Окончание. См. № 8, 9/2005

Использование задач творческого характера в школьном курсе экологии

Задача 13. Согласно правила десяти процентов, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один окунь массой 2 кг. Расчеты ведите для условной пищевой цепи: фитопланктон – зоопланктон – уклея – налим – окунь. Предполагается, что представители каждого последующего уровня питаются лишь организмами предыдущего уровня.

Решение

Окунь массой 2 кг должен съесть налима массой 20 кг (так как в теле окуня усвоится лишь 10% массы веществ предыдущего трофического уровня). В свою очередь, для того, чтобы выросло 20 кг налима, эта рыба должна съесть 200 кг уклеи. Для образования 200 кг биомассы уклеи ей необходимо съесть 2 т зоопланктона, а для формирования 2 т биомассы последнего, ему необходимо съесть 20 т фитопланктона. Следовательно, для того, чтобы вырос один окунь массой 2 кг необходимо 20 т фитопланктона.

(Формулировка данного задания и его решение дается в авторской интерпретации. Следует отметить, что составление условий задачи в настолько абстрактной форме, приводит к биологическим казусам. Так, в данной задаче, окунь должен начать поедать подходящего налима непосредственно после окончания желточного питания, т.е. имея еще почти микроскопические размеры. – Прим. ред. ).

Задача 14. В некоторой местности проводится экологический мониторинг – оценка состояния сообществ разных типов. Результаты исследований за 2 года приведены в таблице.

Задание

Решение
Оценка экологической обстановки.

Общая экологическая обстановка в микрорайоне школы благополучная. Луговые и болотные сообщества остались практически нетронутыми за период проводимых исследований. Площадь лесных сообществ и агроценозов также изменилась несущественно.

Задача 15. По некоторым данным, на одно растение было отложено 457 яиц луковой мухи. Из этих яиц появилось на свет 70 личинок, до «второго возраста» дожило 25 личинок, до «третьего возраста» – 11. Все 11 успешно окуклились, а из 11 куколок вышли две мухи.

Задания

1. Составьте соответствующую таблицу, внесите в нее приведенные данные и рассчитайте величину смертности (в %) на каждом этапе развития и общую смертность на всех учтенных этапах. Какова величина смертности луковой мухи на этапах развития от яйца до взрослого насекомого? Постройте график – кривую выживания луковой мухи.

2. Приведите примеры других живых организмов, имеющих такой же тип кривой выживания.

Решение

Кривая выживания луковой мухи

2. Сходный тип кривой выживаемости характерен для многих насекомых и других беспозвоночных, в том числе водных.

Задача 16. В одной популяции суслика крапчатого число зверьков перед впадением в спячку составляло 124, а после пробуждения – 92. Во второй популяции было 78 особей до впадения в спячку и 51 после пробуждения.

Задания

1. Определите уровень смертности во время спячки в обеих популяциях суслика.

2. Вспомните, какие причины могут повлиять на смертность зверьков, находящихся в спячке.

Решение

1. Для первой популяции смертность составила: (124–92)/124х100=26%.
Для второй популяции смертность составила: (78–51)/78х100=35%.

2. На смертность особей суслика при спячке могут оказать влияние следующие факторы:

– слишком ранняя, затяжная или морозная зима;
– недостаточное количество накопленного для зимовки жира, например по причине плохого урожая кормовых растений;
– действие антропогенного фактора, например, глубокая осенняя вспашка земель в местах обитания зверьков.

Задача 17. В пределах определенной территории площадь массива хвойного леса составляет 120 га, заливного луга – 180 га, огородов – 5 га и дороги – 3 га.

Продуктивность сообществ различного типа представлена в таблице

Задания

1. Рассчитайте общую величину первичной продукции для данной территории.

2. Какие по площади участки, полностью занятые целиком пашней или болотом, будут иметь такое же значение первичной продуктивности, что и вся данная территория?

3. Вспомните определение первичной продуктивности.

Решение

1. Пересчитаем указанные величины годовой продуктивности на площадь одногогектара (1 га = 10 000 м 2): болото – 3,5 т; сельскохозяйственные угодья 1 – 5 т; хвойный лес – 6 т; заливные луга – 8 т. Первичная продукция хвойного леса составит 6х120=720 т;
заливного луга – 8х180=1440 т; огородов – 5х5=25 т. Для дороги величина продуктивности равна 0. Общая величина первичной продукции данной территории составит 2185 т.

2. Такое же количество первичной продукции может образоваться на 2185/5=437 га (т.е. почти в 1,5 раза больше) площади, занятой исключительно пашней, или на 2185/3,5=624 га (вдвое больше) площади, занятой болотом.

3. Первичная продуктивность – общее количество органического вещества (биомасса надземных и подземных органов и биогенных летучих веществ), производимое продуцентами на единице пространства за единицу времени.

Задача 18. На одном участке территории площадью 1200 га 40% площади занято массивом хвойного леса, 40% – пашней и 10% – заливным лугом; а на другом – 60% занято массивом широколиственного леса, а 40% – заливными лугами.

Задание

Пользуясь сведениями о средней продуктивности сообществ различного типа в средней полосе, приведенными в таблице в предыдущем задании, сравните первичную продуктивность двух данных участков.

Решение

Пересчитаем указанные величины годовой продуктивности на площадь одного гектара (1 га = 10 000 м 2): сельскохозяйственные угодья – 5 т; хвойный лес – 6 т; заливные луга – 8 т; широколиственные леса – 12 т. Определим площади, занятые сообществами различного типа на каждом участке: на первом – хвойный лес – 480 га, пашня – 480 га, заливной луг – 120 га; на втором – широколиственный лес – 720 га, заливной луг – 480 га. Величина первичной продукции с первого участка: 480х5+480х6+120х8=6240 т; со второго: 720х12+480х8=12480 т, т.е. в 2 раза выше.

