Контрольная работа - Экология

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Ижевский государственный технический университет

имени М.Т. Калашникова»

(ФГБОУ ВО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова»)

Отчет по контрольной работе

По дисциплине «Экология»

Вариант №17

ВЫПОЛНИЛ

Дата ___.______.2021

___________________

(подпись)         

ПРОВЕРИЛ

старший преподаватель

Виноградова Е. А.

Дата ___.______.2021

___________________

(подпись)         

2021

Оглавление

ПРАВИЛО ДЕСЯТИ ПРОЦЕНТОВ 7

ВЫВОД 11

ДВИЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ В ПИЩЕВОЙ ЦЕПИ

После смерти какой-либо особи она употребляется детритофагами (стервятниками, крабами, червями и т.д.). Остальная ее часть разлагается редуцентами (бактериями, грибами), вследствие чего и продолжается процесс энергетического обмена. Поток энергии в периодичности цепи указан стрелками от солнца либо гидротермального начала до класса высших существ. В независимости от того, как и от кого передается энергия, она имеет свойство “потери” на каждой трофической стадии пищевой цепи. Трофический уровень — совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию Солнца через одинаковое число посредников пищевой цепи. Подобные потери связаны с тем, что значительная часть энергии при переходе с одной ступени на другую не усваивается представителями следующего трофического уровня или превращается в тепло, недоступное для использования живыми организмами. Нам известно, что перенос энергии в экосистеме осуществляется через пищевые цепи. Но далеко не вся энергия предыдущего трофического уровня переходит на следующий. В качестве примера можно привести следующую ситуацию: чистая первичная продукция в экосистеме (то есть количество энергии, накопленное продуцентами) составляет 200 ккал/м2, вторичная продуктивность (энергия, накопленная консументами первого порядка) равна 20 ккал/м2 или 10% от предыдущего трофического уровня, энергия же следующего уровня составляет 2 ккал/м2, что равно 20% от энергии предыдущего уровня. Как видно из данного примера, при каждом переходе на более высокий уровень теряется 80-90% энергии предыдущего звена пищевой цепи. Универсальная модель потока энергии. Поступление и расход энергии можно рассмотреть с помощью универсальной модели потока энергии. Она применима к любому живому компоненту экосистемы: растению, животному, микроорганизмам, популяции или трофической группе. Подобные графические модели, соединенные между собой, могут отражать пищевые цепи (при последовательном соединении схем потока энергии нескольких трофических уровней образуется схема потока энергии в пищевой цепи) или биоэнергетику в целом.

Рисунок 1 – поток энергии через типичную пищевую цепь

При перемещении энергии по пищевой цепи с одного уровня на другой скорость ее потока резко снижается по нескольким причинам. Часть заключенной в пище энергии вообще не усваивается и выводится из организма с экскрементами, часть теряется в процессе биохимической трансформации пищи. Много энергии, полученной с пищей, тратиться на работу, которую выполняет животное, перемещаясь, охотясь, строя гнездо или производя иные действия, в результате чего выделяется тепло.

В экосистемах первичное органическое вещество образуется в процессе фотосинтеза зелеными растениями, поглощающими солнечную энергию. Энергия фотонов преобразуется в энергию химических связей: вода и двуокись углерода, поглощаемая из воздуха или воды, превращаются в сахара с выделением в качестве побочного продукта кислорода:

6СО2+ 6Н2О = С6H12О6 + 6О2

Затем из сахаров и минеральных элементов питания, получаемых из почвы или воды, растения синтезируют все сложные вещества, входящие в состав их организма.

Помимо растений, использующих для фотосинтеза солнечную энергию, существуют определенные виды бактерий, способных так же синтезировать органические молекулы из двуокиси углерода и воды. Расщепляя некоторые неорганические вещества, богатые внутренней потенциальной энергией (например, сероводород Н2S), эти бактерии используют высвобождающуюся энергию для синтеза органических молекул, - примерно так же, как при фотосинтезе. Этот процесс называют хемосинтезом, т.к. источником энергии служит не свет, а окисление неорганического вещества.

Растения, создающие первичное органическое вещество (продуценты), расположены в первом звене трофической цепи. Во втором звене располагаются организмы, употребляющие в пищу продуцентов и строящие белки своего тела из белков растений; эти организмы носят название первичные консументы, или растительноядные, или фитофаги. Далее, в третьем звене – вторичные консументы - плотоядные животные, использующие животные белки. Существуют консументы третьего порядка, питающиеся вторичными консументами, а также консументы более высоких порядков в сложных трофических цепях.

Во всех звеньях трофической цепи образуются отходы - листья, отмирающие организмы, отбросы и т.д. Эти отходы поступают в отдельное звено - звено редуцентов, состоящее из бактерий, грибов, мелких беспозвоночных и т.д. Они разлагают органические остатки всех трофических уровней до минеральных веществ. При этом выделяются кислород (45%), водород (42%) и до 1,5% воды с кальцием, кремнием, калием и фосфором.

Существует еще одно звено, состоящее из организмов, также питающихся мертвыми растительными и животными остатками - звено сапрофагов. Примерами таких организмов являются грифы, земляные черви, раки, термиты, муравьи и т.д.

