Pyramid av siffror. För att bygga en befolkningspyramid, räkna antalet organismer i ett visst område, gruppera dem efter trofiska nivåer
Disciplinen "Ekologi" undersöker principerna för att hantera naturliga och naturligt-antropogena system i processen för miljöförvaltning för att säkerställa en hållbar utveckling av dessa system. För att göra detta är det först och främst nödvändigt att känna till och ta hänsyn till reglerna, principerna och lagarna för biosfärens funktion.
Regler
Enprocentsregeln. Enligt enprocentregeln tar en förändring av energin i ett naturligt system inom 1 % (från några tiondelar till, som ett undantag, några procent) det naturliga systemet ur ett jämviktstillstånd (kvasistationärt). Alla storskaliga fenomen på jordens yta (kraftfulla cykloner, vulkanutbrott, processen för global fotosyntes) har som regel en total energi som inte överstiger 1% av energin från solstrålning som infaller på ytan av vår planet . Övergången av processenergin bortom detta värde (1%) leder vanligtvis till betydande anomalier: skarpa klimatavvikelser, förändringar i vegetationens natur, stora skogs- och stäppbränder.
Notera. Enprocentregeln är av särskild betydelse för globala system. Deras energi kan tydligen i grunden inte överstiga nivån på cirka 0,2% av inkommande solstrålning (energinivån för fotosyntes) utan katastrofala konsekvenser. Detta är troligen en oöverstiglig tröskel och gräns för mänskligheten (från vilken "kärnkraftsvinter" följer).
Tioprocentsregeln (lagen om energipyramiden) . I enlighet med energipyramidens lag rör sig i genomsnitt inte mer än 10% av energin från en trofisk nivå i den ekologiska pyramiden till en annan nivå. Energipyramidens lag tillåter dig att göra beräkningar av det landområde som krävs för att förse befolkningen med mat och andra miljömässiga och ekonomiska beräkningar.
Den genomsnittliga maximala överföringen av energi (eller materia i energitermer) från en trofisk nivå av den ekologiska pyramiden till en annan är 10% (10%-regeln); den kan variera från 7 till 17%. Detta värde leder inte till negativa konsekvenser för ekosystemet och kan därför accepteras som normen för miljöförvaltning i mänsklig ekonomisk verksamhet. Att överskrida detta värde är oacceptabelt, eftersom i detta fall
fullständig utrotning av populationer kan inträffa. Lagen om energipyramiden och tioprocentsregeln fungerar som en allmän begränsning i användningen av naturresurser för mänsklig ekonomisk aktivitet.
Regeln om obligatorisk fyllning av ekologiska nischer. En tom ekologisk nisch fylls alltid naturligt. En ekologisk nisch som en funktionell plats för en art i ett ekosystem tillåter en form som kan utveckla adaptiva egenskaper för att fylla denna nisch, men ibland kräver detta avsevärd tid.
Ofta är så kallade ekologiska nischer bara en optisk illusion (för specialister). I verkligheten fylls ekologiska nischer ibland på de mest oväntade sätt.
I samband med möjligheten att förekomsten av pseudotomma ekologiska nischer ska man aldrig skynda sig att dra slutsatser om möjligheten att fylla dessa nischer genom acklimatisering av arter, eftersom acklimatiserings- och återacklimatiseringsarbete kommer att vara effektivt endast om det faktiskt finns fria ekologiska nischer, vilket är extremt sällsynt.
Notera. Ett troligt exempel på regeln om obligatorisk fyllning av ekologiska nischer är uppkomsten av nya sjukdomar, till exempel AIDS (förvärvat immunbristsyndrom). Det förutspåddes hypotetiskt mer än 10 år innan sjukdomen identifierades som ett influensaliknande virus med hög dödlighet. Grunden för förutsägelsen var att segern över många mänskliga infektionssjukdomar frigjorde ekologiska nischer som oundvikligen måste fyllas. Eftersom förändringen vid ekologisk duplicering i regel går i riktning från större och högorganiserade former till mindre och mer organiserade, antog man att en av de ekologiska nischerna skulle fyllas just av ett virus med hög grad av variation. . Influensaviruset har en mutationshastighet på 1:10 5 med en genomsnittlig normal processfrekvens på 1:10 6 . AIDS-viruset är ännu mer varierande - det har en mutationshastighet på 1:10 4 . Därmed var hypotesen tydligen motiverad.
Regeln om oundvikliga kedjereaktioner (”hård” kontroll av naturen). ”Hård” teknisk hantering av naturliga system och processer är kantad av naturliga kedjereaktioner, av vilka en betydande del är miljömässigt, socialt och ekonomiskt oacceptabelt under lång tid. Ett exempel med Aral-katastrofen. Överföring av vatten från norra floder skulle leda till oönskade miljöeffekter (översvämning av ett stort landområde, förstörelse av skog, olja, gasfält, etc.)
Regeln om "mjuk" förvaltning av naturen. "Mjuk" (indirekt) kontroll av naturen orsakar kedjereaktioner som är önskvärda för människor.
