МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Харківський машинобудівний коледж Циклова комісія природничих дисциплін та металознавства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БІОЛОГІЯ

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ 

 

до самостійної роботи з розв’язання задач з екології з дисципліни для студентів 1-А курсу всіх спеціальностей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рекомендовано методичної Радою коледжу протокол № ___ від 31.01.2013 р. 

 

 

Погоджено цикловою комісією природничих дисциплін та металознавства  протокол № 6 від 13.12.2012 р. Голова циклової комісії ______________ /Омелькіна Т.І./

 

 

Укладач: Євсеєв Р.С. –  викладач першої категорії

 

 

 

Харків – 2012

         ББК 28.080я73

 

         УДК 574(075.8)

 

          Б – 63

 

 

Біологія. Методичні вказівки до самостійної роботи з розв’язання задач з екології з дисципліни для студентів 1-А курсу всіх спеціальностей.

 

         Укладач: викладач першої категорії Євсеєв Р.С.

 

          Рекомендовано методичної Радою Харківського машинобудівного коледжу, протокол № ___ від 31.01.2013 р.

 

Рецензент: провідний науковий співробітник Інституту овочівництва і баштанництва НААН, кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Монтвид П.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

 

с.

 

Передмова ................................................................................................................ 4

Приклади розв’язання задач ................................................................................... 5

1.   Задачі на складання харчових ланцюгів ................................................. 5

2.   Задачі на правило екологічної піраміди ................................................. 7

3.   Задачі на обчислення біопродуктивності  .............................................. 9

Задачі для самостійного розв’язування ................................................................ 16

1.   Задачі на складання харчових ланцюгів ................................................. 16

2.   Задачі на правило екологічної піраміди ................................................. 17

3.   Задачі на обчислення біопродуктивності ............................................... 22

Словник основних термінів .................................................................................... 30 Список рекомендованої літератури ....................................................................... 32

Додаток 1. Трофічна піраміда  ............................................................................... 33

Додаток 2. Первинна біологічна продуктивність деяких біогеоценозів  .......... 34

Додаток 3. Екосистема озера  ................................................................................. 35

 

ПЕРЕДМОВА

 

Шановні студенти!

 

Методичні вказівки до самостійної роботи з розв’язання задач з екології дисципліни «Біологія» призначені для використання під час підготовки до виконання завдань лабораторних та практичних робіт з дисципліни, а також підготовки до складання тематичних атестацій.

У вказівках стисло подано теоретичний матеріал, наведені приклади розв’язання задач, задачі для самостійного розв’язування, словник біологічних термінів та додатки. Методичні вказівки містить задачі різних типів: 

–        задачі на складання схем ланцюгів живлення, характерних для різних екосистем;

–        задачі на обчислення продуктивності біогеоценозів; – задачі на правило екологічної піраміди та інші.

Кожному типу задач передують теоретичні відомості та рекомендації щодо їх розв’язання.

Вказівки містять численні ілюстрації. Таблиці та схеми, що наведені у додатках, а також перелік рекомендованої літератури сприятимуть більш глибокому засвоєнню навчального матеріалу. Текстова частина супроводжується перехресними посиланнями, що дозволяє скоротити час пошуку необхідної інформації.

Електронний варіант збірника дозволить вам організувати самостійну роботу у зручному для вас режимі, вірно виконати завдання лабораторних і практичних робіт та якісно скласти тематичну атестацію.

 

Бажаємо вам успіху!

 

 

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАДАЧ

 

         1. ЗАДАЧІ НА СКЛАДАННЯ ХАРЧОВИХ ЛАНЦЮГІВ

 

Організми, які входять до складу біогеоценозу, утворюють в ньому складний й взаємозв’язаний комплекс. Одним із факторів, що об’єднує живе населення біогеоценозу в єдине ціле, є харчові зв’язки організмів. Завдяки харчовим зв’язкам у біогеоценозі здійснюється перетворення речовин, акумуляція енергії і розподіл її між видами (популяціями). 

Для розв’язування задач з екології необхідно знати, що енергія, яка міститься в їжі, передається від первинного джерела через ряд організмів. Такий ряд організмів називається ланцюгом живлення, а кожна ланка цього ланцюга – трофічним рівнем.

Перший трофічний рівень представлений автотрофами або продуцентами, наприклад рослинами, оскільки вони виробляють органічні речовини. Живі організми-гетеротрофи, що живляться автотрофами (рослиноїдні) називаються консументами І порядку і перебувають на другому трофічному рівні, на третьому рівні розташовуються консументи ІІ порядку – це хижаки, вони живляться консументами першого порядку. Ланцюг живлення може включати консументів третього, четвертого порядків, але слід зазначити, що більше п’яти трофічних рівнів в природі майже не зустрічається. Закінчується ланцюг, як правило, редуцентами. Це сапрофіти, що розкладають органічні речовини до простих неорганічних (гриби, бактерії, личинки деяких комах). 

 Живі організми, поїдаючи представників попереднього рівня, отримують запасену в його клітинах і тканинах енергію. Значну частину цієї енергії (до 90%) вони витрачають на рух, дихання, нагрівання тіла та інше і тільки 10% накопичує у своєму тілі у вигляді білків (м’язи), жирів (жирова тканина). Таким чином, на наступний рівень передається тільки 10% енергії, накопиченій попереднім рівнем. Саме тому харчові ланцюги не можуть бути дуже довгими.

 При складанні харчового ланцюга необхідно правильно розташувати усі ланки і показати стрілками з якого рівня була отримана енергія.  Розглянемо приклади розв’язання задач: 

 

Задача 1. В лісовій екосистемі мешкають: гусінь, синиці, сосни, шуліки. Складіть харчовий ланцюг і назвіть консумента другого порядку. 

Розв’язання:

         Складаємо харчовий ланцюг, визначаємо ланки:

                                    сосна → гусениця  → синиця → шуліка                             продуцент    консумент   консумент   консумент                                                   І порядку     ІІ порядку   ІІІ порядку Відповідь: харчовий ланцюг має вигляд  сосна → гусениця  → синиця → шуліка

         Консумент ІІ порядку – синиця.