Задача 19. Юные экологии провели оценку качества воды методом биоиндикации – на основе анализа сообщества водных беспозвоночных. Точки отбора проб обозначены на плане.

Задания

1. Как согласуется разнообразие встреченных видов живых организмов в пробах с местами забора проб на реке в разных точках?

3. Какие основные загрязнители можно ожидать обнаружить в воде в районе точки 5.

Решение

1. Наиболее чистая вода в точках 1, 2, 3, так как эти точки расположены выше по течению реки, чем объекты, загрязняющие воду, – автохозяйство и свиноферма. В этих точках наблюдается большее разнообразие видов водных беспозвоночных.

2. Наиболее толерантными, способными выдерживать загрязнение воды, являются черви трубочники, личинки комаров из семейства хирономид, моллюск шаровка.

3. В районе точки 5 в воде могут быть обнаружены вещества, выбрасываемые в воду автохозяйством: масла, углеводороды топлива, аккумуляторную жидкость, охлаждающую жидкость. А также отходы свинофермы – навоз и, как следствие, повышенное содержание азотных соединений (например, мочевины), сероводород.

Задача 20.

Ниже приведен план местности в окрестностях реки, где юные экологи провели оценку качества воды методом биоиндикации – на основе анализа сообщества водных беспозвоночных. Точки отбора проб воды обозначены на плане.

Полученные данные внесены в таблицу.

Задания

1. Основываясь на приведенных в таблице данных, соотнесите номера точек отбора проб с их возможным расположением на местности (на плане).

2. Вспомните, какие виды водных беспозвоночных способны выдерживать загрязнение воды.

3. Как вы думаете, удачно ли выбрано место расположения пляжа на берегу реки?

Решение

1. Исходя из результатов анализа сообщества водных беспозвоночных можно предположить, что точки забора проб располагались следующим образом:

2. Наиболее толерантными, способными выдерживать загрязнение воды являются черви трубочники, личинки комаров из семейства хирономид, моллюск шаровка.

3. Расположение пляжа на реке удачно, так как он находится выше по течению реки, чем мясокомбинат и биохимзавод, которые загрязняют воду различными выбросами. В точке вблизи пляжа обнаружены разнообразные водные беспозвоночные в большом обилии, что говорит об относительной чистоте воды в этом месте.

Задача 21. На сегодня общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли составляет около 1100 млрд т. За один год все растения на Земле ассимилируют почти 1 млрд т углерода и примерно столько же (вместе с гетеротрофными организмами) выделяют его в атмосферу.

Задание

Определите, за какой срок весь содержащийся в атмосфере углерод пройдет через живые организмы.

Решение

В 44 т СО 2 содержится 12 т углерода, следовательно в 1100 млрд т СО 2 содержится 1100х12/44=300 млрд т углерода. Весь этот углерод «пройдет» через живые организмы за 300/1=300 лет.

Задача 22. Хорошо известно так называемое явление пассивного курения. Суть его в том, что от табачного дыма страдают окружающие курильщика люди, члены его семьи, даже если они сами не курят. Сегодня это явление достаточно хорошо изучено, выведена даже математическая формула (М.Т. Дмитриев), связывающая число выкуренных за час сигарет с заболеваемостью:

С = 1 + 58(а + 0,26)К/(1 + 15К),
где
С – снижение заболеваемости;
а – количество, выкуренных сигарет за один час;
К – коэффициент, характеризующий то или иное заболевание.

Задание

Рассчитайте, на сколько снизится заболеваемость острыми респираторными вирусными инфекциями (ОРВИ) членов семьи курильщика, выкуривающего ежедневно 3 пачки по 20 сигарет, если он бросит курить (величина К для ОРВИ – 0,174).

Решение

С=1+58(а+0,26)К/(1+15К), где
а = 60/24 = 2,5
С=1+58(2,5+0,26)х0,174/(1+15х0,174)=
(1+27,85)/3,61=7,99. Заболеваемость ОРВИ членов семьи курильщика снизится почти в 8 раз, если он откажется от курения.

Задача 23. Состояние здоровья населения одной из российских областей характеризуется ухудшением демографической ситуации и ростом числа заболеваний среди населения. В таблице приведены значения, характеризующие рост заболеваемости за два года, – в целом по области и среди учащихся одной из школ.

Задания

1. На основании приведенных в таблице данных постройте диаграмму роста числа различных заболеваний у учащихся и населения области в целом.

2. По каким видам заболеваемости школа превышает общеобластное значение или приближается к нему? С чем это может быть связано?

3. Какие меры позволят учащимся укрепить свое здоровье?

Решение

* Цифрами обозначен процент больных по школе, а цифрами со звездочками – процент больных по области.

2. Рост глазных заболеваний среди учащихся школы превышает областные значения, а заболевания эндокринной системы приближаются к областному показателю. Высокий процент глазных заболеваний в школе можно объяснить спецификой школьного труда – необходимостью много писать, работать с книгой или с компьютером. При этом школьники часто не соблюдают положение тетради при письме, правильную осанку, направление падающего на тетрадь или книгу света, часто сам уровень освещенности недостаточен. Болезни эндокринной системы могут возникнуть в связи с малой подвижностью учащихся (монотонный труд за партой в школе, за компьютером), нерегулярным и неполноценным питанием, могут быть предопределены на генетическом уровне.

3. Правила, позволяющие учащимся укрепить свое здоровье:

– регулярные занятия физической культурой и спортом;
– разумное сочетание физической и умственной нагрузки;
– гигиена тела, одежды, рабочего места;
– соблюдение правильной осанки при письме, работе на компьютере, хорошее освещение рабочего места, правильное освещение книги, тетради;
– соблюдение режима дня;
– отказ от вредных привычек;
– регулярное полноценное питание по нормам;
– закаливание организма.