"Mjuk" kontroll är mer att föredra än en "hård" teknogen lösning, trots de höga initialkostnaderna. Detta är regeln för en ändamålsenlig omvandling av naturen. Till skillnad från "hård" förvaltning (se regeln för kedjereaktioner under "hård" förvaltning), "mjuk" förvaltning, baserad på att återställa ekosystemens tidigare naturliga produktivitet eller öka den genom en målmedveten serie händelser baserade på användningen av mål naturlagar, gör det möjligt att styra naturliga kedjereaktionsreaktioner i en riktning som är gynnsam för ekonomin och människors liv. Ett exempel är jämförelsen av två former av skogsbruk – kalhygge (”hård” påverkan) och selektiv avverkning (”mjuk” påverkan). Kalvhuggning, där allt virke tas på en gång, anses ekonomiskt mer lönsamt. När selektiv kapning inträffar uppstår många tekniska komplikationer, och därför visar sig kostnaden för vedavverkning vara dyrare. Det antas att i kalhyggesområden kan och bör skogen återställas genom massplantering (och denna verksamhet är generellt sett billig). Men med kalhyggen försvinner själva skogsmiljön gradvis, vilket leder till sänkta flodnivåer på andra ställen - till vattenförsämring, överväxt av avverkningsområdet med icke-skogliga växtarter, förhindrande av skogstillväxt, uppkomsten av avel. skäl för skogsskadegörare och andra negativa konsekvenser. De lägre initialkostnaderna för en "hård" händelse ger upphov till en kedja av skador, som sedan kräver stora kostnader för att eliminera dem. Tvärtom, med selektiv avverkning underlättas skogsrestaureringen på grund av bevarandet av skogsmiljön. De ökade initialkostnaderna återvinns successivt genom att förebygga miljöskador.
Övergången från "mjuk" till "hård" förvaltning är endast tillrådlig med samtidig ersättning av extensiva jordbruksformer med extremt intensiva och som regel inom relativt korta tidsintervaller. På lång sikt är endast "mjuk" kontroll av naturliga processer effektiv. Se även Principer för naturomvandling.
"Ekologiskt ekonomisk" regel. Ekonomi och ekologi går inte att motsätta sig. Man kan inte bromsa industrialiseringstakten – det kommer att innebära en sorts ekonomisk utopism, precis som man inte kan minska sina ansträngningar inom ekologiområdet – det kommer att innebära miljöextremism. Lösningen på problemet ligger någonstans i mitten.
Regel för ekonomisk-ekologisk uppfattning. Vi kan inte mena att antalet frihetsgrader i våra efterkommandes handlingar snarare kommer att minska än att öka. Vi lever på kredit från våra barnbarn. Ättlingar kommer att betala mycket dyrt för naturens räkningar, mycket mer än vi betalar.
Regeln om basal metabolism, om fördelen med att spendera materia och energi på självunderhållet av systemet. Förhållandet mellan basal ämnesomsättning och nyttigt arbete i den mänskliga ekonomin kan förbättras i viss utsträckning, precis som vilken effektivitet som helst. För mekaniska system kan den vara mycket hög, även om den aldrig når 100%; effektiviteten hos komplexa dynamiska system kan bara nå relativt höga värden under en kort tid, men inte mer än 30%. Resten går till internt utbyte, annars skulle själva systemen inte existera. Långlivade storskaliga ekosystem kan inte likställas med kortlivade mekaniska system. I levande system går det åt mycket "bränsle" på "reparationer" för självunderhåll och självreglering och vid beräkning av motorers verkningsgrad tas inte hänsyn till energikostnader för reparationer etc.
Integral resursregel. Tävlar inom användningsområdet specifik naturlig system av ekonomiska sektorer orsakar oundvikligen skada på varandra ju starkare, ju mer avsevärt de förändrar de gemensamt utnyttjade ekologiskkomponent eller alla ekosystem allmänt. Den integrala resursregeln är en annan tillämpad konsekvens av lagen om intern dynamisk jämvikt. Inom vattensektorn är till exempel vattenkraft, transporter, allmännyttor, konstbevattnat jordbruk och fiskerinäring sammanlänkade på ett sådant sätt att fisket är i den minst fördelaktiga ställningen. Ju mer komplett vattenkraftsanvändningen är, desto svårare är det att hantera andra sektorer av vattenekonomin: utvecklingen av vattentransporter komplicerar andra metoder för vattenanvändning, och bevattning orsakar svårigheter i relaterade former av vattenexploatering.
Regel för demografisk mättnad. I en global eller regionalt isolerad befolkning motsvarar befolkningsstorleken den maximala förmågan att stödja dess livsaktivitet, inklusive alla aspekter av existerande mänskliga behov.
I huvudsak anger denna regel att en person, precis som alla andra biologiska arter, kommer att öka sitt antal till den största möjliga storleken, som bestäms av miljöns kapacitet, och inte mer. Men mänskligheten skapar tryck på miljön inte så mycket biologiskt som tekniskt. Faktum är att det som för närvarande observeras i världen inte är demografisk mättnad, med hänsyn till alla mänskliga behov, utan teknisk övermättnad. Underlåtenhet att följa den demografiska regeln
mättnad resulterar i en skarp obalans i systemet av relationer "man-natur". Teoretiskt sett är en situation möjlig när begränsande mekanismer implementeras och en demografisk katastrof inträffar (en kraftig minskning av den mänskliga befolkningen).