 

 

Задача 2. Виберіть із переліку назви тварин, яких можна віднести до консументів ІІ порядку: сірий щур, слон, тигр, дизентерійна амеба, скорпіон, павук, вовк, кролик, миша, сарана, яструб, морська свинка, крокодил, гусак, лисиця, окунь, антилопа, кобра, степова черепаха, виноградний равлик, дельфін, колорадський жук, бичачий ціп’як, кенгуру, сонечко, білий ведмідь, медоносна бджола, комар, бабка, яблунева плодожерка, попелюха, сіра акула.

Відповідь: до консументів ІІ порядку належать сірий щур, тигр, дизентерійна амеба, скорпіон, павук, вовк, яструб, крокодил, лисиця, окунь, кобра, дельфін, бичачий ціп’як, сонечко, білий ведмідь, комар, бабка, сіра акула.

 

 Задача 3. З наведених назв організмів оберіть продуцентів, консументів і редуцентів: ведмідь, бик, дуб, білка, підосиновик, шипшина, скумбрія, жаба, стежковий черв’як, гнильні бактерії, баобаб, капуста, кактус, пеницилл, дріжджі.

         Відповідь: 

продуценти – дуб, шипшина, баобаб, капуста, кактус;  консументы – ведмідь, бик, білка, скумбрія, жаба, стрічковий черв’як;  редуценти – підосиновик, гнильні бактерії, пеницилл, дріжджі.

 

Задача 4. Складіть п’ять ланцюгів живлення. Усі вони повинні початися з рослин (їх частин) або мертвих органічних залишків (детриту). Проміжною ланкою в першому випадку має бути дощовий черв’як; у другому – личинка комара в прісному водоймищі; у третьому – кімнатна муха; у четвертому – личинка хруща; у п’ятому – інфузорія туфелька. Усі ланцюги живлення повинні закінчуватися людиною. Запропонуєте найбільш довгі варіанти ланцюгів. Чому кількість ланок не перевищує 6-7? Варіанти відповідей : 

1)   кульбаба → детрит → дощовий черв’як → курка → людина;

2)   детрит → личинка комара → дрібна плітка → окунь → щука → людина;

3)   детрит → личинка кімнатної мухи (доросла муха) → бабка → голавль →      → людина;

4)   сосна (коріння) → личинка хруща → кабан → людина;

5)   детрит → інфузорія туфелька → мальок карася → водна личинка бабки →     → качка → людина.

 

На кожен наступний трофічний рівень переходить приблизно тільки 10% енергії попереднього рівня. Тому сумарна кількість енергії в харчових ланцюгах нестримно падає.

 

2. ЗАДАЧІ НА ПРАВИЛО ЕКОЛОГІЧНОЇ ПІРАМІДИ 

 

         Розглянемо ще один тип задач – задачі на правило екологічної піраміди. 

Екологічні піраміди (див. додаток 1) – це один із способів зображення харчових ланцюгів. Оскільки продуцентів завжди більше, отже, перший рівень представляє ширшу основу, на наступних рівнях знаходитиметься все менше і менше організмів і тому зображення набуває вигляду піраміди. Знаючи це, можна легко розв’язати завдання. 

 

 

Мал. 1. Екологічна піраміда

 

Правило екологічної піраміди: продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менша у середньому до 10 разів за продукцію попереднього. Тобто маса кожної подальшої ланки ланцюга живлення прогресивно зменшується.

 

 

Мал. 2. Дельфін афаліна (Tursiops truncatus) харчується рибою. 

Ланка харчового ланцюга

 

Задача 5. На підставі правила екологічної піраміди визначите, скільки треба планктону, що б в морі виріс один дельфін масою 300 кг, якщо ланцюг живлення має вигляд: планктон, нехижі риби, хижі риби, дельфін.

Розв’язання:

Дельфін, живлячись хижими рибами, накопив у своєму тілі тільки 10% від загальної маси їжі. Знаючи, що він важить 300 кг, складемо пропорцію. 

300 кг – 10%, х – 100%.

Знайдемо, чому дорівнює х. 

х =  = 3000 (кг)

Отже, маса хижих риб складає 3000 кг. Ця вага становить тільки 10% від маси нехижих риб, якими вони живилися. Знову складемо пропорцію: 3000 кг – 10%, х – 100%

х =  = 30000 (кг)

Маса нехижих риб становить 30000 кг. Скільки їм довелося з’їсти планктону, для того, щоб мати таку вагу? Складемо пропорцію: 30000 кг – 10%, х – 100%

х =  = 300000 (кг)

         Маса планктону становить 300000 кг або 300 т.

Відповідь: для того, щоб виріс дельфін масою 300 кг, потрібно 300 т планктону. 

 

 

Мал. 3. Північні морські котики (Callorhinus ursinus), самиця з малям

 

Задача 6. Користуючись правилом екологічної піраміди визначте, яка маса водоростей потрібна, щоб у океані виріс і міг існувати один морський котик масою 175 кг.

Розв’язання Складаємо ланцюг живлення і визначаємо масу першої ланки ланцюга живлення:

                    Водорості → планктонні тварини → риби → морський котик

                   1750000 кг             175000 кг             17500 кг        1750 кг

         Відповідь: потрібно 1750000 кг, або 175 тонн водоростей.

 

3. ЗАДАЧІ НА ОБЧИСЛЕННЯ БІОПРОДУКТИВНОСТІ

 

Задача 7. З якою ефективністю (у %) використовує кукурудза енергію сонячного випромінювання, якщо 1 га кукурудзяного поля отримує протягом дня 210000 кДж сонячної енергії, а за добу у вигляді приросту сухої речовини накопичується 4830 кДж? Як використовується решта енергії?

Розв’язання:

 Визначаємо ефективність використання кукурудзою енергії сонячного проміння за день на 1 га поля.

210 000 кДж – 100% 4830 кДж – х% Х : 100 = 4830 : 210000

                                                                                            4830 100%            

                                                                                     х = = 2,3%

210000

 Відповідь: ефективність використання сонячної енергії становить 2,3%. Решта енергії витрачається на транспірацію та розсіюється у вигляді тепла.

