Для решения задач по экологии необходимо уметь составлять цепи питания и помнить, что на каждом трофическом уровне на обеспечение процессов жизнедеятельности любого звена расходуется около 90% потребленной пищи и только 10% переходит на следующий уровень (правило Линдемана).
Задача 1. Рассчитайте, сколько фитопланктона должно быть истреблено, чтобы выросла одна щука массой 10 кг. Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня: фитопланктон → зоопланктон → мелкие рыбы → окунь → щука.
Решение. Так как на следующий трофический уровень переходит только 10% потребленной энергии, то каждый предыдущий уровень должен содержать в 10 раз больше энергии, чем последующий. В условии задачи даны 5 трофических уровней: фитопланктон → зоопланктон → мелкие рыбы → окунь → щука. Для того чтобы достигнуть массы 10 кг, щука должна съесть в 10 раз больше окуня. Следовательно, масса потребленного щукой окуня должна составлять 100 кг. Рассуждая аналогично, приходим к выводу, что окуни должны съесть 10 00 кг мелкой рыбы; мелкая рыба - 10 000 кг зоопланктона, а зоопланктон - 100 000 кг фитопланктона.
Ответ: для выращивания щуки массой 10 кг должно быть истреблено 100000 кг фитопланктона.
Задача 2. В средних широтах приток солнечной энергии за год составляет примерно 41010 кДж/га. На одном гектаре луга за год вырастает 10 000 кг трав. В каждом грамме производимых веществ содержится около 20 кДж. Сколько процентов падающей энергии Солнца использует луг?
Решение. Один гектар луга производит за год 10 000 кг, или 107 г трав. Так как в 1 г трав содержится около 20 кДж энергии, то всего будет запасено 107- 20 кДж = 2108 кДж. Приток солнечной энергии за год в умеренных широтах составляет примерно 4 х 1010 кДж - это 100%, а 2 х 108 - х%. Составляем пропорцию:
Ответ: луг использует около 0,5% падающей энергии Солнца.
Задача 3. Единственным источником энергии на небольшом острове является солнечный свет, суммарная годовая энергия которого составляет 3108 кДж. КПД фотосинтеза составляет 1,5%. Сообщество включает четыре трофических уровня. Определите, какое количество паразитов (эхинококков) может прокормиться у хищников данного сообщества, если масса одного эхинококка составляет 1 г, а на 1 кг их массы приходится 5104 кДж энергии. (Трансформация энергии происходит согласно правилу Линдемана.)
Решение. Цепь питания острова состоит из 4 трофических уровней: растения (продуценты) → травоядные животные (консументы первого порядка) → хищники (консументы второго порядка) → паразиты (консументы третьего порядка). На 1 кг массы паразитов приходится 5104 кДж энергии, а на 1 г - в 1000 раз меньше, т. е. 50 кДж. Суммарная годовая энергия света составляет 3108 кДж, а КПД фотосинтеза - 1,5%. Запишем пропорцию, чтобы определить количество энергии, заключенной в растениях острова: 3-108 кДж - 100%, а х кДж - 1,5%; оно будет равно 4,5106 кДж. При переходе на следующий трофический уровень (консументов первого порядка) теряется 90% энергии, т. е. ее будет в 10 раз меньше - 4,5105 кДж. В теле консументов второго порядка будет запасаться только 10% энергии консументов первого порядка - 4,5-104 кДж, а у их паразитов еще в 10 раз меньше - 4,5103 кДж. На одного цепня эхинококка приходится 50 кДж энергии, а всего им достается 4500 кДж энергии, следовательно у хищников данного сообщества сможет прокормиться 90 эхинококков (4500 : 50).
Ответ: у хищников данного сообщества может прокормиться 90 паразитов.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Рассчитайте количество консументов второго порядка в лесу, где энергия всех продуцентов составляет 10 000 кДж. Известно, что одна особь искомых консументов весит 500 г, а в 1 кг ее массы запасается 1000 Дж энергии.
2. Экологическая пирамида состоит из следующих уровней: растения (листья) → слизень → лягушка → уж → горностай. Какая масса листьев должно быть съедена, чтобы каждый из находящейся в лесу пары горностаев увеличил свою массу с 1 кг до 4 кг?
3. Самка мыши полевки родила 5 мышат, масса каждого равна 3 г. За месяц вскармливания мышата достигли массы по 13 г каждый. Определите, какую массу зерна должна употребить мышь, чтобы выкормить свое потомство.
4. Типичная детритная пищевая цепь питания леса состоит из следующих уровней: листовой опад → дождевой червь → черный дрозд → ястреб. Насколько увеличится масса тела ястреба, если в эту цепь питания вовлечено 10 000 кг листового опада?
5. Масса всех продуцентов на острове составляет 500 т. Один килограмм их массы содержит 1000 ккал энергии. Определите, какое максимальное количество хищников первого порядка может прокормиться в данной экосистеме, если средняя их масса 5 кг, а в 100 г их тела содержится 500 ккал энергии.
6. Известно, что в 1 кг массы тела дятлов (консументы второго порядка) содержится около 4000 ккал энергии. Какое максимальное количество дятлов со средней массой тела 100 г может прокормиться в лесу, на поверхность которого падает 4107 ккал солнечной энергии, а КПД фотосинтеза в лесу составляет 1%?
ОТВЕТЫ
1. 200 особей. 2. 60 т. 3. 5 кг. 4. 10 кг. 5. 200 особей. 6. 10 особей.