Regeln för historisk tillväxt av produktionen på grund av succession ekosystemföryngring. Eftersom nettoproduktiviteten för ett samhälle är maximal i de tidiga stadierna av ekosystemutveckling, var den huvudsakliga källan till produktionstillväxt under den historiska utvecklingen av samhället den successiva föryngringen av ekosystemen. (Succession är att en gemenskap av organismer (biocenoser) ersätts med andra i en viss sekvens).
Samhällets nettoproduktivitet (årlig ökning av biomassa) är hög i de tidiga utvecklingsstadierna och är praktiskt taget noll i mogna ekosystem. Till en början låg successivt mogna ekosystem till grund för insamling och jakt. Från en viss punkt börjar de ge vika för produktionscenoser. I den senare är utbytet av rena produkter högre. Tidigare, när befolkningen växte, ökade området med föryngrade system, ett omfattande sätt att utveckla jordbruksproduktionen. Därefter aktiveras följande mekanism för att öka ekosystemets produktivitet: den intensiva utvecklingsvägen är en ökning av mängden energi som investeras i produktionen. Denna mekanism är dock inte obegränsad. Det kommer en tid då ytterligare investeringar av energi i agroekosystemet leder till dess förstörelse, när energigränsen nås. Den moderna historiska finalen i denna utveckling är övergången till exploatering av extremt föryngrade ekosystem med ett kraftigt hopp i energikostnaderna. Ekosystemmetoder för dopning genom successiv föryngring är nästan uttömda. ytterligare investeringar av antropogen energi i jordbruket kommer att leda till förstörelse av naturliga strukturer, så andra tekniker kommer att krävas - mer effektiv och lågenergikrävande.
Regeln för att påskynda den historiska utvecklingen. Ju snabbare en persons miljö och jordbruksförhållanden förändras under påverkan av antropogena faktorer, desto snabbare, enligt feedbackprincipen, sker en förändring i en persons socioekologiska egenskaper, den ekonomiska och tekniska utvecklingen av samhället. Detta system tenderar att självaccelerera.
Till exempel, som svar på försämrade indikatorer på livsmiljön orsakade av antropogen verksamhet, uppstår mekanismer som försöker förbättra den (förändring av generationer av teknik, resursbesparande kunskapsintensiv produktion, demografisk reglering). Frågan är bara i vilken utsträckning accelerationen av den historiska utvecklingen i handling kommer att motsvara regeln om demografisk mättnad och Le Chatelier-Brown-principen.
Hittills släpar den historiska utvecklingen tydligt efter och detta utgör en fara för människors välbefinnande.
Lindemanns regel (10%)
Genomströmningen av energi, som passerar genom biocenosens trofiska nivåer, släcks gradvis ut. År 1942 formulerade R. Lindeman lagen om energipyramiden, eller lagen (regeln) om 10%, enligt vilken från en trofisk nivå av den ekologiska pyramiden flyttas till en annan, högre nivå (längs "stegen": producenten - konsument - nedbrytare) i genomsnitt cirka 10 % av den energi som tas emot på den tidigare nivån av den ekologiska pyramiden. Det omvända flödet i samband med förbrukningen av ämnen och energi som produceras av den övre nivån av den ekologiska pyramiden av dess lägre nivåer, till exempel från djur till växter, är mycket svagare - inte mer än 0,5% (även 0,25%) av dess totala flöde, och därför kan vi säga att det inte finns något behov av att prata om energicykeln i biocenosen.
Om energi förloras tio gånger under övergången till en högre nivå av den ekologiska pyramiden, ökar ansamlingen av ett antal ämnen, inklusive giftiga och radioaktiva, i ungefär samma proportion. Detta faktum är fixerat i regeln om biologisk förbättring. Det är sant för alla folkräkningar. I akvatiska biocenoser korrelerar ansamlingen av många giftiga ämnen, inklusive klororganiska bekämpningsmedel, med massan av fetter (lipider), d.v.s. har helt klart en energisk grund.
Ekologiska pyramider
För att tydligt representera relationerna mellan organismer av olika arter i en biocenos är det vanligt att använda ekologiska pyramider, särskiljande pyramider av antal, biomassa och energi.
Bland de ekologiska pyramiderna är de mest kända och mest använda:
§ Pyramid av siffror
§ Pyramid av biomassa
Pyramid av siffror. För att bygga en befolkningspyramid räknas antalet organismer i ett visst territorium, grupperat efter trofiska nivåer:
§ producenter - gröna växter;
§ primära konsumenter är växtätare;
§ sekundära konsumenter - köttätare;
§ tertiära konsumenter - köttätare;
§ ga-e konsumenter ("ultimat rovdjur") - köttätare;
§ nedbrytare - förstörare.