Задача 24. На Станции кольцевания птиц отловили и пометили 300 синиц. Через две недели провели повторный отлов, поймав при этом 400 синиц, из которых 120 уже были с кольцами двухнедельной давности.

Задание

Определите, какова численность популяции синиц на исследуемой территории, если допустить, что первоначально окольцованные птицы распределились среди них равномерно.

Решение

Доля меченых синиц во втором улове (30%) примерно соответствует их доле в популяции в целом. Приняв общую численность популяции за x , получим соотношение:

120/400=300/x , откуда x =300х400/120=1000.

Общая численность популяции составляет примерно 1000 особей.

Задача 25. Ниже приведены данные, отражающие темпы исчезновения видов птиц на Земле за последние 300 лет.

1700–1749 – исчезло 6 видов
1750–1799 – 10 видов
1800–1849 – 15 видов
1850–1899 – 26 видов
1900–1949 – 33 вида
1950–2000 – 37 видов

Задание

1. Постройте диаграмму, позволяющую наглядно представить приведенные данные. Какова общая тенденция исчезновения птиц за последние 100 лет?

2. Приведите примеры вымерших видов птиц.

Решение

За последние 100 лет наметилась в постоянному увеличению исчезновению видов птиц. Если в ближайшем будущем человек не предпримет мер по восстановлению численности редких видов птиц, завтра его соседями по планете могут оказаться лишь крысы, мыши и тараканы.

2. К вымершим птицам относятся странствующий голубь, дронт, бескрылая гагарка, стеллеров баклан, лабрадорская гага и другие.

Задача 26. Одна из экологических проблем Черного моря заключается в накоплении сероводорода в глубинных слоях воды. Это результат жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Происходящий процесс можно условно выразить схемой:

Задания

1. Рассчитайте объем сероводорода (нормальные условия), образующегося при восстановлении 2,5 кг сульфата кальция, содержащего 20% посторонних примесей.

2. Подумайте, в чем заключается опасность накопления сероводорода в глубине Черного моря?

Решение

1. Масса примесей в исходном сульфате кальция составляет 2,5х20/100=0,5 кг. Масса собственно сульфата кальция: 2,5 – 0,5 = 2 кг. Произведем расчет по уравнению реакции:

2. Сероводород ядовит для живых организмов. Глубинные слои плохо перемешиваются, и здесь создается очень высокая концентрация этого газа. Кроме того, сероводород окисляется, забирая из воды кислород, что ведет к замору, особенно донных, ведущих прикрепленный образ жизни живых существ.

Задача 27. В 1859 г. австралийский фермер завез на континент 6 пар кроликов, через 6 лет их численность стала равна 2 млн, а к 1930 г. их насчитывалось 750 млн. В 1950 г. человеку удалось уничтожить 90% популяции кроликов при помощи специального вирусного заболевания.

Задания

1. Постройте кривую роста численности кроликов в Австралии.

2. Почему за сравнительно небольшой период времени численность кроликов возросла так сильно? К каким экологическим последствиям это привело?

Решение

1. К 1950 г. осталось 10%, т.е. 75 млн кроликов. Построить в линейном масштабе кривую изменения численности кроликов от единиц до сотен миллионов невозможно. Воспользуемся для этого значениями десятичных логарифмов приведенных величин: lg12=1,1; lg2 . 10 6 =6,3; lg750 . 10 6 =8,9; lg75 . 10 6 =7,9.

2. Вселение каких-либо видов живых существ в местность, где они ранее не обитали, с целью обогащения местной флоры или фауны, называется интродукцией. В данном случае интродукция осуществлялась неграмотно с точки зрения законов экологии. На континенте не оказалось хищников, способных ограничивать численность кроликов, и в то же время было достаточно корма для этих зверьков, и идеально подходили условия окружающей среды. Поэтому кролики так сильно размножились. В результате они съели почти все травянистые наземные растения, и стали составлять конкуренцию домашнему скоту, поедая те же растения, что и овцы, козы, крупный рогатый скот на пастбищах.

1 Разумеется, общая продуктивность сельскохозяйственных угодий не равна величине снимаемого урожая, т.е. той части продукции, которая может быть использована человеком.

Экологические задачи с ответами

Читайте – думайте – делайте выводы и запоминайте…

Задача 1. К загрязнениям атмосферы относят накопление в воздухе пыли (твердых частиц). Она образуется при сжигании твердого топлива, при переработке минеральных веществ и в ряде других случаев. Атмосфера над сушей загрязнена в 15-20 раз больше, чем над океаном, над небольшим городом в 30-35 раз, а над большим мегаполисом в 60-70 раз больше. Пылевое загрязнение атмосферы несет вредные последствия для здоровья

человека. Почему?

Ответ. Загрязнение воздуха пылью ведет к поглощению от 10 до 50% солнечных лучей. На мелких частицах пыли оседают пары поды, при этом пыль является ядром конденсации, и это необходимо для круговорота воды в природе. Но, нельзя забывать, что в современных экологических условиях пыль содержит огромное количество химических и высокотоксичных веществ (например, двуокись серы, канцерогенные вещества и диоксины), поэтому является, прежде всего, источником токсичных осадков.

*

Задача 2. Количество злокачественных опухолей у коренного населения некоторых арктических районов оказывается заметно выше среднего. Исследователи связывают этот факт с резким увеличением поступления в организм людей на Севере радиоактивных веществ по цепи питания: лишайник – олень – человек. Как вы это понимаете?

Ответ. Следует отметить рост общего радиоактивного загрязнения среды. Лишайники из-за медленного роста и значительной продолжительности жизни способны накапливать радиоактивные вещества из окружающей среды. Олени питаются лишайниками (ягель), и концентрация вредных веществ накапливается в их организмах. Если человек питается преимущественно оленьим мясом, то радиоактивные вещества накапливаются и в его организме. Таким образом, происходит аккумуляция вредных веществ, которые приводит к серьезным заболеваниям.

