ПРАКТИКА 4. ЭКОСИСТЕМЫ И БИОСФЕРА Ларионова Екатерина Владимировна, доцент каф. ЭБЖ

Цель усвоить основные принципы функционирования экосистем, осознать опасность антропогенного воздействия на экосистемы Основные понятия : биоценоз, биотоп, трофическая структура, автотрофный и гетеротрофный тип питания, продуценты, консументы, редуценты, пирамиды численности, биомассы, энергии, правило 10 процентов, первичная и вторичная продуктивность, гомеостаз экосистем, первичная, вторичная сукцессия

Характеристика экосистемы Задание 1. Охарактеризовать структуру экосистемы, принципы функционирования по алгоритму : Тип экосистемы Компоненты экосистемы Трофическая структура Энергетика экосистемы Продуктивность экосистемы Круговорот веществ

Тип экосистемы

Энергетика экосистем

Правило 10 процентов 7000 кг 700 кг 70 кг

Правило 10 процентов Задание 2. Даны следующие организмы : лисица, землеройка, дождевой червь, листовой опад 1. Составьте пищевую цепь. 2. Укажите количество трофических уровней. 3. Укажите консумента I уровня в этой цепи. 4. Известно, что с одного трофического уровня на другой переходит 8 процентов энергии. Сколько понадобится растительности, чтобы выросла одна лисица весом 6 кг.

Пирамиды численности, биомассы, энергии Редуценты Консументы Продуценты Редуценты Консументы Продуценты Пирамида численности Кол - во особей, шт. Пирамида биомассы Масса, кг / кг Редуценты Консументы Продуценты Пирамида энергии, Энергия, Дж / кг

Пирамида биомассы Задание 3. Постройте пирамиды биомассы озера в зимний и весенний период по следующим данным ( Грин, Стаут, Тейлор, 1990): Экологические группы организмов Биомасса, г/м 3 ЗимаВесна Продуценты2100 Первичные консументы 1012 Вторичные консументы 36 Объясните, почему в течение года пирамида « переворачивается ».

Инверсия пирамиды биомассы Чем можно объяснить тот факт, что в большинстве морских экосистем с повышением трофического уровня биомасса не уменьшается, а увеличивается. Биомасса фитопланктона меньше, чем биомасса зоопланктона, биомасса зоопланктона меньше, чем биомасса животных, которые им питаются. Рыба Зоопланктон Фитопланктон

Пирамиды численности и биомассы Задание 4. Построить пирамиду численности пищевой цепи. Известна общая годовая продуктивность пищевой цепочки 40 тонн. Исходные данные приведены в таблице. Пищевая цепь Масса одной особи, г Масса всего тр. уровня, кг Кол-во особей, шт. Ястреб2000 Ужи100 Лягушки10 Кузнечики1 Растения5

Задание 1. Пояснить поговорки: Кашу маслом не испортишь По одежке протягивай ножки с точки зрения экологических понятий. 2. Даны следующие организмы: тля, дрозд, паук, розовый кустарник, божья коровка, сокол. Составьте пищевую цепь. Укажите количество трофических уровней. Укажите консумента I уровня в этой цепи. Зная, что с одного трофического уровня на другой передается около 8 % рассчитайте, сколько понадобится растительности, чтобы вырос один сокол весом 3 кг.

Задание на практику 4 ИДЗ 1 – срок сдачи 1 КН. 1. Динамика экосистем. Гомеостаз. Сукцессия. 2. Круговорот азота, углерода, кислорода, серы, воды. 3. Биосфера, ее границы. 4. Функции биосферы, свойства живого вещества. 5. Эволюция биосферы.

Сукцессия появление лишайников на остывшей вулканической лаве ; постепенное обрастание голой скалы ; появление на сыпучих песках сосняка ; превращение гарей в еловые леса ; постепенная смена вырубок сосняком ; превращение деградированных пастбищ в дубравы.

Сукцессия Задание 5. Определите из представленного списка тип сукцессии. Составить ряд сукцессии. Указать длительность сукцессии. Как изменяется продуктивность и биомасса ? превращение заброшенных полей в дубравы ;

Сукцессия превращение гарей в еловые леса ;

Сукцессия постепенное обрастание голой скалы ; появление на сыпучих песках сосняка ;

Продуктивность экосистем Продуктивность - биомасса, производимая на единице площади в единицу времени. Единицы измерения - Ккал /( м 2 × год ), кДж /( м 2 × год ). Валовая первичная продукция (P g ) – скорость накопления органического вещества продуцентами. Чистая первичная продукция (P 1N )– скорость накопления органического вещества продуцентами, за вычетом энергии, пошедшей на дыхание. Вторичная продукция (P 2 ) – прирост массы консументов за единицу времени.

Продуктивность экосистем Тип экосистемыПлощадь, 10 –6 км 2 Мировая ПП, 10 –9 т / год Глобальная биомасса, 10 –9 т ПП, г /( м 2 год ) Биомасса, кг / м 2 Тропический дождевой лес 1737,4765 Экстремальные пустыни, скалы, пески и лед 240,070,5 Открытый океан 33241,51 Всего Задание 6. В таблице приведены первичная продукция и растительная биомасса некоторых экосистем Земли. Используя данные таблицы, определите участие ( в %) различных типов экосистем Земли в формировании биомассы и первичной продукции ( ПП ) биосферы.