 

Задача 8. Маса сіна з 1 м² лукків становить 200 г, а з вико-вівсяного поля – 500 г. Використавши правило екологічної піраміди, визначте, яка площа луків необхідна, щоб прогодувати протягом року одну людину масою 52 кг (із них 63% становить вода), якщо ланцюг живлення має вигляд: 

трава → корова → людина

 

Розв’язання:

Визначаємо масову частку органічної речовини в тілі людини:

100% – 63% = 37%

Визначаємо масу органічної речовини в тілі людини:

52 кг – 100% х кг – 37%

х : 52 = 37% : 100%

5237%

                                                                                                                            х = =19,24(кг)

100%

Визначаємо масу органічної речовини в першій ланці ланцюга живлення:                трава → корова → людина

              1924 кг   192,4 кг    19,24 кг

Визначаємо площу луків та вико-вівсяного поля, з якого може прогодуватись людина протягом року:

                                                                                                                        1924кг^{кг              2}       0,96га

S(лугу) == 9620 м =

0,2    ₂ м

                                                                                                                                                                   1924^{кг               2}

S(вико−вівсяногополя) == 3848 м _≈

0,5кг ₂ м

≈ 0,38 га

 

Відповідь: потрібно 0,95 га луків або 0,38 га вико-вівсяного поля.          

 

 

 

▲

 

▲

 

 

Мал. 4. Екологічна піраміда, що відповідає ланцюгу живлення: рослини → корова → людина

 

Задача 9. Протягом вегетаційного періоду 1 га кукурудзяного поля поглинає 76 650 000 кДж енергії, з яких тільки 2,3% акумулюється у вигляді приросту сухої речовини. Складіть ланцюг живлення і визначте, яка площа такого поля необхідна, щоб з нього змогла прогодуватись одна людина протягом року, якщо на добу їй необхідно приблизно 5000 кДж енергії.

 

Розв’язання:

Визначаємо кількість енергії, потрібної людині протягом року:

5000 кДж/добу · 365 діб = 1825000 кДж

вигляді приросту сухої речовини; Скільки енергії, поглинутої кукурудзою, акумулювалось у вигляді приросту сухої речовини?

76650000 кДж – 100% х кДж – 2,3%

х : 76650000 = 2,3% : 100%

76650000 2,3%

                                                                                                           х = =1762950 (кДж)

100%

Складаємо ланцюг живлення і визначаємо кількість енергії в першій ланці ланцюга живлення:

             кукурудза → корова → людина       1825000 кДж   182500 кДж   182500 кДж

Визначаємо площу кукурудзяного поля, з якого може прогодуватись людина протягом року:

1825000 ^кДж

                                                                                                S(поля) = =1,035 (га)

1762950 кДж Відповідь: площа кукурудзяного поля повинна становити 1,035 га.

 

 Задача 10. Скільки людей протягом року зможуть прогодуватись з 1 га морської акваторії, багатої планктоном, якщо людині на рік необхідно отримати з їжею 4,19·10⁶ кДж енергії? Біопродуктивність 1 м² акваторії становить 600 г/м²/рік, а 1 г сухої речовини акумулює в середньому 20 кДж енергії.

Розв’язання: Визначаємо енергетичну продуктивність 1 га планктону протягом року: 

(600 г/м²·20 кДж/г) – 10 000 м² = 120 000 000 кДж.

Визначаємо, скільки людей зможуть прогодуватись протягом року з 1 га моря, багатого планктоном: 120 000 000 кДж : 4 190 000 кДж = 29 (чоловік).

 

Відповідь: зможуть прогодуватись протягом року 29 чоловік.

 

 

 

 

Мал. 5. Планктонні організми

 

Задача 11. 1 м² культурного біоценозу дає 800 г сухої біомаси за рік. Побудуйте ланцюг живлення і визначте, яка площа цього біоценозу потрібна, щоб з нього змогла прогодуватись людина масою 70 кг (з них 63% становить вода).

 

 

Розв’язання:

Визначаємо масову частку органічної речовини в тілі людини:

100% – 63% = 37%

Визначаємо масу органічної речовини в тілі людини:

70 кг – 100% х кг – 37%

х : 70 = 37% : 100%

õ= 70^37% = 25,9  26 (кг)

100% Будуємо ланцюг живлення:

Рослини → консументи → консументи → людина

                      І порядку          ІІ порядку

Визначаємо масу органічної речовини в першій ланці ланцюга живлення:

 Рослини → консументи → консументи → людина

                      І порядку          ІІ порядку

 26000 кг          2600 кг              260 кг             26 кг

 

Визначаємо площу біогеоценозу, щоб з нього змогла прогодуватись людина протягом року:

                                                                                                                26000кг ^{кг              2}       3,25га

S(біоценозу) == 32500 м 

0,8    ₂ м

Відповідь: потрібно 3,25 га такого біоценозу

 

 

Задача 12. Продуктивність 1 га біоценозу становить 2·10⁷ кДж. Визначте масу яструба в ланцюгу живлення:  рослина → миша → змія → яструб,

якщо 1г сухої рослинної речовини акумулює в середньому 20 кДж енергії).

Розв’язання:

1.   Визначаємо масу речовини в першій ланці ланцюга живлення:  20 000 000 кДж : 20 кДж/г = 1 000 000 г = 1000 кг

2.   Визначаємо масу речовини в останній ланці ланцюга живлення:  рослини → миші → змії → яструб

                                         1000кг      100кг     10 кг        1кг

Відповідь: маса яструба – 1 кг.

 

Задача 13. Вага самиці одного з видів кажанів, що живляться комахами, не перевищує 5 грам. Вага кожного з двох її новонароджених дитинчат – 1 грам. За місяць вигодовування дитинчат молоком вага кожного з них досягає 4,5 грама. На підставі правила екологічної піраміди визначите, яку масу комах повинна спожити самиця за цей час, щоб вигодувати своє потомство. Чому дорівнює маса рослин, що зберігається за рахунок винищування самицею рослиноїдних комах?

Розв’язання: Складаємо харчовий ланцюг:  рослини → рослиноїдні комахи → кажан

Обчислюємо масу, яку набрали дитинчата кажана після народження: 

4,5 г – 1 г = 3,5 г

3,5 · 2 = 7 (г) Підставляємо значення 7 г в схему харчового ланцюга і отримуємо: 

                                  рослини → рослиноїдні комахи → кажан

                                      700 г                     70 г                       7 г   

Відповідь: рослиноїдні комахи – 70 г, рослини – 700 г.