Задача 3 . Массовый характер приобретает отравление водоплавающих птиц в Европе и Северной Америке свинцовой дробью. Утки проглатывают дробинки, как гастролиты – камушки, способствующие перетиранию пищи в желудке. Всего шесть дробинок среднего размера могут стать причиной смертельного отравления кряквы. Меньшие порции отрицательно влияют на размножение. Какие последствия для популяции уток и для человека могут иметь такие явления?

Ответ. Случаи смертельного отравления и нарушения размножения уток могут повлиять на численность популяции, т.е. произойдет сокращение численности. Для человека использование таких уток в пищу чревато отравлением свинцом, который попадает в его организм. А, как известно, свинец обладает высокотоксичным воздействием на организм человека.

Задача 4. Существующие проекты сероулавливающих установок позволяют превратить крупные города в источники производства серосодержащих соединений, например, серной кислоты. При утилизации 90% сернистого газа, выбрасываемого ныне в атмосферу, можно получать до 170-180 тонн серной кислоты в сутки во время отопительного сезона в расчете на город с пятисоттысячным населением. Какой природный принцип учтен в таких проектах? Какое значение для здоровья человека имеет реализация подобных проектов?

Ответ. Природа не знает такого понятия, как отходы: продукты жизнедеятельности одних организмов используются другими. Этот же принцип лежит в основе безотходных технологий. Выбрасываемый в атмосферу сернистый газ вместе с воздухом вдыхается людьми, оказывая вредные влияния на здоровье. Соединяясь с водой или водяным паром, сернистый газ образует серную кислоту. Но в одном случае получаем кислотные дожди, которые губительны для живой природы, а в другом – емкости с серной кислотой, так необходимой в различных производственных процессах.

**********************************************************************

Задача 5. Профессор А.М. Мауринь предложил несложный метод анализа изменений окружающей среды в городе. При этом используются срезы деревьев в городе и за его пределами. В чем заключается суть метода?

Ответ. Если принять равными погодные условия в городе и контрольной местности, то причиной изменения прироста деревьев в разных точках города может быть, главным образом, влияния загрязнения окружающей среды. При исследовании должны учитываться степень вытаптывания почвы, загрязнение ее хлоридами, возможность повреждения корней подземными коммуникациями.

*********************************************************************

Задача 6. При благоустройстве территории новостроек можно нередко наблюдать следующее: в таких местах часто образуются застойные лужи, плохо растут зеленые насаждения, особенно в первые годы их высадки. В чем причина данных явлений?

Ответ. Мусор, оставленный на строительной площадке, хотя и засыпанный слоем почвы, резко снижает ее водопроницаемость. По этой причине и в связи с механическими препятствиями для развития корней зеленые насаждения растут плохо.

***********************************************************************

Задача 7. Стоки городов всегда имеют повышенную кислотность. Загрязненные поверхностные стоки могут проникать в подпочвенные воды. К каким последствиям это может привести, если под городом располагаются меловые отложения и известняки?

Ответ. При взаимодействии кислот с известняками в последних образуются пустоты, в которые могут представлять серьезную угрозу для зданий и сооружений, а значит, и жизни людей.

*********************************************************************

Задача 8. В зонах повышенного увлажнения около 20% удобрений и ядохимикатов, вносимых в почву, попадает в водотоки. Какое значение для здоровья людей имеют такие стоки? Предложите пути защиты здоровья людей в населенных пунктах, использующих воду из данных водотоков.

Ответ. Отрицательное значение имеет попадание в водоемы удобрений и ядохимикатов, так как, во-первых, они являются ядами для организма человека, во-вторых, минеральные соли вызывают развитие растительности (в том числе сине-зеленых водорослей) в водоемах, дополнительно ухудшающих качество воды. Пути решения проблемы: водозабор должен быть выше по течению расположения сельскохозяйственных полей, использование гранулированных удобрений, разработка и внедрение быстроразлагающихся ядохимикатов, использование биологических методов защиты растений.

***********************************************************************

Задача 9. Сотни гектаров сельскохозяйственных угодий имеют засоленные почвы (почвы с избытком солей). Соли придают почве щелочность. При высокой щелочности почвы растения плохо растут, резко снижается урожай. Выяснилось, что соли, содержащиеся в почве, можно нейтрализовать разными веществами, например:

а) однопроцентным раствором уже использованной серной кислоты, которую обычно выливают на свалку, нанося природе вред;

б) дефекатором, являющимся отходом в сахарном производстве;

в) железным купоросом – побочным продуктом металлургических комбинатов.

Какой принцип природы учитывается человеком при борьбе с засолением почв? Какое значение для природы имеет такой подход?

Ответ. Природные системы действуют на основе принципа безотходности, т.е. отходы одних организмов используются другими. Для борьбы с засолением почв применяются отходы различных производств. Это дает двойную пользу: улучшение почв и снижение загрязнения окружающей среды в силу действия антагонизма ионов.

**********************************************************************

Задача 10. На карте России восточнее Камчатки отмечены в Тихом океане две маленькие точки – это Командорские острова. Острова были открыты в 1741 году экспедицией русского мореплавателя Витуса Беринга. Командоры – два острова (Беринга и Медный) с уникальным животным миром, бесценной сокровищницей самых разных зверей и птиц. Лет 30 назад на остров Беринга были завезены норки и создана звероферма. Но нескольким ловким зверькам удалось сбежать из клетки на волю. Последствия для природы острова оказались печальны. Почему?

Ответ. Норка – проворный, кровожадный хищник, от которого нет спасения ни на суше, ни в воде. Зверьки быстро размножились, имея достаточно пищи. Они безжалостно уничтожали гнезда птиц, охотились на взрослых уток, ловили маленьких лососей… природе острова нанесена глубокая, долго не заживающая рана.

