Тема 4.1. Пищевые (трофические) цепи водных экосистем
Экосистема – любая система, состоящая из живых существ и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое.
Основные свойства экосистем:
Ø Способность осуществлять круговорот веществ;
Ø Способность противостоять внешним воздействиям;
Ø Способность производить биологическую продукцию.
Экосистемы обычно включают два блока:
· Биоценоз – взаимосвязанные между собой популяции организмов разных видов;
· Экотоп (биотоп) – среда обитания, взаимосвязанная с биоценозом.
Связи организмов– основное условие существования экосистем; за их счет:
Ø Образуются цепи питания;
Ø Регулируется численность организмов;
Ø Реализуются механизмы устойчивости систем;
Ø Осуществляются средообразующие функции систем.
Трофические (пищевые) связи –основной вид экосистемных связей организмов, основа для возникновения цепей питания.
Главное свойство трофических связей:
Ø осуществление биологического круговорота веществ;
Ø высвобождение энергии, запасенной в органическом веществе.
Экосистемы с более длинными цепями питания характеризуются повышенной устойчивостью, надежностью и более интенсивным круговоротом веществ.
Пищевая цепь (трофическая цепь) – взаимосвязанный ряд трофических уровней:
1. Продуценты/автотрофы – зеленые растения.
2. Консументы/гетеротрофы (разного уровня)– животные.
3. Редуценты/сапротрофы – бактерии, грибы, животные
Задание 4.1.1. Составить схему пищевых цепей искусственной экосистемы пресноводного пруда.
4.1.1.а. Записать определения (и примеры) основных звеньев биоценоза искусственной экосистемы пресноводного пруда:
· Фитопланктон _________________________________________________
· Зоопланктон __________________________________________________
· Бентос _______________________________________________________
· Детрит (вместе с редуцентами) ___________________________________
· Три вида товарной рыбы (карп, белый толстолобик, пестрый толстолобик)
· Возможно добавление минеральных удобрений и комбикорма.
4.1.2.б. Нарисовать схему пищевых цепей искусственной экосистемы пресноводного пруда
Задание 4.1.2. Расчет движения веществ по пищевым цепям биоценоза пресноводного пруда
С целью сохранения чистоты окружающей среды и получения дополнительной продукции из пресноводного пруда определить:
1. Необходимую дозу минеральных удобрений для оптимального развития фитопланктона.
2. Движение веществ по пищевым цепям биоценоза пресноводного пруда в течение двух суток по прилагаемой схеме, включая прирост рыб.
3. Оптимальное суточное количество навоза или помета, которое может быть внесено в пруд без нарушения экосистемы; поголовье животных соответствующей фермы.
4. Вносимую дозу минеральных удобрений для поддержания оптимальной концентрации биогенных элементов в воде пруда, в который поступают навозные стоки.
Исходные данные:
1. Площадь пруда _______ га. Средняя глубина 1 м.
На его берегу планируется разместить ____________________ ферму.
2. Содержание биогенных элементов (таблица 17).
Таблица 17
Содержание биогенных элементов (N и P)в некоторых видах удобрений
| Название | Содержание азота (N), г/кг | Содержание фосфора (Р), г/кг |
| Навоз коровий | 4.5 | 2.3 |
| Навоз свиной | 4.5 | 1.9 |
| Помет куриный | 15.0 | 3.0 |
| Помет утиный | 17.0 | 3.0 |
| Аммиачная селитра | 370.0 | - |
| Суперфосфат | - | 200.0 |
В среднем в сутки одна корова выделяет 30 кг навоза, свинья - 7 кг, курица - 0.20 кг, утка - 0.40 кг.
3. Содержание биогенных элементов в воде естественных водоемов в среднем - 0.5мг/л Nи 0.2мг/лР (в сумме 0.7мг/л). Оптимальное соотношение биогенов Р:N = 1:4.
4. Фитопланктон пруда имеет исходную массу 20г/м3. При концентрации биогенов 0.5-1.75мг/л суточный прирост фитопланктона составит 150%. При концентрации биогенов 1.76-2.75мг/л прирост фитопланктона увеличивается до 200%, а при концентрации биогенов 2.76-3.00мг/л – до 300%. Указанные концентрации биогенных элементов поддерживают развитие фитопланктона на протяжении 10 суток.
Если прирост фитопланктона меньше 150% от его начальной массы, его потребление распределится следующим образом:
зоопланктон - 52% от прироста,
белый толстолобик - 35%,
пестрый толстолобик - 6%,
бентос - 6%,
детрит - 6%.
Всего 105% от прироста фитопланктона, т.е. исходная масса фитопланктона уменьшится на 5%. При средней массе фитопланктона 5г/м3 и ниже его прирост приближается к нулю.
Если прирост фитопланктона составляет 150-250% от его начальной массы, он распределяется следующим образом:
зоопланктон - 50% от прироста,
белый толстолобик - 33%,
пестрый толстолобик - 5%,
бентос - 5%,
детрит - 7%.
Всего 100% от прироста.
Если прирост фитопланктона больше 250% от начальной массы, он распределяется следующим образом:
зоопланктон - 48% от прироста,
белый толстолобик - 32%,
пестрый толстолобик - 4%,
бентос - 4%,
детрит - 7%.