Varje nivå avbildas konventionellt som en rektangel, vars längd eller area motsvarar det numeriska värdet av antalet individer. Genom att arrangera dessa rektanglar i en underordnad sekvens får vi en ekologisk pyramid av siffror (fig. 3), vars grundprincip först formulerades av den amerikanske ekologen C. Elton Nikolaikin N. I. Ecology: Textbook. för universitet / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2004..
Ris. 3. Ekologisk befolkningspyramid för en äng bevuxen med spannmål: antal - antal individer
Data för befolkningspyramider erhålls ganska enkelt genom direkt provinsamling, men det finns några svårigheter:
§ Producenterna varierar mycket i storlek, även om ett exemplar av gräs eller alger har samma status som ett träd. Detta bryter ibland mot den korrekta pyramidformen, ibland ger det till och med inverterade pyramider (Fig. 4) Ibid.;
Ris.
§ Antalet antal av olika arter är så brett att det gör det svårt att upprätthålla skalan vid grafisk avbildning, men i sådana fall kan en logaritmisk skala användas.
Biomassa pyramid. Den ekologiska pyramiden av biomassa är byggd på samma sätt som siffrorspyramiden. Dess huvudsakliga betydelse är att visa mängden levande materia (biomassa - den totala massan av organismer) på varje trofisk nivå. Detta undviker de olägenheter som är typiska för befolkningspyramider. I det här fallet är rektanglarnas storlek proportionell mot massan av levande materia på motsvarande nivå, per ytenhet eller volym (Fig. 5, a, b) Nikolaikin N. I. Ekologi: Lärobok. för universitet / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2004.. Termen "biomassapyramid" uppstod på grund av det faktum att i de allra flesta fall är massan av primärkonsumenter som lever på producenternas bekostnad betydligt mindre än massan av dessa producenter, och massan av sekundära konsumenter är betydligt mindre än massan av primära konsumenter. Biomassa av förstörare visas vanligtvis separat.
Ris. 5. Pyramider av biomassa av biocenoser från ett korallrev (a) och Engelska kanalen (b): antal - biomassa i gram torrsubstans per 1 m 2
Vid provtagning bestäms stående biomassa eller stående avkastning (d.v.s. vid en given tidpunkt), som inte innehåller någon information om graden av biomassaproduktion eller konsumtion.
Hastigheten för skapandet av organiskt material bestämmer inte dess totala reserver, d.v.s. den totala biomassan för alla organismer på varje trofisk nivå. Därför kan fel uppstå under ytterligare analys om följande inte beaktas:
* För det första, om graden av konsumtion av biomassa (förlust på grund av konsumtion) och hastigheten för dess bildning är lika, indikerar den stående grödan inte produktivitet, d.v.s. om mängden energi och materia som rör sig från en trofisk nivå till en annan, högre, under en viss tidsperiod (till exempel ett år). På en bördig, intensivt använd bete kan alltså skörden av stående gräs vara lägre, men produktiviteten kan vara högre än på en mindre bördig, men lite använd för bete;
* För det andra kännetecknas små producenter, såsom alger, av en hög tillväxt och reproduktion, balanserad av deras intensiva konsumtion som föda av andra organismer och naturlig död. Därför kan deras produktivitet inte vara mindre än för stora producenter (till exempel träd), även om den stående biomassan kan vara liten. Med andra ord kommer växtplankton med samma produktivitet som ett träd att ha mycket mindre biomassa, även om det skulle kunna försörja livet för djur med samma massa.
En av konsekvenserna av detta är "omvända pyramider" (Fig. 3, b). Zooplankton av biocenoser i sjöar och hav har oftast större biomassa än deras föda - växtplankton, men reproduktionshastigheten för grönalger är så hög att de inom 24 timmar återställer all biomassa som äts av djurplankton. Ändå, vid vissa perioder av året (under vårblomningen) observeras det vanliga förhållandet mellan deras biomassa (Fig. 6) Nikolaikin N.I. Ecology: Textbook. för universitet / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2004..
Ris. 6. Säsongsförändringar i pyramiderna i sjöns biomassa (med exemplet med en av sjöarna i Italien): antal - biomassa i gram torrsubstans per 1 m3
Energipyramiderna som diskuteras nedan saknar uppenbara anomalier.
Pyramid av energier. Det mest grundläggande sättet att spegla sambanden mellan organismer på olika trofiska nivåer och biocenosernas funktionella organisation är energipyramiden, där rektanglarnas storlek är proportionell mot energiekvivalenten per tidsenhet, d.v.s. mängden energi (per ytenhet eller volym) som passerade genom en viss trofisk nivå under en given period (Fig. 7) Ibid.. Till basen av energipyramiden kan rimligen ytterligare en rektangel läggas till underifrån, vilket reflekterar flöde av solenergi.
Energipyramiden speglar dynamiken i matmassans passage genom näringskedjan (trofisk), vilket i grunden skiljer den från pyramiderna av siffror och biomassa, som återspeglar systemets statik (antalet organismer vid ett givet ögonblick). Formen på denna pyramid påverkas inte av förändringar i individers storlek och ämnesomsättning. Om alla energikällor beaktas, kommer pyramiden alltid att ha ett typiskt utseende (i form av en pyramid med toppen uppåt), enligt termodynamikens andra lag.