*********************************************************************

Задача 11. Применение ядохимикатов для борьбы с сорняками и насекомыми-вредителями сельского хозяйства, с одной стороны, дает прирост урожая, с другой – приводит к гибели ни в чем не повинных животных. К тому же сотни видов вредителей приспособились к ядохимикатам и плодятся, как ни в чем не бывало (клещи, клопы, мухи…). Почему применение ядохимикатов приводит к гибели животных разных видов? Почему может сформироваться приспособленность насекомых-вредителей к ядохимикатам?

Ответ. Через цепи питания животные получают большую дозу химикатов и гибнут. Среди насекомых-вредителей есть особи, более устойчивые к ядохимикатам, чем остальные. Они выживают и дают устойчивое к яду потомство. При этом численность особей насекомых-вредителей восстанавливается очень быстро, так как яды вызывают гибель естественных врагов.

***********************************************************************

Задача 12 . Биологи установили такую парадоксальную зависимость: как только на каком-нибудь водоеме истребляют выдр, так сразу становится больше рыбы, но вскоре ее становится гораздо меньше. Если снова в водоеме появляются выдры, то снова рыбы становится больше. Почему?

Ответ. Выдра ловит больных и ослабленных рыб.

*********************************************************************

Задача 13. Оказывается, не все болота одинаковые. Есть верховые болота, расположенные на водоразделах, они питаются только атмосферными осадками. В верховых болотах с толщиной торфа около 5 метров на каждые 100 гектаров площади приходится примерно 4,5 миллиона кубометров воды, причем чистой. Низинные болота, расположенные главным образом в поймах рек, питаются богатыми грунтовыми водами. Выскажите свое мнение относительно осушения болот.

Ответ. Решая вопрос о возможности осушения болот, необходимо предварительно изучить их особенности. Верховые болота – это резерв чистой воды; кроме того, они бедны минеральными солями, поэтому вода в них абсолютно пресная. Поэтому осушение таких болот имеет отрицательные последствия. Осушение низинных болот дает плодородные почвы для земледелия.

***********************************************************************

Задача 14. Зимой на реках и озерах рыбаки во льду делают проруби. Иногда в прорубь вставляют стебли тростника. С какой целью это делается?

Ответ. Таким образом, вода обогащается кислородом воздуха, что предотвращает заморы рыб.

***********************************************************************

Задача 15. При правильном ведении лесного хозяйства после вырубки леса просеку полностью очищают от хвороста и остатков древесины. Срубленные стволы, временно на лето оставляемые в лесу, полагается очищать от коры. Какое значение для леса имеют эти правила?

Ответ. Выполнение описанных правил предотвращает возникновение очагов насекомых-вредителей, которые в дальнейшем могут переселиться на живые деревья.

*********************************************************************

Задача 16. « Один человек оставляет в лесу след, сотня – тропу, тысяча – пустыню». Объясните смысл поговорки.

Ответ. Ухудшается структура лесной почвы, в нее плохо проходят воздух и влага, при этом погибают древесные всходы.

Задача 17. В некоторых леспромхозах рубку деревьев ведут следующим образом: через каждые 10 или 12 лет вырубают 8-10% общей массы всех стволов. Рубки стараются проводить зимой по глубокому снегу. Почему такой способ рубки является самым безболезненным для леса?

Ответ. Постепенное изреживание леса создает лучшие условия для оставшихся деревьев. При глубоком снежном покрове не повреждается подрост и подлесочные растения.

Литература . Савченков В.И., Костюченков В.Н. Занимательная экология. Смоленск-2000.

Дана пищевая цепь: дуб → шелкопряд → поползень → ястреб. На первом трофическом уровне энергетический запас в виде чистой первичной продукции составляет 5 · 10 4 кДж энергии. Ha втором и третьем трофическом уровне нa прирост биомассы организмы используют по 10 % своего пищевого рациона. Рассчитайте, сколько энергии (кДж) используют наприрост биомассы консументы третьего порядка, если на дыхание они расходуют 60 % и с экскрементами выделяют 35 % энергии рациона.

Пояснение.

На первом трофическом уровне энергетической запас первичной продукции составляет 5 · 10 4 кДж. На каждом последующем уровне используется только 10% энергии. Таким образом шелкопряд и поползень используют 5 · 10 3 кДж и 5 · 10 2 кДж энергии. На трофическом уровне консументов третьего порядка 0,6 часть ястребы используют на дыхание, а 0,35 на экскрецию, тогда на прирост биомассы уходит 0,05 часть энергии, то есть (500 · 0,05) = 25.

Ответ: 25.

Ответ: 25

Пояснение.

Согласно правилу Линдемана 10% энергии переходит на более высокие уровни. Таким образом определяем энергию консументов первого порядка 2,4∙10 4 кДж и второго порядка 2,4∙10 3 кДж. Затем рассчитаем разницу между данным в задаче и фактическим значением энергии волков. 1,2∙ 10 4 кДж – 2,4∙10 3 кДж = 9,6∙10 3 кДж. Так как мы получили избыточную энергию консументов второго порядка, то теперь можем рассчитать скольких волков можно отстрелять. 9,6∙10 3 кДж: 400кДж = 24.

