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

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
Тип экосистемы
Энергетика экосистем
Правило 10 процентов
7000 кг
700 кг
70 кг
Правило 10 процентов

1.
2.
3.
4.
Задание 2. Даны следующие организмы: лисица,
землеройка, дождевой червь, листовой опад
Составьте пищевую цепь.
Укажите количество трофических уровней.
Укажите консумента I уровня в этой цепи.
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
Пирамида численности
Пирамида биомассы
Пирамида энергии,
Кол-во особей, шт.
Масса, кг/кг
Энергия, Дж/кг
Редуценты
Редуценты
Редуценты
Консументы
Консументы
Консументы
Продуценты
Продуценты
Продуценты
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/м3
Зима
Весна
Продуценты
2
100
Первичные
консументы
10
12
Вторичные
консументы
3
6
Объясните, почему в течение года пирамида «переворачивается».
Инверсия пирамиды биомассы
Рыба
Зоопланктон
Фитопланктон

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.
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
Масса
одной
всего тр.
особи, г уровня,
кг
Ястреб
2000
Ужи
100
Лягушки
10
Кузнечики
1
Растения
5
Кол-во
особей,
шт.
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

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/(м2×год), кДж/(м2 × год).
Валовая первичная продукция (Pg) – скорость
накопления органического вещества продуцентами.
Чистая первичная продукция (P1N)– скорость
накопления органического вещества продуцентами, за
вычетом энергии, пошедшей на дыхание.
Вторичная продукция (P2) – прирост массы
консументов за единицу времени.
Продуктивность экосистем
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.
Площадь, Мировая
ПП,
10–6 км2
10–9 т/год
Глобальная ПП,
Биомасса,
биомасса, г/(м2год) кг/м2
10–9 т
Тропический
дождевой лес
17
37,4
765
Экстремальные
пустыни, скалы,
пески и лед
24
0,07
0,5
Открытый океан
332
41,5
1
Всего
510
170
1841
Тип экосистемы
Энергетические изменения в экосистемах
во время сукцессии
1.
2.
3.
4.
Возрастает биомасса (В) и количество органического детрита
Снижается чистая продуктивность сообщества (PN)
Увеличивается энергия, пошедшая на дыхание (R)
Увеличивается валовая первичная продукция (Pg), которая при
приближении к климаксному состоянию уменьшается
Признаки
экосистемы
Pg/R
Развивающаяся стадия
Климаксная
(зрелая) стадия
<1(гетеротрофная сукцессия)
~1
>1(автотрофная сукцессия)
Pg/B
Высокое значение
Низкое значение
PN
Высокое значение
Низкое значение
Продуктивность
Энергетические изменения в экосистемах
во время сукцессии
В таблице приведены чистая первичная продуктивность, вторичная
продуктивность двух экосистем, а также расходы на дыхание автотрофов и
гетеротрофов:
Бореальный лес
Листопадный лес умеренной зоны
Чистая
первична
я
продукти
вность,
г/(м2 год)
Расходы
на
дыхание
автотроф
ов
Расходы
на
дыхание
гетеротр
офов
Вторичн
ая
продукти
вность,
г/(м2 год)
Чистая
первична
я
продукти
вность,
г/(м2 год)
Расходы
на
дыхание
автотроф
ов
Расходы
на
дыхание
гетеротро
фов
Вторичная
продуктив
ность,
г/(м2 год)
1610
2350
1440
160
1470
1360
850
94
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».