 

► ►

  

ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ’ЯЗУВАННЯ

 

         1. ЗАДАЧІ НА СКЛАДАННЯ ХАРЧОВИХ ЛАНЦЮГІВ

 

          Задача 14. Складіть харчовий ланцюг із запропонованих організмів і вкажіть консумента другого порядку: гусінь, синиці, сосни, шуліки. 

 

 

 Задача 15. Із запропонованого списку живих організмів скласти трофічнний ланцюг: трава, ягідні кущі, муха, синиця, жаба, вуж, заєць, вовк, бактерії гниття, комар, коник. Вкажіть кількість енергії, яка переходить з одного рівня на іншій

 

 Задача 16. Складіть схему ланцюга живлення, характерного для боліт, знаючи, що її компонентами можуть бути які-небудь із запропонованих організмів: яструб, метелик, жаба, бабка, вуж, рослина, муха. Вкажіть, який компонент цього ланцюга може найчастіше включатися в інші ланцюги живлення. 

 

 Задача 17. Які з перерахованих організмів екосистеми хвойного лісу відносять до продуцентів, консументів І порядку, консументів ІІ порядку: бактерії гниття, лось, ялина, заєць, вовк, модрина, рись? Складіть ланцюг живлення з 4 або 5 ланок. 

 

 Задача 18. Складіть ланцюг живлення у водоймі (на прикладі озера, ставка, моря) (див. додаток 3).

 

Задача 19. До яких трофічних рівнів відносяться наступні організми: заєцьбіляк, лисиця звичайна, лось, лісові трави?

 

 

         2. ЗАДАЧІ НА ПРАВИЛО ЕКОЛОГІЧНОЇ ПІРАМІДИ 

 

 Задача 20. Біомаса консументів 4 порядку – 400 кг. Визначте біомасу консументів 1 порядку.

 

          Задача 21. Біомаса консументів 1 порядку – 2 000 000 г, біомаса консументів 3 порядку – 20 000 г. Визначите первинну біомасу консументів 2 порядку.

 

          Задача 22. Біомаса консументів 1-го порядку – 500000 кг, а біомаса консументів N-гo порядку – 5000 кг. Визначите кількість ланок в ланцюзі

 

          Задача 23. Яку кількість рослинної біомаси буде потрібно для підтримки життєдіяльності 1 вовка масою 10 кг? Харчовий ланцюг: рослини → заєць → вовк.

 

 

 Задача 24. На підставі правила екологічної піраміди (зерно → миші → сова) визначите співвідношення кількості мишей до кількості сов. Біомаса зерна – 30000 кг, вага миші – 200 г, вага сови – 2 кг

 

 

Задача 25. Користуючись правилом екологічної піраміди, визначте, яка площа відповідного біоценозу необхідна, щоб з неї змогла прогодуватись одна особина останньої ланки в ланцюгу живлення:

а) планктон → синій кит (жива маса 100 тонн);

б) планктон → риба → тюлень (300 кг);.

в) планктон → нехижі риби → щука (10 кг);

г) планктон → риба → тюлень → білий ведмідь (500 кг);

д) планктон → риба → рибоїдні птахи → орлан-білохвіст (5 кг);

е) рослини → заєць → лисиця → вовк (50 кг);

є) рослини → безхребетні тварини → короп (3 кг).

Із вказаної в дужках маси, 60% становить вода. Біопродуктивність 1 м² відповідного біоценозу: планктон – 600 г; рослинність наземна – 200 г; Донна рослинність – 1000 г.

 

Задача 26. У харчовому ланцюзі (рослини → заєць → лисиця) біомаса рослин

– 100 т. Визначите чисельність популяції лисиць, якщо біомаса 1 лисиці – 10 кг.

 

Задача 27. Біомаса трави з 1 м² – 100 г. На підставі правила екологічної піраміди визначите, скільки трави (м²) буде потрібно, щоб нагодувати 10 жаб біомасою 50 г кожна. Ланцюг живлення: трава → коники → жаби.

 

 ►

 

Задача 28. На підставі правила екологічної піраміди визначите, скільки треба зерна, щоб в лісі виріс один пугач масою 3,5 кг, якщо ланцюг живлення має вигляд: зерно злаків → миша-полівка → тхір → пугач

 

Задача 29. Біомаса зайців в лісі складає 200000 кг, біомаса одного зайця – 2 кг. Зайців поїдають вовки, біомаса яких складає 50 кг. За правилом екологічної піраміди визначите, скільки зайців і вовків було в лісі.

 

Задача 30. Біомаса вовків дорівнювала 10% від біомаси зайців і збільшилася до 200 кг. Спочатку біомаса зайців була 120 кг, а біомаса вовка – 25 кг. 

Яка була первинна біомаса трави? Визначите чисельність вовків.  Ланцюг: трава → заєць → вовк.

 

Задача 31. Біомаса равликів дорівнює 40% від біомаси водоростей і складає 400 кг. Біомаса лящів рівна 116 кг. 

Визначите первинну біомасу водоростей. Визначите чисельність лящів, якщо маса одного ляща – 6 кг.

 

Задача 32. На картопляному полі площею 20 га живуть колорадські жуки. Біомаса картоплі на 1 га дорівнює 100 кг. На підставі правила екологічної піраміди визначите, яка максимальна кількість колорадських жуків може населяти це поле. Біомаса 1 жука – 4 г.

 

 Задача 33. Біомаса сухого сіна з 1 м² луків рівна 200 г. На підставі правила екологічної піраміди визначите, скільки треба квадратних метрів луків, щоб прогодувати корову біомасою 200 кг.

 

 Задача 34. Біомаса сухого сіна з 10 м² луків складає 2 кг. На підставі правила екологічної піраміди визначите, на скільки га луків буде потрібно більше для людини масою 90 кг (80% її складає вода), чим для  людини масою 50 кг (85% її складає вода). Харчовий ланцюг: трава → корова → людина.