Потоки энергии в пищевой цепи подчиняются закону однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом (экосистемой) и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и т.д. порядков, а затем редуцентам с падением потока на каждом из трофических уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (не более 0,25%), говорить о круговороте энергии нельзя.

ПРАВИЛО ДЕСЯТИ ПРОЦЕНТОВ

Р. Линдеманн (1942) сформулировал закон пирамиды энергий, или правило 10%: с одного трофического уровня экологической пирамиды она переходит на другой, более высокий уровень (производитель - потребитель - редуктор по «лестнице»), на в среднем около 10% энергии поступило на предыдущий уровень экологической пирамиды (Рисунок 2).

Рисунок 2 – пирамида энергий

На самом деле потери либо чуть меньше, либо чуть больше, но порядок чисел сохраняется.

Обратный поток, связанный с потреблением веществ и энергии, производимой верхним уровнем экологической пирамиды ее нижними уровнями, например, от животных к растениям, намного слабее - не более 0,5% (и даже 0,25%) от его суммарного потока, поэтому говорить о циркуляции энергии в биоценозе не приходится.

Правило биотического усиления

Вместе с полезными веществами с одного трофического уровня на другой переходят «вредные» вещества. Однако если полезное вещество при его избытке легко выводится из организма, то вредное не только плохо выводится, но и накапливается в пищевой цепи. Это закон природы, называемый правилом накопления токсичных веществ (биотическое усиление) в пищевой цепи, и действителен для всех биоценозов.

Другими словами, если при переходе на более высокий уровень экологической пирамиды энергия теряется в десять раз, то накопление ряда веществ, в том числе токсичных и радиоактивных, увеличивается примерно в той же пропорции, что впервые была обнаружена в 1950-е годы. на одном из заводов Комиссии по атомной энергии в штате Вашингтон. Явление биотического накопления наиболее ярко демонстрируют стабильные радионуклиды и пестициды. В водных биоценозах накопление многих токсичных веществ, в том числе хлорорганических пестицидов, коррелирует с массой жиров (липидов), т.е. явно имеет энергетическую основу.

В середине 1960-х гг. Появилось, казалось бы, неожиданное сообщение о том, что пестицид дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) был обнаружен в печени пингвинов в Антарктиде, месте, чрезвычайно удаленном от районов возможного использования. Конечные хищники, особенно птицы, сильно страдают от отравления ДДТ: например, на востоке США полностью исчез сапсан. Птицы оказались наиболее уязвимыми из-за гормональных изменений, вызванных ДДТ, которые влияют на метаболизм кальция. Это приводит к истончению скорлупы яиц, и они чаще ломаются.

Биотическое накопление происходит очень стремительно, например, в случае с пестицидом ДДТ, попавшим в воду болот при многолетнем их опылении в целях сокращения численности нежелательных человеку насекомых на Лонг-Айленде. Для данного случая содержание ДДТ (ppm англ, parts per million — частиц на миллион, или млн 1 — единица измерения концентрации. Для газов 1% (об.) = 104 млн-1 = 104 ppm.) (по Ю. Одуму) приведено ниже в виде таблицы и графика, для следующих объектов (Таблица 1):

Вода	0,00005
Планктон	0,04
Планктоноядные организмы	0,23
Щука (хищная рыба)	1,33
Рыба-игла (хищная рыба)	2,07
Цапля (питается мелкими животными)	3,57
Крачка (питается мелкими животными)	3,91
Серебристая чайка (падальщик)	6
Крохаль (питается мелкой рыбой)	22,8
Баклан (питается крупной рыбой)	26,4

Таблица 1 – содержание ДДТ

График 1 – содержание ДДТ

Специалисты по борьбе с насекомыми «благоразумно» не применяли концентрации, которые можно было бы непосредственно определить для рыб и других животных. Тем не менее, со временем выяснилось, что концентрация ДДТ в тканях рыбоядных животных почти в 500 тысяч раз выше, чем в воде. В среднем, как и в приведенном выше примере, концентрация вредного вещества в каждом последующем звене экологической пирамиды примерно в 10 раз выше, чем в предыдущем.

Принцип биотической амплификации (накопления) должен учитываться при принятии любых решений, связанных с выбросом соответствующего загрязнения в окружающую среду. Следует учитывать, что скорость изменения концентрации может увеличиваться или уменьшаться под влиянием некоторых факторов. Таким образом, человек будет получать меньше ДДТ, чем птица, которая ест рыбу. Отчасти это связано с удалением пестицидов во время обработки и приготовления рыбы. Кроме того, в более опасном положении находятся рыбы, поскольку они получают ДДТ не только с пищей, но и непосредственно из воды.

ВЫВОД

В результате проделанной работы был изучен материал на тему движение энергии по пищевым цепям и правилу 10% действующего в пищевой цепи.

Движение энергии по пищевым цепям устроено так, например, чтобы прокормить одного волка, необходимо по крайней мере несколько зайцев, на которых он мог бы охотиться; чтобы прокормить этих зайцев, нужно довольно большое количество разнообразных растений, растениям необходим солнечный свет, что демонстрирует потери при перемещении энергии в пищевой цепи и подтверждает правило 10%.