Ris. 7. Energipyramid: tal - mängd energi, kJ * m -2 * r -1
Energipyramider gör det möjligt att inte bara jämföra olika biocenoser, utan också att identifiera den relativa betydelsen av populationer inom ett samhälle. De är de mest användbara av de tre typerna av ekologiska pyramider, men data för att konstruera dem är svårast att få tag på.
Ett av de mest framgångsrika och tydliga exemplen på klassiska ekologiska pyramider är pyramiderna som visas i fig. 8 Nikolaikin N.I. Ekologi: Lärobok. för universitet / N. I. Nikolaikin, N. E. Nikolaikina, O. P. Melekhova. - 3:e upplagan, stereotyp. - M.: Bustard, 2004. De illustrerar den villkorade biocenosen som föreslagits av den amerikanske ekologen Yu. Odum. "Biocenosen" består av en pojke som bara äter kalvkött, och kalvar som bara äter alfalfa.
Ris.
Regel 1 % ekologi. Föreläsningskurs. Sammanställd av: Ph.D., Associate Professor A.I. Tikhonov, 2002. Pasteurs poänger, liksom R. Lindemanns lag om energipyramiden, gav upphov till formuleringen av reglerna en och tio procent. Naturligtvis är 1 och 10 ungefärliga siffror: ungefär 1 och ungefär 10.
"Magiskt nummer" 1 % härrör från förhållandet mellan energiförbrukningsmöjligheter och den "kapacitet" som krävs för att stabilisera miljön. För biosfären överstiger inte andelen möjlig konsumtion av total primärproduktion 1 % (vilket följer av R. Lindemanns lag: ca 1 % av nettoprimärproduktionen i energitermer konsumeras av ryggradsdjur som konsumenter av högre beställningar, ca 10 % av ryggradslösa djur som konsumenter av lägre order, och den återstående delen - bakterier och saprofagsvampar). Så snart mänskligheten, på gränsen till de senaste och våra århundraden, började använda en större mängd biosfärprodukter (nu minst 10 %), upphörde Le Chatelier-Brown-principen att vara uppfylld (uppenbarligen från cirka 0,5 % av biosfärens totala energi): vegetationen gav inte biomassatillväxt i enlighet med ökningen av CO 2 -koncentrationen etc. (en ökning av mängden kol fixerat av växter observerades först under det senaste århundradet).
Empiriskt är tröskeln för konsumtion på 5 - 10% av mängden ämne, vilket leder till märkbara förändringar i naturens system när de passerar genom den, tillräckligt erkänd. Det antogs huvudsakligen på en empirisk-intuitiv nivå, utan att särskilja formerna och karaktären av kontroll i dessa system. Det är grovt sett möjligt att dela upp de framväxande övergångarna för naturliga system med å ena sidan organism- och konsortiumtyper av skötsel och å andra sidan populationssystem. För de förstnämnda är värdena vi är intresserade av tröskeln för att lämna ett stationärt tillstånd på upp till 1% av energiflödet ("normen" för förbrukning) och tröskeln för självförstörelse - cirka 10% av detta " norm". För befolkningssystem leder överskridande av ett genomsnitt på 10% av volymen av uttag till att dessa system lämnar det stationära tillståndet.
Testet innehåller 16 uppgifter. 1 timme 30 minuter (90 minuter) avsätts för att genomföra biologiarbetet.
Från den givna listan över systematiska taxa, välj tre taxa som är allmän när man beskriver de avbildade organismerna.
Lista över taxa:
1) släktet Groda
2) skriv Chordata
3) prokaryoternas rike
4) klass amfibier
5) kattfamilj
6) truppen Scaly
Anteckna numren för den valda taxan.
Visa svar
124 (nummer kan anges i valfri ordning)
Allens regel säger att bland besläktade former av varmblodiga djur som leder en liknande livsstil, har de som lever i kallare klimat relativt mindre utskjutande kroppsdelar: öron, ben, svansar, etc.
Titta på fotografier som visar representanter för tre närbesläktade arter av däggdjur. Ordna dessa djur i den ordning där deras naturliga livsmiljöer är belägna på jordens yta från norr till söder.
1. Skriv ner motsvarande nummerföljd som anger fotografierna.
2. Använd din kunskap om termoreglering och förklara Allens regel.
Visa svar
Svarselement:
Svaret på den första frågan är 321
Svar på den andra frågan - Utskjutande delar av kroppen, i detta fall öronen, reduceras för att minska värmeöverföringen och förhindra värmeförlust.
1. Sortera organismer efter deras position i näringskedjan. Skriv namnet på en av de föreslagna organismerna i varje cell.
Lista över organismer: fjäril, varg, gräs, vaktel, gravbagge.
näringskedja
2. Regeln säger: "inte mer än 10% av energin kommer från varje tidigare trofisk nivå till nästa." Med hjälp av denna regel, beräkna mängden energi (i kJ) som går till nivån för konsumenter av andra ordningen när ekosystemets årliga primärproduktion är 10 000 kJ.
Visa svar
3.1. Gräs - fjäril - vaktel - varg - gravbagge
Studera ritningen. Vilken evolutionär process skildrar den?