 

 Задача 35. Відомо, що щука, біомаса якої 2 кг, з’їдає 280 мальків в день. За правилом екологічної піраміди визначите масу мальків, якщо мальок на 50% складається з води.

 

 Задача 36. У озері мешкають рачки, загальна маса яких 29063 кг. Відомо, що в об’ємі 10 м² мешкають 2 великі риби. 

За правилом екологічної піраміди (рачки → дрібні риби → великі риби) визначите об’єм озера, вважаючи, що біомаса однієї великої риби –1 кг.

 

► ►

  

 

Задача 37. Визначите біомасу особин вовка за правилом екологічної піраміди (вовк живиться зайцями і тушканчиками, зайці живляться капустою, тушканчики – рослинами і ящірками). Відомо, що біомаса ящірки – 200 г, біомаса рослини – 20 т, а біомаса капусти – 20кг (тушканчик за усе життя з’їдає не більше 50 ящірок).

 

Задача 38. На території площею 200 га живе 40 овець. Біомаса однієї вівці – 50 кг, біомаса 1га трави – 200 кг. На підставі  правила екологічної піраміди визначите, на скільки особин може збільшитися кількість овець.

 

Задача 39. Маса сіна з 1 м² луки складає 200 г, з вико-вівсяного поля – 500 г. На основі правила екологічної піраміди визначте, яка площа луки або виковівсяного поля потрібна, щоб з нього змогла прогодуватись протягом року людина масою 54 кг (з них 63% складає вода).  Ланцюг живлення: трава → корова → людина.

 

Задача 40. Біомаса планктону становить 1 кг/м². За правилом екологічної піраміди визначте площу (га) відповідного біогеоценозу, у якому зможе вирости й прогодуватися пара судаків по 4 кг кожний. 

Ланцюг живлення: планктон → рослиноїдні риби → судак.  Із вказаних значень маси планктону і риб 40% припадає на суху речовину.

 

► ►

 

 

 

Задача 41. У савані біомаса рослинності – 750 г/м². За правилом екологічної піраміди визначте площу (га) відповідного біогеоценозу, у якому зможе прогодуватися лев масою 250 кг. 

Ланцюг живлення: трав’янисті рослини → парнокопитні → лев.  З вказаних значень маси рослин і тварин 70% припадає на воду.

 

► ►

 

Задача 42. Біомаса планктону на 1 м² становить 400 г. За правилом екологічної піраміди визначте площу (га) відповідного біоценозу, у якому зможе прогодуватися морський леопард масою 300 кг. 

 

Ланцюг живлення:  планктон → риби → пінгвіни → морський леопард. Із вказаних значень біомаси живих істот 60% припадає на воду.

 

 

Задача 43. Самиця вовка, що живиться тушканчиками, народжує 5 дитинчат, кожен вагою 1 кг. За декілька тижнів маса кожного дитинчати досягає 6 кг. На підставі правила екологічної піраміди визначите, яку масу тушканчиків повинна винищити самиця вовка за цей час, щоб вигодувати дитинчат. Чому дорівнює маса рослин, що збереглися за рахунок винищування самицею вовка тушканчиків?

 

Задача 44. Самиця бурого ведмедя, що важить 500 кг, народжує 2 ведмежат вагою 30 кг кожен. За 4 місяці вага кожного збільшується до 100 кг. На підставі цієї піраміди визначите, яку масу зайців повинна винищити ведмедиця, що б вигодувати своїх дитинчат. Чому дорівнює маса рослин, що уціліли за цей час (вода в організмі ведмедя складає 80%)?

 

 ►

 

Задача 45. Одна миша біомасою 5 г народжує 2 дитинчат біомасою 1 г і 0,5 г. За 3-4 тижні вигодовування дитинчат молоком їх біомаса стала 5 г і 4 г відповідно. На підставі правила екологічної піраміди визначите, яка біомаса зерна потрібна самиці, щоб вигодувати своє потомство.

 

3. ЗАДАЧІ НА ОБЧИСЛЕННЯ БІОПРОДУКТИВНОСТІ

Розв’язання задач на обчислення біопродуктивності спирається на вже відомі вам за даним посібником задачі зі складання харчових ланцюгів та задачі на правило екологічної піраміди. 

Новим є обчислення продуктивності біологічної речовини або енергії на одиницю площі або об’єму. 

 

Задача 46. Яка площа водойми (га) може прогодувати білого пелікана (10 кг, 60% маси становить вода) в ланцюгу живлення:  планктон → риба → пелікан? Біопродуктивність 1 м² водойми – 600 г органічної речовини. 

 

► ►

 

 

 

 Задача 47. При вивченні екологами певної території було виявлено, що на ній мешкає 17 яструбів-перепелятників (маса одного яструба – 500 г). Обчисліть площу досліджуваної території, якщо маса 1 м² листової підстилки складає 90 г.  Харчовий ланцюг: 

листова підстилка → дощовий черв’як → чорний дрізд → яструб-перепелятник

 

 

Задача 48. Визначте продуктивність біоценозу (кг/га і кДж/га), якщо 1 м² його дає у перерахунку на суху масу 443 г культурних рослин, 456 г бур’янів і 231 г безхребетних тварин. 

Енергетичні показники біогеоценозу: 

1 г сухої рослинної речовини акумулює в середньому 20 кДж енергії;  1 г сухої тваринної речовини акумулює в середньому 21 кДж енергії. 

 

Задача 49. Скільки треба трави, щоб прогодувати 3 чоловіки, якщо прийняти, що їх загальна суха маса рівна 29 кг. Харчовий ланцюг: трава → корова → людина.

 

Задача 50. На 1 га луків можуть  прогодуватися 3 корови. Одна корова важить 500 кг. Яку кількість рослинної біомаси вживають корови, якщо вода складає 80% від маси тіла корови?

 

Задача 51. Даний харчовий ланцюг: трава →  коник → жаба → лелека. Маса лелеки – 10 кг. На території площею 100 га мешкає 8 лелек. Знайдіть біомасу трави на території площею 50 га, необхідною для повного енергетичного забезпечення цього харчового ланцюга.

