность поедается консументами, большая часть съеденного органического вещества растений окисляется и служит источником энергии, меньшая часть является строительным материалом и идет на прирост или восстановление биомассы. От 5 до 20% съеденной биомассы запасается в образованном органическом веществе консументов 1-го порядка. На прирост биомассы консументов 2-го порядка пойдет также около 5 — 20% от съеденной пищи. Если для простоты взять на прирост биомассы 10% от съеденной пищи, то дельфин массой 50 кг съел 500 кг рыбы, которой понадобилось 5000 кг зоопланктона, а в основании этой экологической пирамиды будут находиться съеденные зоопланктоном 50000 кг фитопланктона. Это правило экологической пирамиды биомассы — биомасса каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается — верно для большинства экосистем. Но в морских экосистемах биомасса каждого последующего уровня увеличивается, наблюдается перевернутая пирамида биомассы. Это связано с тем, что основным продуцентом является фитопланктон, водоросли, преобладающие в нем живут недолго, большая часть их выедается, но очень они очень быстро размножаются. Организмы каждого последующего уровня живут дольше и накапливают большую биомассу.

Различают пирамиду чисел, когда сравнивается число особей на каждом пищевом уровне, пирамиду биомассы — если сравнивается биомасса каждого уровня, пирамиду энергии — при сравнении количества энергии заключенной в пище каждого уровня. Наглядно использование энергии консументами можно выразить формулой:

ПИЩА = ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН + ПРИРОСТ БИОМАССЫ+ ЭКСКРЕМЕНТЫ

Большая часть энергии, заключенной в пище, выделяется в результате энергетического обмена и используется для поддержания всех жизненных процессов, меньшая часть используется для прироста биомассы и часть энергии выводится из организма вместе с неусвоенной пищей, выделенной в виде экскрементов. Передача энергии с одного трофического уровня на другой происходит с потерей большей части энергии в виде тепла, запас энергии, накопленный зелеными растениями, стремительно иссякает и вся энергия рассеивается в форме тепла. Поэтому пищевая цепь обычно включает всего 4—5 звеньев. Так осуществляется однонаправленный поток энергии.

За единицу времени растения в процессе фотосинтеза создают определенную биомассу. Это валовая первичная продукция. Около 50% этой биомассы расходуется самими растениями в процессах дыхания, 50% сохраняется в виде прироста биомассы. Эта часть и составляет чистую первичную продукцию экосистемы. Прирост за единицу времени биомассы консументов составляет вторичную продукцию экосистемы. Вторичную продукцию можно подсчитать для каждого трофического уровня.

Биологическая продуктивность экосистемы — производительность экосистемы, измеряемая за единицу времени на единицу площади. Самая высокая продуктивность у экосистем зарослей тростника в коралловых рифах, дельте Волги, в тропических лесах. Меньше — в дубово-липовых лесах, еще меньше в сосновых и березовых лесах, лугах и степях и самая низкая продуктивность в тундре, горных степях, большей части морских экосистем.

 

 

Письменная работа с карточками на 10 мин:

1. Откуда организмы получают энергию и как они ее расходуют?

2. Как связаны в потоке энергии продуценты, консументы и редуценты?

3. Сравните пирамиды биомассы наземных и морских экосистем.

4. Что такое продуктивность экосистемы? Сравните продуктивность разных экосистем.

Работа с карточкой у доски:

1. Что является основным источником энергии для существования наземных экосистем?

2. Какой процент образованного органического вещества расходуется растениями в процессе дыхания?

3. Какой процент съеденной пищи идет на прирост биомассы популяции?

4. Можно ли утверждать, что в экосистеме происходит круговорот веществ и энергии?

5. В каких экосистемах биомасса консументов больше биомассы продуцентов?

6. Какие цепи питания различают в экосистеме?

7. Цепь питания: фитопланктон, зоопланктон, рыбы, дельфин. На прирост биомассы каждого уровня приходится 10% от съеденной пищи. Масса дельфина 50 кг, какова масса съеденного фитопланктона?

8. Что такое валовая первичная продукция?

9. Что такое вторичная продукция?

 

Тестовое задание:

Тест 8. Цепь питания: фитопланктон, зоопланктон, рыбы, дельфин. На прирост биомассы каждого уровня приходится 10% от съеденной пищи. Масса дельфина 50 кг, масса съеденного фитопланктона: 1. 500 кг. 2. 5000 кг. 3. 50 000 кг. 4. 500 000 кг. Тест 9. Биомасса консументов 2-го порядка больше биомассы консументов 1-го порядка, а биомасса консументов 1-го порядка больше чем биомасса продуцентов, «перевернутая» пирамида биомассы: 1. В тундре. 2. В тайге. 3. В морях. 4. Такого не может быть. Тест 10. Масса каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается. Это правило: 1. Пищевой цепи. 2. Пирамиды биомассы. 3. Пирамиды энергии. 4. Пищевых связей.

Тест 1. В форме химических связей образованного органического вещества дубрава аккумулирует:

1. 0,04% энергии солнечного света.

2. 1% энергии солнечного света.

3. 5% энергии солнечного света.

4. 10% энергии солнечного света.

Тест 2. Расходуется растениями в процессе дыхания:

1. 90% образованного органического вещества.

2. 50% образованного органического вещества.

3. 30% образованного органического вещества.

4. 10% образованного органического вещества.

Тест 3. Энергия солнечного света первоначально запасется в виде химических связей образованного органического вещества:

1. Редуцентов.

2. Консументов.

3. Продуцентов.

4. Гетеротрофов.

Тест 4. Переходит на следующий уровень пищевой цепи в форме прироста биомассы в среднем:

1. 100% энергии съеденной пищи.

2. 50% энергии съеденной пищи.

3. 10% энергии съеденной пищи.

4. 1% энергии съеденной пищи.

Тест 5. В экосистеме происходит:

1. Круговорот веществ и энергии.

2. Круговорот энергии.

3. Круговорот веществ.

4. Однонаправленный поток веществ и энергии.

Тест 6. Энергия солнечного света, преобразованная в энергию химических связей органического вещества:

1. Передается по цепям питания и рассеивается при дыхании на каждом пищевом уровне.

2. Происходит круговорот энергии в экосистеме.

3. Остается в форме образованного органического вещества.

4. Бесконечно передается по цепям питания.

Тест 7. Детритные пищевые цепи начинаются:

1. С растений.

2. С животных.

3. С редуцентов.

4. С органического вещества отмерших организмов.