Всего 95% от прироста, т.е. исходная масса фитопланктона увеличится на 5%. При концентрации фитопланктона 120г/м3 биоценоз пруда погибает по причине недостатка кислорода(ночные заморы).
5. Комбикорм (только для подкормки карпа). Вносится в количестве 2.5% от массы карпа, при этом 25% корма вымывается и оседает в детрит.
6. Зоопланктон. Исходная масса - 5 г/м3. Прирост зоопланктона составит 15% от потребленного фитопланктона.
Если суточный прирост зоопланктона составит менее 50% от его исходной массы, он распределится так:
бентос - 16%,
пестрый толстолобик - 55%,
карп - 31%,
детрит - 4%.
Всего 105% от прироста зоопланктона.
Если суточный прирост зоопланктона составит 50-70% от его исходной массы, он распределится так:
бентос - 15%,
пестрый толстолобик - 50%,
карп - 30%,
детрит - 5%.
Всего 100% от прироста зоопланктона.
Если суточный прирост зоопланктона составит более 70% от его исходной массы, он распределится так:
бентос - 12%,
пестрый толстолобик - 48%,
карп - 28%,
детрит - 7%.
Всего 95% от прироста зоопланктона.
При массе менее 1 г/м3 зоопланктон не прирастает, а при массе более 15г/м3 он потребляет до 65% прироста фитопланктона.
7. Бентос. Исходная масса 10г/м2. Прирост бентоса зависит от количества детрита:
· При наличии детрита менее 25г/м2 прирост бентоса составит 25% от его начальной массы.
· При наличии детрита в концентрации 26-100 г/м2 прирост массы бентоса составит 50% от его начальной массы.
· При накоплении детрита более 100 г/м2 прирост бентоса составит 100% от массы. Дальнейшее увеличение детрита приводит к угнетению экосистемы в связи с дефицитом кислорода в нижних слоях воды.
Если прирост бентоса составит менее 50% от исходной массы, то он распределится таким образом:
карп - 93%,
детрит - 11%;
всего 104% от прироста.
Если прирост бентоса составит 50% от исходной массы, то он распределится таким образом:
карп - 90%,
детрит - 10%;
всего 100% от прироста.
Если прирост бентоса составит более 50% от исходной массы, то он распределится таким образом:
карп - 87%,
детрит - 9%;
всего 96% от прироста.
8. Определение прироста живой массы рыбы по видам:
8.1. Карп. Плотность посадки годовиков 10 тыс.шт/га со средней массой 30г (на 10000м2 при глубине пруда 1м).
При кормлении комбикормом марки К-110 кормовой коэффициент (КК) равен 3.
При потреблении зоопланктона и бентоса КК равен 8.
При потреблении детрита КК равен 20.
8.2. Пестрый толстолобик. Плотность посадки годовиков 10 тыс.шт/га со средней массой 25 г.
При потреблении фитопланктона КК равен 12.
При потреблении детрита КК равен 20.
При потреблении зоопланктона КК равен 7.
8.3. Белый толстолобик. Плотность посадки годовиков 10 тыс.шт/га со средней массой 25г.
При потреблении фитопланктона КК равен 12.
При потреблении детрита КК равен 20.
9. Детрит + редуценты. Исходная биомасса 50г/м2. Прирост детрита и бактерий происходит за счет непереваренных остатков пищи и погибших водных организмов в течение суток. Прирост детрита определяется по результатам расчетов за каждые сутки.
Прирост детрита распределяется следующим образом:
растворение в воде - 5%,
карп - 24%,
белый толстолобик - 5%,
пестрый толстолобик - 10%,
зоопланктон - 10%,
бентос - 35%. Всего 89% от прироста.
10. Биогенные элементы (N и Р) поступают в воду соответственно в количестве 2% и 0,5% от растворенного в ней детрита.
Задание 4.1.2 Сделать расчет движения веществ по пищевым цепям пруда в течение первого суточного цикла.
1. Определить оптимальную концентрацию биогенных элементов в воде пруда и рассчитать необходимое для этого количество минеральных удобрений.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
2. Определить прирост фитопланктона и его распределение по пищевым цепям.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3. Определить прирост зоопланктона и его распределение.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4. Определить прирост бентоса и его распределение.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5. Определить прирост рыб по видам:
Карп
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Толстолобик белый
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Толстолобик пестрый
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6. Определить прирост детрита от всех гидробионтов пруда, рассчитать распределение прироста детрита.
Прирост детрита:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Распределение прироста детрита:
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
7. Определить количество биогенных элементов (N и Р), поступающих в воду из прироста детрита.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
Задание 4.1.3.Рассчитать поступление в воду биогенных элементов за счет стоков животноводческих ферм.
1. Определить объем пруда, если его площадь _________га и глубина ________ м. _____________________________________________________
2. Определить недостающее в воде пруда количество биогенных элементов.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
3. Определить оптимальный объем стоков ___________ навоза (помета) в сутки.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
4. Рассчитать поголовье животных на ферме.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
5. Определить необходимое количество минеральных удобрений, вносимых дополнительно к навозу (помету) каждую декаду.
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________
6. Результаты расчетов:
Площадь пруда _______________га. Глубина________________ м.
Ферма ______________________.
Количество стоков в сутки _______________ (т) на весь пруд.
Минеральные удобрения ежедекадно вносятся:
аммиачная селитра ______________кг
суперфосфат _____________ кг