 

Задача 52. Яка площа акваторії моря потрібна для прогодування чайки (m = 1 кг, 40% – суха речовина) в ланцюгу живлення:  фітопланктон → риба → чайка? Продуктивність фітопланктону – 500 г сухої маси на 1 м². 

 

► ►

   

 

Задача 53. У 5·10⁶ м³ відкритого океану протягом року розвивається 200 т фітопланктону і зоопланктону. Чи достатньо цього об’єму води для існування одного кита-горбача, якщо приріст його маси за цей час дорівнював 2 т?

 

►

 

 

 

 Задача 54. На якій території живе популяція лисиць, якщо  відомо, що біомаса 1 лисиці – 5кг і миші складають 20% в їх раціоні харчування? Кількість мишей складає 1000 особин, а біомасу однієї миші – 50г. На 1 га росте 100 кг трави (суха маса), 10% якої знищують миші.

 

 Задача 55. Мінімальний периметр обгородженої ділянки поля –100 м. Визначите, скільки овець може живитися на цій ділянці, якщо щільність трави – 15 кг/м², а біомаса однієї вівці – 60 кг.

 

 Задача 56. На луках площею 1га мешкає 5 зайців. Маса одного зайця – 3 кг. Визначите середню щільність трави на луках, якщо зайці споживають 10% трави цих луків.

 

 Задача 57. Біомаса людей, що складає 10% від біомаси корів, збільшилася до 700 кг. Біомаса корів спочатку дорівнювала 400 кг, а біомаса 1 людини – 20 кг. 

Яка первинна біомаса трави? Якою стала чисельність людей після збільшення біомаси корів? Ланцюг: трава → корова → людина.

 

Задача 58. Середня маса однорічної рудої лисиці – 20,5 кг. Припустімо, що після одномісячного віку, коли маса лисеняти досягла 500 г, воно перейшло на живлення тільки куріпками (середня маса – 800 г). 

Яку кількість куріпок йому потрібно з’їсти, щоб досягти маси однорічної лисиці? Який приріст біомаси продуцентів (рослин) знадобився для цього? Яка площа лісостепу (га) достатня для прогодування однієї лисиці, якщо продуктивність рослинної біомаси становить 2 т/га за рік?

 

 

Задача 59. Чорні стрижі (ряд Довгокрилі) живляться тільки комахами, втім також і рослиноїдними. Кожен з дорослих стрижів має масу 55 г. Одна пара стрижів вигодовує трьох пташенят (відразу після виходу з яйця маса пташеняти дорівнює 5 г). Протягом 60 днів годування частка рослиноїдних комах у раціоні птахів становила 75%. 

Враховуючи правило екологічної піраміди визначте, яка маса рослин стала базою, що забезпечила можливість прогодуватись цій сім’ї стрижів.

 

 

Задача 60. Середня жива маса маляти хохулі звичайної при народженні становить 10 г, а маса дорослої хохулі – 460 г. Цієї ваги молода хохуля досягає у віці шести місяців. Ці тварини живляться різними водяними безхребетними та рослинами, частка яких становить відповідно 80% і 20% у їхньому раціоні. За одну добу доросла хохуля з’їдає в середньому 250 г корму. Зазвичай самка дає один приплід на рік – троє малят. 

Враховуючи це, визначте мінімальну площу, необхідну для утворення заказника у заплаві річки Сіверський Донець для 250 пар хохуль. Річний приріст рослинної маси в заплаві дорівнює 2 т/га.

 

 

Мал. 6. Хохуля звичайна або руська (Desmana moschata) –  вид, занесений до Червоної книги України

 

Задача 61. Їжак вухатий – комахоїдна тварина масою близько 600 г. Він поїдає у великій кількості жуків та інших комах, гризунів, ящірок та змій, яйця птахів, що гніздяться на землі, може вживати і рослинну їжу: різні плоди, зелені пагони деяких рослин. Частка тваринної та рослинної їжі в раціоні їжаків становить відповідно 75% і 25%. Протягом однієї доби дорослий їжак з’їдає близько 200 г корму. У середньому в приплоді їжаків буває 6 малят, які вже у віці 1,5 місяця починають живитися самостійно. У віці одного року молодь досягає маси дорослих їжаків. У холодну пору року ці тварини впадають у сплячку на 4 місяці. 

Складіть ланцюг живлення та трофічну сітку для їжака вухатого. Розрахуйте мінімальну площу, на якій зможе прогодуватися сім’я їжаків упродовж одного року, якщо річний приріст рослинної маси становить 2 т/га.

 

Мал.7.Їжак вухатий (Hemiechinus auritus) –  вид, занесений до Червоної книги України.

 

Задача 62. Самиця нетопиря-карлика, одного з видів кажанів,  що живляться нічними рослиноїдними комахами і що важить  всього біля 5 г, народжує двох дитинчат масою в 1 г кожного. За 3 або 4 тижня вигодовування дитинчат молоком вага кожного з них досягає 4,5 г.  На підставі правила екологічної піраміди визначите, яку масу комах повинна винищити самиця за цей час, щоб вигодувати своє потомство. Чому дорівнює маса рослин, що зберігаються за рахунок винищування самицею рослиноїдних комах?

 

► ►

  

 

Задача 63. Приріст біомаси у коралових рифах в середньому становить 2500 г/м², що значно перевищує продуктивність відкритих ділянок океану (250 г/м²). Обидві зони розташовані в екваторіальній області. 

Яка частка сонячної енергії акумулюється біоценозами відкритого океану, якщо продуценти коралових рифів використовують 0,125% її? Як пояснити цю різницю? З якими чинниками навколишнього середовища це пов’язано? Запропонуйте не менше, ніж два способи використання даного явища на користь людині.

 

 

Мал. 8. Кораловий риф

 

Задача 64. Приріст біомаси на ділянці вологого тропічного лісу становила 20 т/га за рік при акумуляції 0,1% сонячної енергії. 

Яким буде приріст біомаси, на 1 га савани, де акумулюється 0,04% енергії Сонця (інтенсивність випромінювання вважати однаковою)?

 

 

                                                            а                                                                  б

Мал. 9. а – вологий тропічний ліс, б - савана

 

Задача 65. Приріст біомаси внаслідок використання сонячного випромінювання на  ділянці вологого тропічного лісу становила 20 т/га за рік при акумуляцій 0,1% сонячної енергії. 

