Практическое занятие №9 Экологические системы

Цель занятия:

закрепить знания о структуре и функционировании экосистем.

Основные понятия:

экологическая система, биогеоценоз, трофическая структура экосистем, продуценты, консументы, редуценты, биологические пирамиды, динамика сукцессия.

Задание 1:

Экосистему можно представить в форме следующего выражения:

экосистема = абиотический компонент + биотический компонент

• Роль абиотического компонента: Обеспечивает условия для жизни организмов (температура, влажность, свет, состав почвы и воды и т.д.).
• Роль биотического компонента: Включает все живые организмы экосистемы (продуценты, консументы, редуценты), которые взаимодействуют между собой и с абиотическим компонентом.
• Параметры, обеспечивающие целостность экосистемы:
  • Биотические взаимоотношения (пищевые цепи, конкуренция, симбиоз, паразитизм и др.).
  • Круговорот веществ и поток энергии.
  • Способность к саморегуляции.
• Виды взаимоотношений, имеющие наибольшее значение: Пищевые (трофические) взаимоотношения, так как они обеспечивают передачу энергии и вещества по трофическим уровням, поддерживая структуру экосистемы.

Задание 2:

Оцените правильность утверждений:

• совокупность совместно обитающих популяций составляет основу экологической системы; - Верно. Популяции разных видов, взаимодействуя, формируют биотическую часть экосистемы.
• Функционирование экосистемы определяется всеми отношениями между абиотическими и биотическими компонентами; - Верно. Для функционирования экосистемы необходимы как физические условия, так и живые организмы и их взаимодействия.
• для любой экосистемы характерен круговорот вещества и энергии; - Верно. Круговорот веществ и поток энергии являются фундаментальными процессами в любой экосистеме.
• структура экосистемы на определенной территории постоянна; - Неверно. Структура экосистемы может меняться со временем (например, при сукцессии) или под воздействием внешних факторов.
• самой крупной экосистемой является биосфера Земли. - Верно. Биосфера охватывает все экосистемы Земли.

Задание 3:

Тип взаимоотношений, отражаемый трофической структурой экосистемы: Пищевые (трофические) взаимоотношения.

Функциональные группы организмов в трофической структуре:

Задание 4:

Консументы по типу потребляемой пищи:

• Консументы I порядка (травоядные): корова, заяц, зеленый кузнечик, тля, виноградная улитка, гусеницы капустной белянки.
• Консументы II порядка (плотоядные и всеядные): лев, паук, волк, ястреб, лисица, щука, антилопа, стрекоза, серая акула, бычий цепень, пчела (собирает нектар, но также участвует в опылении, что можно считать косвенным потреблением).
• Консументы III порядка (хищники высшего порядка): белый медведь, дельфин.

Задание 5:

Организмы, нарушающие строгость трофических уровней:

• Паразиты: Например, бычий цепень. Он питается уже переработанной пищей в кишечнике хозяина, не являясь при этом консументом только одного определенного порядка.
• Всеядные животные: Например, медведь. Он может питаться как растительной пищей (конс. I порядка), так и животной (конс. II или III порядка).

Задание 6:

Графическое изображение экосистем: Экологические пирамиды (пирамиды численности, биомассы, энергии).

Характеристики экосистем, отражаемые пирамидами:

• Численность: Количество особей на каждом трофическом уровне.
• Биомасса: Общая масса организмов на каждом трофическом уровне.
• Энергия: Количество энергии, передаваемой на каждый следующий трофический уровень.

Основание пирамиды: Продуценты.

Вершина пирамиды: Обычно консументы высших порядков (хищники).

Примеры цепей питания, соответствующих пирамиде численности (рис. 3А):

• Вариант 1 (стандартная пирамида): Трава → Кузнечик → Лягушка → Змея → Орел. (Число организмов уменьшается с каждым уровнем).
• Вариант 2 (перевернутая пирамида численности, как на рис. 3Б): Дерево (1 продуцент) → Стая птиц (много консументов I порядка).

Задание 7:

Биомасса экосистемы: Общая масса всех живых организмов (или их частей) в экосистеме в данный момент времени, выраженная в единицах массы на единицу площади или объема.

Параметр, определяющий биомассу: Скорость роста и размножения организмов, скорость их гибели и разложения.

Организмы, формирующие первичную продукцию: Продуценты (зеленые растения, водоросли, цианобактерии).

Организмы, формирующие вторичную продукцию: Консументы (животные, питающиеся другими организмами).

Причины различий в пирамидах биомассы (весна/осень):

• Весна: Максимальная активность продуцентов (цветение воды, бурный рост растений), высокая доступность питательных веществ. Биомасса продуцентов значительно превышает биомассу консументов.
• Осень: Снижение активности продуцентов, отмирание растительности. Биомасса консументов может быть сопоставима или даже превышать биомассу продуцентов (например, если продуценты – планктон, а консументы – рыбы, которые накапливают биомассу).

Задание 8:

Данные по энергии в пресноводной экосистеме (кДж/м² год):

• Продуценты: 87110
• Консументы I порядка: 14098
• Консументы II порядка: 1603
• Консументы III порядка: 88

Построение пирамиды энергии: Пирамида энергии строится аналогично другим пирамидам, но всегда имеет правильную (прямую) форму, так как энергия теряется на каждом трофическом уровне.

Средняя величина энергии, переходящей на каждый последующий трофический уровень:

• От продуцентов к консументам I порядка: (14098 / 87110) * 100% ≈ 16.2%
• От консументов I к консументам II порядка: (1603 / 14098) * 100% ≈ 11.4%
• От консументов II к консументам III порядка: (88 / 1603) * 100% ≈ 5.5%

Правило переноса энергии (Правило Линдемана): При переходе с одного трофического уровня на другой в среднем теряется около 90% энергии, и только около 10% передается на следующий уровень.

Задание 9:

Критерии, характеризующие естественные экосистемы:

• Способны к саморегуляции в течение длительного времени.
• Состав биотического компонента определяется межвидовыми взаимоотношениями.
• Имеют четко определенную взаимосвязь между компонентами.

Задание 10:

Изменения на островах после цунами:

• Острова, предоставленные природе: Произойдет естественное восстановление экосистем (сукцессия). Сначала появятся пионерные виды (например, лишайники, травы), затем более сложные сообщества. Процесс может занять длительное время.
• Остров, восстановленный человеком: Экосистема будет носить искусственный характер, с ограниченным биоразнообразием и высокой зависимостью от человека. Природные процессы будут подавлены.

Названия процессов, происходящих на островах:

• На островах, предоставленных природе: Вторичная сукцессия.
• На острове, восстановленном человеком: Антропогенное воздействие, искусственное формирование экосистемы.

Контрольные вопросы:

1. Классификация экосистем:
   • Естественные (леса, степи, пустыни, океаны) и искусственные (агроэкосистемы, города).
   • Водные (пресные, морские) и наземные.
   • По размеру: микроэкосистемы, локальные, региональные, глобальные (биосфера).
2. Виды циклических изменений, подверженных экосистемы:
   • Круговорот веществ (углерода, азота, воды и др.).
   • Сезонные изменения (цветение, листопад, миграции).
   • Сукцессии (первичные и вторичные).
3. Виды сукцессий:
   • Первичная сукцессия: Возникновение экосистемы на месте, где ранее жизни не было (например, на застывшей лаве, голых скалах).
   • Вторичная сукцессия: Восстановление экосистемы на месте, где она была разрушена (например, после пожара, вырубки леса).