Правильный ответ - 24

Ответ: 24

В свежевырытый пруд было запущено 8 кг малька белого амура и 2 кг малька окуня. Какое минимальное количество комбикорма (кг), который потреблял только малёк белого амура, использовал хозяин пруда, если в конце сезона он выловил 68 кг белого амура и 8 кг окуня? В 100 г комбикорма запасено 300 ккал энергии, а в 100 г биомассы консументов - 100 ккал. Переход энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом 10%.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Мальки белого амура ели корм, а окуни ели мальков амура. Таким образом биомасса окуня увеличилась на 6 кг (8–2). Так переход энергии с уровня на уровень подчиняется закону 10%, то окунь должен была съесть 60 кг амура

(8/0,1). При этом помимо съеденных 60 кг, биомасса белого амура увеличилась еще на 60 кг (68-8). Суммарный прирост 120 кг. Энергия запасенная в 120 кг биомассы карпа равна 120 000 ккал (140 × 100 / 0,1), так как в 100 г биомассы консументов 100 ккал. Снова по закону 10% процентов рассчитываем энергию, запасенную в корме, и получаем 1 200 000 ккал (140 000/0,1). Учитывая, что 100 корма содержат 300 ккал, то масса минимально потреблённого корма равна 400 кг (1 200 000 × 0,1 / 300)

Правильный ответ - 400

Ответ: 400

Экологическая пирамида охотничьего угодья имеет следующий вид:

Используя данные пирамиды, определите, разрешение на отстрел скольких лисиц (консументов второго порядка) можно выдать для восстановления экологического равновесия, если известно, что в теле одной лисицы сохраняется 300 кДж полученной энергии. Процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Р. Линдемана.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Согласно правилу Линдемана 10% энергии переходит на более высокие уровни. Таким образом определяем энергию консументов первого порядка 1,5∙10 5 кДж и второго порядка 1,5∙10 4 кДж. Затем рассчитаем разницу между данным в задаче и фактическим значением энергии лисиц.

9,3∙ 10 3 кДж – 1,5∙10 4 кДж = 7,8∙10 3 кДж. Так как мы получили избыточную энергию консументов второго порядка, то теперь можем рассчитать скольких лисиц можно отстрелять. 7,8∙10 3 кДж: 300кДж = 26.

Правильный ответ - 26

Ответ: 26

−Экологическая пирамида охотничьего угодья имеет следующий вид:

Используя данные пирамиды, определите, разрешение на отстрел скольких волков (консументов второго порядка) можно выдать для восстановления экологического равновесия, если известно, что в теле одного волка сохраняется 200 кДж полученной энергии. Процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Р. Линдемана.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Согласно правилу Линдемана 10% энергии переходит на более высокие уровни. Таким образом определяем энергию консументов первого порядка 4,6∙10 4 кДж и второго порядка 4,6∙10 3 кДж. Затем рассчитаем разницу между данным в задаче и фактическим значением энергии волков. 1,2∙ 10 2 кДж – 4,6∙10 3 кДж = 3,4∙10 3 кДж. Так как мы получили избыточную энергию консументов второго порядка, то теперь можем рассчитать скольких волков можно отстрелять. 3,4∙10 3 кДж: 200кДж = 17.

Правильный ответ - 17

Ответ: 17

Экологическая пирамида охотничьего угодья имеет следующий вид:

Используя данные пирамиды, определите, разрешение на отстрел скольких волков (консументов второго порядка) можно выдать для восстановления экологического равновесия, если известно, что в теле одного волка сохраняется 400 кДж полученной энергии. Процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Р. Линдемана.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Согласно правилу Линдемана 10% энергии переходит на более высокие уровни. Таким образом определяем энергию консументов первого порядка 3,2∙10 4 кДж и второго порядка 3,2∙10 3 кДж. Затем рассчитаем разницу между данным в задаче и фактическим значением энергии волков. 2,4∙ 10 4 кДж – 3,2∙10 3 кДж = 20,8∙10 3 кДж. Так как мы получили избыточную энергию консументов второго порядка, то теперь можем рассчитать скольких волков можно отстрелять. 20,8∙10 3 кДж: 400кДж = 52.

Правильный ответ - 52

Ответ: 52

Экологическая пирамида охотничьего угодья имеет следующий вид:

Используя данные пирамиды, определите, разрешение на отстрел скольких косуль (консументов второго порядка) можно выдать для восстановления экологического равновесия, если известно, что в теле одной косули сохраняется 200 кДж полученной энергии. Процесс трансформации энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом Р. Линдемана.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Согласно правилу Линдемана 10% энергии переходит на более высокие уровни. Таким образом определяем, сколько энергии поступило от продуцентов консументам первого порядка: 6,4∙10 3 кДж (фактическая энергия). С учетом того, сколько энергии передалось консументам второго порядка, находим необходимую энергию консументов первого порядка для выполнения условий задачи:2,8∙10 3 кДж. Затем рассчитаем разницу между данным в задаче и фактическим значением энергии косуль: 6,4∙ 10 3 кДж – 2,8∙10 3 кДж = 3,6∙10 3 кДж. Так как мы получили избыточную энергию консументов второго порядка, то теперь можем рассчитать скольких косуль можно отстрелять. 3,6∙10 3 кДж: 200кДж = 18.

Ответ: 18.

Ответ: 18

В свежевырытый пруд было запущено 10 кг малька карпа и 5 кг малька щуки. Какое минимальное количество комбикорма (кг), который потреблял только малек карпа, использовал хозяин пруда, если в конце сезона он выловил 190 кг карпа и 47 кг щуки? В 100 г комбикорма запасено 300 ккал энергии, а в 100 г биомассы консументов - 100 ккал. Переход энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом 10 %.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Мальки карпа ели корм, а щуки ели мальков карпа. Таким образом биомасса щуки увеличилась на 42 кг (47–4). Так переход энергии с уровня на уровень подчиняется закону 10%, то щука должна была съесть 420 кг карпа