Яка частка енергії Сонця використовується в заростях морських водоростей, де приріст біомаси дорівнює 25 т/га за рік (інтенсивність випромінювання вважати однаковою)?

 

Задача 66. Приріст біомаси внаслідок використання сонячного випромінювання на ділянці листяного лісу становила 12 т/га за рік при акумуляції 0,06% сонячної енергії. 

Яка частка енергії Сонця використовується в болотних? екосистемах, де приріст біомаси дорівнює 20 т/га за рік (інтенсивність випромінювання вважати однаковою)? 

 

                                                       а                                                                  б

Мал. 10. а – листяний ліс, б - тайга

 

Задача 67. Приріст біомаси внаслідок використання сонячного випромінювання на ділянці тайги становила 10 т/га за рік при акумуляції 0,05% сонячної енергії. Яким буде приріст біомаси на такій же площі тундри, де використовується 0,01% енергії Сонця (інтенсивність випромінювання вважати однаковою)? 

 

Задача 68. Біомаса рослинних організмів у Світовому океані становить 3,9 млрд. тонн, а біомаса тварин – 997 млн. тонн. 

Розрахуйте кількісне співвідношення маси продуцентів до маси консументів у морських екосистемах. Визначте загальну біомасу, що міститься в океані. Чи справедливе у цьому випадку правило екологічної піраміди? Як можна пояснити значне відхилення від теоретично очікуваного співвідношення?

 

Задача 69. Маса рослинних організмів у біогеоценозах суходолу дорівнює 1837 млрд. тонн, а маса тварин – 1005 млн. тонн. 

Розрахуйте кількісне співвідношення маси продуцентів до маси консументів у екосистемах суходолу. Визначте загальну біомасу, що міститься на суходолі. Чи виконується в цьому випадку правило екологічної піраміди? Проаналізувавши отриманий результат, а також враховуючи дані попередньої задачі, зробіть припущення, за рахунок яких організмів можна істотно збільшити сумарну біомасу Землі?

 

 

                                                       а                                                                 б

Мал. 11. а – узбережжя океану, б – рівнина біля підніжжя гір

 

Задача 70. Відомо, що загальна первинна продуктивність біосфери Землі (органічні речовини, синтезовані рослинами, за винятком частки, яка припадає на дихання та виділення самих рослин) дорівнює за рік 170 млрд. тонн. Із цієї маси продуценти Світового океану, який займає майже 71% поверхні земної кулі, синтезують близько 55 млрд. тонн сухої речовини. 

У скільки разів продуктивність рослин суходолу більша за продуктивність морських фітоценозів? Як можна пояснити значно більшу продуктивність рослин, що зростають на суходолі?

СЛОВНИК ОСНОВНИХ ТЕРМІНІВ

 

Автотрофи – організми, які синтезують з неорганічних сполук органічну речовину з використанням енергії Сонця (геліотрофи) або енергії, що вивільнюється під час хімічних реакцій (хемотрофи). До автотрофів належать зелені рослини і невелика група мікроорганізмів.

Ареал – область поширення будь-якої систематичної групи організмів (виду, роду, родини тощо); певного типу біотичних угруповань; подібних умов існування.

Біогеоценоз – історично сформований взаємозумовлений комплекс живих і неживих компонентів певної ділянки земної поверхні, що пов’язані між собою обміном речовин та енергії. Сукупність живих компонентів біогеоценозу становить біоценоз, неживих – біотоп.

Біологічна продуктивність– властивість живих організмів утворювати, перетворювати та нагромаджувати органічну речовину в екосистемах (біогеоценозах). Характеризує темп утворення біомаси (на одиницю площі за одиницю часу).

Біологічна система – сукупність взаємодіючих гетерогенних елементів, що утворюють цілісний біологічний об’єкт: клітину, тканину, орган, організм, біологічне угруповання. Має ієрархічну структуру. Основні властивості біологічної системи: обмін енергією та інформацією з навколишнім середовищем, саморегуляція, адаптація, самовідтворення, яке в повному вияві характерне лише деяким рівням організації життя, зокрема клітині, організму.

Біомаса – кількість речовини живих організмів, яка нагромаджена в популяції, біоценозі або біосфері на будь-який момент часу. Виражається в одиницях сирої або сухої маси, іноді в одиницях енергетичного еквівалента на одиницю поверхні або об’єму.

Біотоп – ділянка земної поверхні (суходолу або водойми) з однотипними абіотичними умовами середовища (рельєф, ґрунт, мікроклімат тощо), що її займає певне угруповання організмів (біоценоз).

Гетеротроф – організм, який використовує для живлення тільки або переважно (для форм зі змішаним живленням) органічні речовини, утворені іншими видами, і, як правило (крім видів зі змішаним живленням), нездатний синтезувати речовини з неорганічних складових. До гетеротрофів належать усі тварини, паразитичні рослини, гриби і переважна більшість мікроорганізмів.

 Екологічні чинники (чинники середовища) – елементи середовища, що здійснюють певний вплив на організми. їх поділяють на абіотичні та біотичні чинники.

Екологічна піраміда (або трофічна піраміда, харчова піраміда) – графічне подання зміни кількості біомаси або біопродуктивності на кожному трофічному рівні екосистеми. Піраміда біомаси показує кількість біомаси на кожному з трофічних рівнів, в той час як піраміда біопродуктивності показує кількість надлишкової біомаси, що продукується організмами на кожному з рівнів.

Екологічні піраміди починаються продуцентами на нижньому рівні і продовжуються вгору через один або кілька рівнів консументів.

 Екосистема (екологічна система) – біологічна система, що являє собою функціональну єдність угруповання організмів і навколишнього середовища.

Закон односпрямованості потоку енергії – енергія, одержана угрупованням (біогеоценозом, екосистемою) і засвоєна продуцентами, розсіюється або разом з їхньою біомасою незворотно передається консументам першого, другого і т. д. порядків, а потім редуцентам (з падінням її потоку на кожному із трофічних рівнів внаслідок процесів дихання).