Круговорот веществ Общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли составляет около 1100 млрд. т. Установлено, что за год растительность ассимилирует почти 1 млрд. т. углерода. Примерно столько же его выделяется в атмосферу. Определите, за сколько лет весь углерод атмосферы пройдет через организмы ?

Энергетические изменения в экосистемах во время сукцессии 1.Возрастает биомасса (В) и количество органического детрита 2.Снижается чистая продуктивность сообщества (P N ) 3.Увеличивается энергия, пошедшая на дыхание (R) 4.Увеличивается валовая первичная продукция (P g ), которая при приближении к климаксному состоянию уменьшается Признаки экосистемы Развивающаяся стадияКлимаксная ( зрелая ) стадия P g /R 1( автотрофная сукцессия ) ~1~1 P g /B Высокое значениеНизкое значение PNPN Высокое значениеНизкое значение

Продуктивность

В таблице приведены чистая первичная продуктивность, вторичная продуктивность двух экосистем, а также расходы на дыхание автотрофов и гетеротрофов: Энергетические изменения в экосистемах во время сукцессии Бореальный лесЛистопадный лес умеренной зоны Чистая первична я продукти вность, г/(м 2 год) Расходы на дыхание автотроф ов Расходы на дыхание гетеротр офов Вторичн ая продукти вность, г/(м 2 год) Чистая первична я продукти вность, г/(м 2 год) Расходы на дыхание автотроф ов Расходы на дыхание гетеротро фов Вторичная продуктив ность, г/(м 2 год) Рассчитать для двух экосистем: Pg( валовая первичная продуктивность )/R( энергия, пошедшая на дыхание гетеротрофов и автотрофов ) P ( чистая продуктивность сообщества ) – скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами. На основании рассчитанных данных сделать вывод о том, какая экосистема является более зрелой (климаксной), а какая развивающейся, указать тип сукцессии (гетеротрофный, автотрофный) для развивающейся экосистемы. Ответ обосновать.

Круговорот веществ Расположите стадии в таком порядке, чтобы образовывался замкнутый круговорот: а) воды Испарение с поверхности океана; Перенос влаги с воздушными массами; Выпадение осадков; Инфильтрация вод; Испарение с поверхности суши; Транспирация; Подземный сток; Поверхностный сток; Подземные воды.

Круговорот веществ б) углерода: СО2 в составе атмосферы; Углеродсодержащие соединения в составе консументов океана; Молекула глюкозы в растении; Биологический вынос карбонатов в составе скелетного материала из морской воды; Углеродсодержащие соединения поглощены редуцентами; Окисление детрита; Процесс клеточного дыхания; Карбонат и бикарбонат ионы в составе морской воды; Аминокислоты в составе белков тканей животного; Горение органического вещества; Абиогенное (без участия живого организма) осаждение карбонатов в океане; Глюкоза в составе водорослей; Разложение органической материи в морской воде за счет дыхания бактерий; Сжигание полезных ископаемых (топлив); Осадочные карбонаты (отложения).

Круговорот веществ в) азота: N2 в составе атмосферы; Поступление нитрат-ионов почв в подземные и поверхностные воды; Образование аммонийных соединений азотфиксирующими бактериями; Усвоение нитратных и нитритных форм продуцентами; Аминокислоты в составе белков тканей консументов; Фиксация азота при грозовой деятельности; Азотсодержащие соединения вошли в состав детрита; Деятельность аммонифицирующих редуцентов; Вулканическая деятельность; Деятельность денитрофицирующих бактерий. Окисление аммонийных форм нитрифицирующими бактериями; Уход в глубинные слои литосферы.

Круговорот веществ г) фосфора Фосфор горных пород; Фосфаты почвы; Фосфорсодержащие соединения в живом организме на суше; Фосфорсодержащие соединения в живом организме в океане; Фосфаты донных отложений.

Круговорот веществ д) серы Сульфаты природных вод; Сульфаты почв (перевод тиобациллами сульфидов в сульфаты); Серосодержащие аминокислоты в живом организме; Сульфиды руд и горных пород; Окисление сульфидов серобактериями; Выделение серы при вулканической деятельности.

Определить границы биосферы.

Назвать вещества биосферы по классификации Вернадского. Битум, почва, базальт, микроорганизмы, нефть, гранит, природный газ, кора деревьев, песок, глина, ил, природные воды, атмосфера.

Установить на соответствие функций живого существа ( Энергетическая, Газовая функция, Концентрационная, Окислительно - восстановительная, Средообразующая, Рассеивающая, Информационная ). Образование озонового экрана Выделение живыми организмами аммиака Аккумуляция железобактериями железа Образование органических веществ при автотрофном питании Способность хвощей накапливать кремний Процессы фотосинтеза Процессы минерализации органических веществ Процессы дыхания

Гомеостаз экосистем Выбрать любую экосистему, описать ее состав и структуру. Описать поведение экосистемы после ее разрушения. Пусковой механизм придумать самостоятельно.

Задание на КН 1. Контрольная работа 1 2. Игра «Биоэкология».