(42/0,1). При этом помимо съеденных 420 кг, биомасса карпа увеличилась еще на 180 кг (190-10). Суммарный прирост 600 кг. Энергия запасенная в 600 кг биомассы карпа равна 600 000 ккал (600 × 100 / 0,1), так как в 100 г биомассы консументов 100 ккал. Снова по закону 10% процентов рассчитываем энергию, запасенную в корме, и получаем 6 000 000 ккал 600 000/0,1). Учитывая, что 100 корма содержат 300 ккал, то масса минимально потреблённого корма равна 2000 кг (6 000 000 × 0,1 / 300)

Правильный ответ - 2000

Ответ: 2000

В свежевырытый пруд было запущено 3 кг малька карася и 2 кг малька щуки. Какое минимальное количество комбикорма (кг), который потреблял только малек карася, использовал хозяин пруда, если в конце сезона он выловил 53 кг карася и 6 кг щуки? В 100 г комбикорма запасено 300 ккал энергии, а в 100 г биомассы консументов - 100 ккал. Переход энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом 10 %.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Мальки карася ели корм, а щуки ели мальков карася. Таким образом биомасса щуки увеличилась на 4 кг (6–2). Так переход энергии с уровня на уровень подчиняется закону 10%, то щука должна была съесть 40 кг карасей

(4/0,1). При этом помимо съеденных 40 кг, биомасса карасей увеличилсь еще на 50 кг (53-3). Суммарный прирост 90кг. Энергия запасенная в 90 кг биомассы амура равна 90 000 ккал (90 × 100 / 0,1), так как в 100 г биомассы консументов 100 ккал. Снова по закону 10% процентов расчитываем энергию, запасенную в корме, и получаем 900 000 ккал (90 000/0,1). Учитывая, что 100 корма содержат 300 ккал, то масса минимально потреблённого корма равна 400 кг (900 000 × 0,1 / 300)

Правильный ответ - 300

Ответ: 300

В свежевырытый пруд было запущено 20 кг малька плотвы и 2 кг малька окуня. Какое минимальное количество комбикорма (кг), который потреблял только малек плотвы, использовал хозяин пруда, если в конце сезона он выловил 30 кг плотвы и 7 кг окуня? В 100 г комбикорма запасено 300 ккал энергии, а в 100 г биомассы консументов - 100 ккал. Переход энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом 10 %.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Мальки плотвы ели корм, а окуни ели мальков плотвы. Таким образом биомасса окуня увеличилась на 5 кг. Так переход энергии с уровня на уровень подчиняется закону 10%, то окунь должен был съесть 50 кг плотвы (5/0,1). При этом помимо съеденных 50 кг, биомасса плотвы увеличилсь еще на 10 кг (30-20). Суммарный прирост 60 кг. Энергия запасенная в 60 кг биомассы плотвы равна 60 000 ккал (60 × 100 / 0,1), так как в 100 г биомассы консументов 100 ккал. Снова по закону 10% процентов расчитываем энергию, запасенную в корме, и получаем 600 000 ккал (60 000/0,1). Учитывая, что 100 корма содержат 300 ккал, то масса минимально потреблённого корма равна 200 кг (600 000 × 0,1 / 300).

Правильный ответ - 200

Ответ: 200

В свежевырытый пруд было запущено 22 кг малька белого амура и 12 кг малька щуки. Какое минимальное количество комбикорма (кг), который потреблял только малёк белого амура, использовал хозяин пруда, если в конце сезона он выловил 172 кг белого амура и 24 кг щуки? В 100 г комбикорма запасено 300 ккал энергии, а в 100 г биомассы консументов - 100 ккал. Переход энергии с одного трофического уровня на другой протекает в соответствии с правилом 10%.

Ответ запишите цифрами в виде целого числа, единицы измерения не указывайте. Например: 12.

Пояснение.

Мальки амура ели корм, а щуки ели мальков амура. Таким образом биомасса щуки увеличилась на 12 кг (24–12). Так переход энергии с уровня на уровень подчиняется закону 10%, то окунь должен был съесть 120 кг амура

(12/0,1). При этом помимо съеденных 120 кг, биомасса белого амура увеличилсь еще на 150 кг (172-22). Суммарный прирост 270 кг. Энергия запасенная в 270 кг биомассы амура равна 270 000 ккал (270 × 100 / 0,1), так как в 100 г биомассы консументов 100 ккал. Снова по закону 10% процентов расчитываем энергию, запасенную в корме, и получаем 2 700 000 ккал (270 000/0,1). Учитывая, что 100 корма содержат 300 ккал, то масса минимально потреблённого корма равна 900 кг (2 700 000 × 0,1 / 300)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

РЕШЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ОСОБЕЙ В ЭКОСИСТЕМЕ

Задача. Одна рысь съедает в сутки 5 кг пищи. Какое максимальное количество рысей выживет в лесу с биомассой 10950 тонн в год, если количество доступной пищи 0,1%.

Решение:

1) определяем доступную пищу

10950 т - 100%

х - 0,1%

х = 10,95 т = 10950 кг

2) определяем количество пищи для одной рыси в год

365 · 5 кг = 1825 кг

3) определяем количество рысей в лесу

10950 кг / 1825 кг = 6 рысей

Задача. В 1 кг массы синиц – К 2 содержится 4000 ккал энергии, КПД фотосинтеза в лесу составляет 1%. Какое максимальное количество птиц со средней массой 20 г сможет прокормиться в сообществе, на поверхность которого поступает 2∙10 7 ккал солнечной энергии.

Решение:

1) определяем энергию продуцентов

20000000 ккал - 100%

х - 1%

х = 200000 ккал

2) согласно правилу Линдемана определяем энергию синиц

П К 1 К 2

200000 20000 2000

К 2 = 2000 ккал

3) находим биомассу синиц

1 кг - 4000 ккал

х кг - 2000 ккал

х = 0,5 кг

4) находим количество синиц

500 г / 20 г = 25 синиц в сообществе

2. В 1 кг массы тела дятлов – К 2 содержится 3500 ккал энергии, а КПД фотосинтеза в лесу 2%. Какое максимальное количество птиц со средней массой тела 100 г сможет прокормиться в лесу, на поверхность которого падает 7∙10 7 ккал солнечной энергии?