 Консументи – організми, що живляться безпосередньо або через інші організми органічною речовиною, синтезованою автотрофами; гетеротрофи.

 Ланцюги живлення (трофічні ланцюги) – групи видів рослин, тварин, грибів та мікроорганізмів, пов’язаних харчовими зв’язками, внаслідок чого створюється певна послідовність у передачі речовини та енергії від одних груп організмів до інших. Ланцюги живлення формувались у процесі еволюції органічного світу і є однією з характеристик взаємопристосованості організмів у природі.  Обмін енергії в організмі– сукупність окислювально-відновних перетворень органічних речовин, які виникають в процесі обміну речовин у клітинах, спричиняють трансформацію їхньої потенційної енергії в енергію макроергічних зв’язків аденозинфосфорних кислот.

 Обмін речовин, метаболізм – закономірний порядок перетворення речовин і енергії в живих системах, спрямований на їх збереження і самовідтворення, основна ознака живої матерії.

 Правило екологічної піраміди − продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менша у середньому до 10 разів за продукцію попереднього. Тобто маса кожної подальшої ланки ланцюга живлення прогресивно зменшується.

 Зниження біомаси при переході з одного харчового рівня на інший обумовлене тим, що далеко не вся їжа асимілюється консументами. Крім того, велика частка енергії поживних речовин, що всмоктується у кишечнику, витрачається на дихання та інші процеси життєдіяльності і лише 10-15% використовується на побудову нових клітин і тканин.

 Продуценти – автотрофні організми, які в ланцюгах живлення продукують органічну речовину з неорганічних речовин.

 Редуценти, деструктори – організми, які в процесі життєдіяльності й нагромадження біомаси перетворюють (мінералізують) мертву органічну речовину в неорганічні сполуки.

           Середовище– сукупність умов, у яких існують організми.

 Трофічні рівні – групи організмів, пов’язані ланцюгами живлення, які забезпечують необхідний рівень обмінних процесів в екосистемі (біоценозі).

 

 

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

 

Базова

1.     Барна І. Загальна біологія. Збірник задач. – Тернопіль: Видавництво «Підручники і посібники», 2008 – 736 с.

2.     Білявський Г.О. Основи екології: Підручник для студентів вищих навчальних заклідів / Г.О.Білявський, Р.С.Фурдуй, І.Ю.Костіков. – 2-ге вид. – К.: Либідь, 2005. – 408 с.

3.     Білявський Г.О. Основи екологічних знань: Пробний мас. підручник для учнів 10-11кл.середніх загальноосвітніх закладів / Г.О.Білявський, Р.С.Фурдуй, І.Ю.Костіков. – К. : Либідь, 2000. – 336 с.

4.     Гандзюра В.П. Екологія: навч. посібник / В.П. Гандзюра. – 2-ге вид. – К.: ТОВ «Сталь», 2009. – 375 с.

5.     Запольський А.К. Основи екології / А.К.Запольський, А.І.Салюк. – Київ : Вища школа, 2004. – 250 с. 

6.     Межжерін С.В. Біологія: підручник для 10 класу загальноосвітніх навчальних закладів (Профільний рівень) / С.В.Межжерін,  Я.О.Межжеріна,

Т.В.Коршевнюк – Київ: Планета книжок. – 2010. – 231 с.

7.     Мусієнко М.М. Екологія. Охорона природи : Словник-довідник / М.М. Мусієнко, В.В. Сєрєбряков – К. : Т-во «Знання», КОО, 2007. – 624 с.

8.     Царик Л.П. Екологія. Підручник для 10 класу загальноосвітніх навчальних  закладів [профільний рівень] /Царик Л.П., Царик П.Л., Вітенко І.М. – Київ: Генеза, 2010. – 238 с.

9.     Царик Л.П. Екологія. Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних  закладів [рівень стандарту, академічний рівень] / Царик Л.П., Царик П.Л., Вітенко І.М. – Київ : Генеза, 2010. – 96 с.

Допоміжна

1.     Атлас екології / Під ред. Хосе Тола, Єва Інф’єста; Пер. з ісп. – Х.: Видавництво «Ранок», 2005. – 96 с.

2.     Довідник з біології / За ред. академіка НАН України К.М.Ситника. – К.: Наукова думка, 1998. – 682 с.

3.     Мусієнко М.М. Екологія. Тлумачний словник / М.М. Мусієнко, В.В. Сєрєбряков, О.В. Байрон. – К. : Либідь, 2004. – 376 с.

4.     Овчинніков С.О. Збірник задач і вправ із загальної біології. – К.: Ґенеза, 2000. – 150 с.

5.     Шаламов Р.В. Біологія: Комплексний довідник / Р.В. Шаламов, Ю.Д. Дмитрієв, В.І.Підгорний. – Х.: Веста: Вид-во «Ранок», 2006. – 624 с.

 

 

 

 

ДОДАТОК 1

 

ТРОФІЧНІ ПІРАМІДИ

 

 

ДОДАТОК 2

 

ПЕРВИННА БІОЛОГІЧНА ПРОДУКТИВНІСТЬ ДЕЯКИХ БІОГЕОЦЕНОЗІВ (маса сухої речовини на 1 м² площі за рік)

 

Організм або продукція	Біогеоценоз	Суха маса за рік, г
Донна рослинність (водорості)	Прісне водоймище або море	1000
Рослинність наземна	Луки, степ	200
Рослинність наземна	Пустеля	40
Зернові, картопля	Поле	500-800
Цукрова тростина	Плантація	3000-5000
Опале листя	Діброва	400
Дерева	Листяні ліси помірної зони	2500-3000
Дерева	Хвойні ліси	1500-1600
Дерева	Тропічні ліси	5500-6500
Деревина (річний приріст)	Листяні ліси помірної зони	500
Деревина (річний приріст)	Тропічні ліси	1300
Планктон (увесь)	Прісне водоймище або море	600
Риби (всі види)	Прісне озеро або море	15
Короп	Ставок для штучного розведення риби	150
Ґрунтова фауна (вся)	Діброва	100
Травоїдні ссавці	Діброва	1
Тільки найпростіші тварини в ґрунті	Діброва	10

 

ДОДАТОК 3

ЕКОСИСТЕМА ОЗЕРА