Visa svar
Intraspecifik kamp för existens eller naturligt urval
Studera grafen över djuraktivitet i ett visst område (x-axeln visar tiden då djur flyger (i timmar), y-axeln visar antalet flygningar).
Vilken tid är det flest flyg?
Visa svar
vakna självständigt och lätt tidigt på morgonen, aktiv under första halvan av dagen, minska på eftermiddagen; gå och lägg dig tidigt
Fyll i de tomma cellerna i tabellen med hjälp av listan över saknade element nedan: för varje lucka som anges med en bokstav, välj och skriv ner numret på det nödvändiga elementet i tabellen.
| Organisationsnivå | Vetenskap som studerar denna nivå | Exempel |
| ________ (A) | ________ (B) | Mitos |
| Organisk | ________ (I) | ________ (G) |
| Biosfär | ________ (D) | ________ (E) |
Saknade element:
1) cirkulation av ämnen och energiomvandling
2) cytologi
3) anatomi
4) homeostas
5) ekologi
6) cellulär
Visa svar
Vitaminernas roll för att säkerställa normal funktion i människokroppen är mycket betydelsefull. Vitaminer är biokatalysatorer för kemiska reaktioner som uppstår under konstruktionen och ständig förnyelse av kroppens levande strukturer och under regleringen av ämnesomsättningen.
1. Använd tabelldata och beräkna i vilken produkt mängden vitamin (i %) minskade mest.
2. Definiera begreppet "vitaminos".
Visa svar
7.1. spenat
7.2. ett tillstånd som uppstår när det finns brist på vitaminer i människokroppen
Under en rutinmässig läkarundersökning hade Evgeniy (32 år) en glukosnivå på 7,8 mmol/l, medan normen var 3,5-5,5 mmol/l. Vilken typ av test tog Evgeniy och vilken diagnos kommer läkaren att göra baserat på de erhållna resultaten? Välj svaren från följande lista och skriv deras nummer i tabellen.
Lista med svar:
1) blodprov
2) urinprov
3) lipidmetabolismstörning
4) kolhydratmetabolismstörning
5) inflammatorisk process
Visa svar
Bestäm ursprunget för de listade sjukdomarna. Skriv ner numret för varje sjukdom på listan i lämplig cell i tabellen. Flera tal kan skrivas i tabellceller.
Lista över mänskliga sjukdomar:
1) sömnsjuka
5) färgblindhet
Visa svar
Inom mänsklig genetik används den genealogiska metoden, baserad på att sammanställa en persons stamtavla och studera arten av arv av en egenskap. Vid sammanställning av en stamtavla används speciella symboler. Studera ett fragment av stamtavlan till en familj, där några medlemmar uppvisar egenskapen som är markerad med svart i figuren.
Använd det föreslagna diagrammet och bestäm:
1) egenskapen är dominant eller recessiv
2) egenskapen är kopplad eller inte kopplad till X-kromosomen
Visa svar
10.1. Recessiv
10.2. kopplat till X-kromosomen
Föräldrar med normal hörsel (dominant egenskap (A), ej könsbunden) födde ett dövt barn. Bestäm genotyperna för familjemedlemmar baserat på den karakteristiska "normal hörsel/medfödd dövhet." Skriv in dina svar i tabellen.
| Mor | Far | Barn |
Visa svar
mamma - Aa, pappa - Aa, barn - aa
Ett blodprov togs på barnet och hans mamma. Hos barnet visade det sig vara I(0), och hos mamman visade det sig vara II(A). Analysera tabelldata och svara på frågorna.
1. Kan en man med III(B) blodgrupp vara far till ett barn?
2. Beslut utifrån reglerna för blodtransfusion om barnet får donera blod till sin mamma.
Regler för blodtransfusion:
3. Förklara ditt beslut med hjälp av data från tabellen ”Blodgrupper enligt ABO-systemet”.
*Notera.
Antigen- varje ämne som kroppen anser vara främmande eller potentiellt farligt och mot vilket den vanligtvis börjar producera sina egna antikroppar.
I enlighet med lagen om energipyramiden, I genomsnitt rör sig inte mer än 10 % av energin från en trofisk nivå i den ekologiska pyramiden till en annan nivå- Det här tio procents regel. Lagen om energipyramiden tillåter en att göra beräkningar av det landområde som krävs för att förse befolkningen med mat och andra miljömässiga och ekonomiska beräkningar. Den genomsnittliga maximala överföringen av energi (eller materia i energitermer) från en trofisk nivå i den ekologiska pyramiden till en annan, som uppgår till 10 %, kan variera mellan 7-17 %. Att överskrida detta värde är oacceptabelt, annars kan fullständiga försvinnande av populationer inträffa.
Enprocentsregeln -en förändring av energin i ett naturligt system inom en procent tar bort det naturliga systemet från ett jämviktstillstånd (kvasistationärt). Empiriskt bekräftas denna regel av studier av klimat och andra naturliga processer.