ЗАДАЧИ НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ.

Для приблизительной оценки численности популяции в том случае, когда другие, более точные, методы неприменимы (например, при оценке численности рыб в озере или численности мышевидных грызунов в участке леса), используется метод «отлов с мечением – повторный отлов», при котором вычисляется показатель численности, называемый индексом Линкольна . Общий размер популяции (N) в этом случае определяется как частное между произведением количества животных в первом (N 1) и во втором (N 2) уловах и количеством меченых животных, обнаруженных во втором улове (n) (метятся и затем выпускаются в среду все особи, отловленные при первом вылове).

N = (N 1* N 2)/n мечен.

3. Для изучения численности огненных саламандр их фотографируют, а не метят, так размер и рисунок пятен у каждой саламандры особенный. Поймали, сфотографировали, а затем выпустили на прежнее место 30 саламандр. Через сутки снова поймали 30 саламандр, среди них было 15, сфотографированных ранее. Предположим, что за сутки ни одна саламандра не умерла, не родилась, не эмигрировала из популяции и не иммигрировала в популяцию. Определите число саламандр в популяции.

4. Гидробиологи поставили цель оценить размер популяции карпа в небольшом пруду. С помощью сети отловили 50 экземпляров и пометили их краской, выпустили обратно в пруд. Через 24 часа снова отловили 50 экземпляров, среди которых оказалось 20 меченых. Рассчитайте количество популяции карпа, если за время проведения исследований ее численный состав не изменился.

5. Для определения численности популяции ястребов было отловлено, окольцовано и выпущено 40 птиц. Спустя 24 часа было вновь отловлено 40 птиц. Из них 25 ястребов оказалось помеченных ранее. Определите количество особей в популяции, если за время исследования никто не родился и не умер.

ПРИРОСТ БИОМАССЫ

Задача. Мыши за лето съели в поле 80 кг зерна. Рассчитайте оставшийся урожай зерна в (кг), если известно, что прирост биомассы мышей к концу лета составил 0,02% от урожая. Переход энергии с одного трофического уровня на другой в данной цепи питания составляет 15%.

Решение

1) Определяем биомассу мышей

80 кг – 100%

х – 15%

х = 12 кг

2) Рассчитываем весь урожай зерна

12 кг – 0,02%

х – 100%

х = 60000 кг

3) Определяем оставшийся урожай

60000 – 80 = 59920 кг

7. Полевки за лето съели в поле 120 кг зерна. Рассчитайте оставшийся урожаи зерна в (кг), если известно, что прирост биомассы полевок к концу лета составил 0,01% от урожая. Переход энергии с одного трофического уровня на другой в данной цепи питания составляет 10%.

Задача. Скворцы на яблоне питаются гусеницами яблонной плодожорки. Рассчитайте оставшийся урожай яблок в (кг), если за лето гусеницы могли бы уничтожить 25% яблок и достигнуть биомассы 4 кг. Переход энергии с одного трофического уровня на другой в данной цепи составляет 20%.

Решение

1) Определяем, сколько яблок съели гусеницы

4 кг – 20%

х – 100%

х = 20 кг

2) Рассчитываем биомассу яблок

20 кг – 25%

х – 100%

х = 80 кг

3) Определяем оставшийся урожай яблок

80 – 20 = 60 кг

8. Скворцы на яблоне питаются гусеницами яблонной плодожорки. Рассчитайте оставшийся урожай яблок в (кг), если за лето гусеницы могли бы уничтожить 20% урожая и достигнуть биомассы 5 кг. Переход энергии с одного трофического уровня на другой в данной цепи составляет 10%.

Задача. Щуки в водоеме съели 200 кг мелкой рыбы. Определите прирост биомассы щук в (кг), если переход энергии с одного трофического уровня на другой равен 15%, а мелкая рыба составляет 50% рациона щук.

Решение

1) Определяем биомассу мелкой рыбы

200 кг – 50%

х – 100%

х = 400 кг

2) Рассчитываем прирост щук

400 кг – 100%

х – 15%

х = 60 кг

9. Щуки в водоеме съели 1800 кг мелкой рыбы. Определите прирост биомассы щук в (кг), если переход энергии с одного трофического уровня на другой равен 20%, а мелкая рыба составляет 90% рациона щук.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ БИОМАССЫ

10. Рассмотрите пирамиду энергии экосистемы леса

Определите биомассу продуцентов данной экосистемы в тоннах, если известно, что 1 кг зеленой массы поглощает 3∙10 6 кДж солнечной энергии.

11. Рассчитайте первичную продукцию верхового болота в тоннах, где энергия хищников 2-го порядка составляет 3000 ккал, если известно, что 1 кг этой продукции содержит запас энергии 150 ккал.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПАСА ЭНЕРГИИ

Задача. Известно, что в мелком водоеме в течение года образовалось 15 кг чистой первичной продукции. Каждый грамм такой биомассы содержит 20 ккал энергии. Рассчитайте, каким запасом энергии будут обладать хищники 2-го порядка данного водоема.

Решение

1) Определяем энергию продуцентов:

1 г – 20 ккал

15000 г – х ккал

х = 300000 ккал

2) Согласно правилу Линдемана определяем запас энергии соответственно у консументов третьего порядка, т. е. хищников 2-го порядка в водоеме:

К 1 – 30000 ккал

К 2 – 3000 ккал

К 3 – 300 ккал

12. Известно, что чистая первичная продукция в лесу составила 4.6 тонн в год. Рассчитайте, сколько будет энергии у хищников 2-го порядка в данной экосистеме, если 10 кг первичной продукции содержит 5000 ккал энергии.