Alla storskaliga fenomen på jordens yta (kraftfulla cykloner, vulkanutbrott, processen för global fotosyntes) har som regel en total energi som inte överstiger 1% av energin från solstrålning som infaller på ytan av vår planet . Övergången av processenergin bortom detta värde leder vanligtvis till signifikant anomalier - skarpa klimatavvikelser, förändringar i vegetationens karaktär, stora skogs- och stäppbränder.
Precis som med tioprocentsregeln beror mycket på tillståndet i det naturliga systemet där förändringen sker. Detta är vad den här regeln gör sannolik ger endast riktlinjer som det är tillrådligt att följa eller ta hänsyn till en möjlig händelsekedja i samband med systemets utträde ur ett jämviktstillstånd (kvasistationärt).
Regeln för denna procentsats är av särskild betydelse för globala system. Deras energi, antas det, i grunden inte kan överstiga nivån på cirka 0,2 % av inkommande solstrålning (fotosyntesens energinivå) utan katastrofala konsekvenser. Detta är förmodligen en oöverstiglig och oacceptabel tröskel för mänskligheten (varifrån "kärnkraftsvinter" följer).
Ris. 2. Termisk energi förlorad under andning
Näringskedjor som börjar med fotosyntetiska organismer kallad ätkedjor(pastorala, konsumtionskedjor).
Kedjor som börjar med döda växtmaterial, kadaver och djurexkrementer- detritala sönderdelningskedjor.
Trofiska kedjor är inte isolerade från varandra; tätt sammanflätade bildas de näringsvävar. Tack vare trofiska kopplingar i ekosystemet sker omvandling av näringsämnen och ackumulering av energi, med deras efterföljande fördelning mellan arter och populationer. Ju rikare artsammansättningen är, desto mer varierande är energiflödenas riktning och hastighet i ekosystemet.
Trofiska näringskedjor är baserade på:
- termodynamikens andra lag, enligt vilken viss energi försvinner och blir otillgänglig för användning i form av termisk energi;
I ekosystem av olika typer är kraften hos energi som strömmar genom kedjorna av bete och nedbrytning olika:
I vatten samhällen en del av energin som fixeras av encelliga alger går till djur som livnär sig på växtplankton, sedan till rovdjur, och en mindre del ingår i nedbrytningskedjor;
För det mesta ekosystem sushi det motsatta förhållandet observeras. I skogarna kommer mer än 90 % av den årliga ökningen av växtmassan in i detrituskedjorna genom nedskräpning.
Antal länkar i strömkretsen kan variera, men i princip finns det vanligtvis från 3 till 5.
En uppsättning organismer förenade av en viss typ av näring, kallas "trofisk nivå". Det finns:
Den första nivån, som är upptagen autotrofer(producenter);
andra - växtätare(konsumenter av första ordningen);
Det kan finnas fler trofiska nivåer när parasiter som lever på konsumenter av tidigare nivåer beaktas.
Ett exempel på en strömkrets skulle vara näringskedjan för biologisk biocenos.
Till exempel börjar kedjan med fångst av solenergi: en blomma. Fjärilen, som livnär sig på en blommas nektar, representerar den andra länken i denna kedja. En trollslända attackerar en fjäril. Och den gömda grodan fångar trollsländan, men är själv ett offer för ormen, som i sin tur kommer att ätas av höken. Strömkretsen har stängts. Den potentiella (men inte nödvändiga) sista länken i näringskedjan är människor.
Alla processer som diskuterats ovan är förknippade med syntes och omvandling av organiskt material i trofiska nätverk och karaktäriserar "beteskedjor".
"Detritus Chains" börja med nedbrytning av dött organiskt material av speciella grupper av konsumenter - saprofager. Saprofager förstör mekaniskt och delvis kemiskt dött organiskt material och förbereder det för nedbrytares inverkan. I terrestra ekosystem sker denna process (för det mesta) i strö och mark. Jordens ryggradslösa djur (leddjur, maskar) och mikroorganismer deltar aktivt i nedbrytningen av dött organiskt material. Förstörelseprocessen fortskrider sekventiellt, saprofager förändrar varandra i enlighet med specifikationerna för artens näring. Mekanisk destruktion utförs av stora saprofager (till exempel insekter), och mineraliseringsprocessen utförs av andra organismer (främst bakterier och svampar).
Eftersom saprofagsamhällen kännetecknas av relativt svag organisatorisk stelhet, sker stokastiska processer för saprofagbildning i detritala kedjor, vissa av deras arter ersätts lätt av andra arter, externa miljöfaktorers roll och konkurrensutslagning är stor (N.M. Chernova, N.A. Kuznetsova 1986). Det vill säga, från konsumentnivå går flödet av organiskt material genom olika grupper av konsumenter: levande organiskt material går längs "betes kedjor", och dött organiskt material går genom "detritus-kedjor".
Ekosystemproduktivitet
Samband mellan produktivitet och klimategenskaper. Alla organismer behöver materia för att bygga sina kroppar och energi för att behålla sina vitala funktioner. Solljus, koldioxid, vatten och mineralsalter är de resurser som behövs för att skapa primärproduktion. Temperaturen har också en betydande inverkan på hastigheten för fotosyntesen. Ljusets kvalitet och kvantitet, tillgången på vatten och näringsämnen samt temperatur är mycket varierande faktorer som kan begränsa primärproduktionen.
Varje kvadratmeter av jordens yta får från 0 till 5 J varje minut solenergi. Enligt den spektrala sammansättningen är endast cirka 44 % av det infallande kortvågsljuset lämpligt för syntes, och en betydande del av solenergin är inte tillgänglig för växter. Barrskogar har den högsta effektiviteten i användningen av solenergi: de omvandlar 1-3 % av den fysiologiskt aktiva strålningen (PAR) till biomassa Lövskogar omvandlar endast 0,5-1 % PAR till biomassa och öknar ännu mindre - 0,01-0 . 02% Den maximala effektiviteten för fotosyntes av spannmålsgrödor under ideala förhållanden överstiger inte 3-10%.
Anläggningens användning av tillgängligt ljus förbättras något om den har god tillgång på andra resurser.
Vatten - en oersättlig resurs både som en del av cellen och som deltagare i fotosyntesen. Därför är produktiviteten alltid nära relaterad till mängden nederbörd.
temperatur miljö. Detta beroende är komplext.
Produktionen av det terrestra samhället beror också på innehåll i jorden av olika ämnen som är nödvändiga för växter mikroelement. Kväveföreningar har en särskilt stor effekt. Dessutom måste deras ursprung vara biologiskt, det vill säga resultatet av kvävefixering av mikroorganismer, och inte geologiskt.
Produktiviteten påverkas också avsevärt av mänsklig aktivitet. I takt med att jordbruket utvecklas i riktning mot att få maximal produktion ökar den påverkan på naturen som omfördelningen av energi och ämnen på jordens yta orsakar hela tiden. Förbättringen av verktyg, införandet av högavkastande grödor och sorter som kräver stora mängder näringsämnen började dramatiskt störa naturliga processer.
Destruktiv osunda jordbruksmetoder och jordbrukssystem, som ringer:
Jorderosion och förlust av bördigt lager;
Försaltning och vattenförsämring av bevattnade områden;
Minskad biologisk mångfald av naturlandskap;
Förorening av yt- och grundvatten med rester av bekämpningsmedel och nitrater;
Försvinnandet av vilda djur som ett resultat av förstörelsen av deras livsmiljöer och mycket mer.
För att reglera och lösa dessa problem erbjuder de vetenskapligt baserade tekniker och metoder som i vissa fall endast delvis kan förhindra eller minska oönskade effekter som uppstår vid erhållande av biologiska primärprodukter. Under de senaste decennierna har miljörestriktioner införts alltmer.
Det finns en objektiv naturlig gräns - tröskel för att minska naturlig fertilitet, när man närmar sig vilket, blir all mänsklig teknisk kraft mindre effektiv. Under andra hälften av 1900-talet. Det skedde en betydande ökning av den primära biologiska produktionen på grund av introduktionen av nya högavkastande sorter av spannmålsgrödor, användningen av stora mängder mineralgödsel och användningen av växtskyddsmedel. Denna indikator slutade dock att växa, vilket var en återspegling av handlingen lag minska energieffektiviteten för miljöledning.
Men den mänskliga befolkningen fortsätter att växa, och det finns ingen mer bördig mark. Att öka effektiviteten hos gröna växter är därför det mest pressande problemet för att lösa de primära problemen med mänskligt liv. I tabell 4 utfördes ett av alternativen för att beräkna jordklotets primärproduktion baserat på resultaten av P. Duvigneaus forskning.
| Ekosystem | Yta, miljoner km 2 | Fotosyntesutbyte, % | Produktivitet, t/ha | Total produktivitet av organiskt material miljarder t/ha |
| Skogar | 40,7 | 0,38 | 20,4 | |
| Stäpper | 25,7 | 0,1 | 1,5 | 3,8 |
| Åkermarker | 14,0 | 0,25 | 5,6 | |
| Öknar | 54,9 | 0,01 | 0,2 | 1,1 |
| Antarktis | 12,7 | |||
| Hav | 0,05 | 0,8 | ||
| Total | 60,9 |
Från data i tabellen. Figur 4 visar att havets ekosystem står för hälften av planetens totala produktion, skogar - en tredjedel, och åkermark (tillsammans med stäpper) - cirka en tiondel.
Vid beräkning av den sekundära produktionen av ekosystem görs beräkningar separat för varje trofisk nivå, för när energin flyttar från en trofisk nivå till en annan ökar den på grund av input från föregående nivå. När man studerar den totala produktiviteten hos ett ekosystem, bör man komma ihåg att ökningen av sekundär produktion alltid sker inte parallellt med tillväxten av primär, utan på grund av förstörelsen av någon del av den. Det vill säga det finns ett slags tillbakadragande, subtraktion av sekundära produkter från den totala mängden primärprodukter. Därför bedöms ekosystemens produktivitet alltid utifrån primärproduktion. I allmänhet varierar sekundär produktivitet från 1 till 10 %, och detta beror i sin tur på djurens egenskaper och egenskaperna hos den mat eller mat som äts.
Relaterad information.
