Приборы, материалы

1. ПЭВМ (с операционной системой Windows 98, ME, NT, XP).

2. Компьютерная программа "Экологические пирамиды"

(разработка кафедры БЖД, Э и Х КГТА).

3. Бумага.

4. Карандаши, ручки.

Порядок выполнения работы

1. Запустить программу "Пирамиды" (щелкнуть по файлу, имеющему расширение *.ехе в папке, с данным названием, или по ярлычку на рабочем столе "мышкой").

2. После запуска программы будет смоделирована одна из экосистем, для которой необходимо будут определить некоторые свойства и особенности. На появившемся поле изображаются популяции видов, входящих в экосистему. Популяции могут быть изображены либо в виде совокупностей отдельных особей (точками) или в виде определенного пространства, занятого конкретным видом.

3. Для каждого вида необходимо определить количество особей, входящих в популяцию. Для популяций, изображенных отдельными особями-точками, определение количества особей ведется путем подсчета их на всем поле (для этого удобно воспользоваться функцией меню "Показать/скрыть сетку" и подсчет вести по квадратам). Данные распределения количества видов по квадратам лучше записать, чтобы использовать в дальнейшем.

Если популяция изображена в виде определенной области в экосистеме (для видов, имеющих большую численность) количественной характеристикой популяции выступает значение ее плотности. Зная значение плотности и площадь, которую занимает популяция, рассчитывается общее количество особей, входящих в популяцию.

Для определения количества особей в популяциях можно воспользоваться функцией меню программы "Показать/скрыть виды". Отмечая конкретный вид галочкой (в правой части окна программы), убирая галочки у других видов (для удобства подсчета), поочередно проводится определение количества особей.

Правильность определение особей в популяциях, изображенных отдельными точками-особями, осуществляется программой. Для этого необходимо в соответствующую строку рядом с названием вида ввести числовое значение (надпись над данным полем выделена красным цветом). В случае, если значение введено правильно, красная надпись исчезнет. В случае ошибки надпись сохраняется.

В ходе выполнения работы необходимо добиться получения правильно подсчитанных значений с тем, чтобы избежать ошибок на последующих этапах работы.

4. После завершения подсчета количества особей в популяциях необходимо осуществить их распределение по соответствующим экологическим группам. Одновременно определяется и средние значения массы одной особи.

Для выполнения этой части работы необходимо воспользоваться функцией меню программы "Справочник", в котором содержатся все необходимые сведения. Данные заносятся в таблицу (см. пример оформления таблицы 1).

Таблица 1

Экологический тип вида	Название вида	Систематическое положение	Количество особей в популяции	Средняя масса одной особи, кг	Масса всех особей вида, кг
Продуцент	А	Травянистое растение	1200	0,005	6.0
	Б	Травянистое растение	35000	0,001	35
	В	Древовидное растение	23	256.4	…
Консумент 1	С	Насекомое	65	0,0006	…
…	…	…	…	…	…

Поскольку многие виды в зависимости от условий могут относиться одновременно к разным экологическим типам, например, к консументам нескольких порядков, то при оформлении таблицы необходимо такой вид многократно относить к каждому экологическому типу (т.е. в таблице это вид приводить столько раз, сколько возможных экологических типов ему соответствуют).

5. На основании оформленной таблицы строятся пирамиды чисел, биомасс и энергий. Для этого необходимо воспользоваться функциями меню, расположенными в левом нижнем углу окна программы.

Активировав соответствующую вкладку ("Пирамида чисел", "Пирамида биомасс" и т.д.), в соответствующие сроки для каждого экологического типа (трофического уровня) последовательно вводятся через знак "+" числовые значения. Для получения суммарного значения достаточно нажать на кнопку справа от строки (в виде панели калькулятора).\ Справа от этой кнопки будет выведено суммарное значение.

Рассчитав, таким образом, необходимые значения можно переходить к построению пирамид.

Начинается построения с пирамиды чисел.

Для этого необходимо нажать кнопку "К пирамиде" в левой нижней части окна программы, после чего откроется окно построения пирамид. В левой части окна находятся "заготовки". Для соответствующих уровней вводятся числовые рассчитанные значения, после чего соответствующий элемент пирамиды перемещается в правую половину окна. При составлении пирамиды необходимо правильно расположить трофические уровни.

Правильность построения пирамиды проверяется с помощью кнопки "Проверить пирамиду". Если допущены ошибки в расчетах или расположении трофических уровней программой будет выдано соответствующее сообщение. В этом случае необходимо осуществить поиск возможной ошибки, совершенной на предыдущих этапах.

После получения подтверждения программы о правильности построения пирамиды ее необходимо зарисовать для включения в отчет.

Аналогичным образом строится пирамида биомасс. Изображение правильно построенной пирамиды также должно быть включено в отчет.

Построение пирамиды энергий.

Для расчета количества энергии, поступающей на каждый трофический уровень, необходимо воспользоваться формулой

E=NPP×Eff ^n-1

где Е - энергия, доступная консументу n-го порядка, ккал/(м² в год);

NPP - чистая первичная продукция, ккал/(м² в год);

Eff- среднегеометрическая экологическая эффективность трофических уровней от 1-го до n-1, доли единицы;

n-1 - число звеньев в пищевой цепи между 1-м и n-м уровнями.

Необходимые для расчета значения приведены в справочнике программы (в верхней части справочной таблицы).

Значения чистой первичной продукции NPP соответствуют уровню продуцентов, значения для вышележащих уровней рассчитываются по приведенной формуле.

С помощью полученных значений строится пирамида энергий, которая также приводится в отчете по данной лабораторной работе.

6. После построения пирамид по заданию преподавателя определяется тип распределения особей в одной или нескольких популяции (конкретный вид или виды указываются преподавателем для каждой бригады). Определение типа распределения особей проводится путем подсчета особей по квадратам (табл.2).

Таблица 2.

Номер квадрата	Количество особей (Ni)	Среднее арифм. (Ncp)	Математическая дисперсия (S2)	S2/Ncp
1
2
…
16

Тип распределения определяется на основании значений математической дисперсии и среднего арифметического особей в квадрате по формуле 1 и приведённым в "Теоретическом введении" рассуждениям.

Для расчета воспользуйтесь следующей формулой (1):

где п - количество квадратов.

Сделайте вывод о типе пространственного распределения особей в популяции.

7. Составить схему трофической цепи для данной смоделированной экосистемы.

8. Оформить отчет по выполненной работе, в котором привести:

- схему расположения популяций в экосистеме (воспроизводится рисунок, смоделированный программой);

- таблицу распределения видов по экологическим типам с другими характеристиками (см. пример оформления таблицы 1 выше);

- рисунки трех экологических пирамид с соответствующими числовыми характеристиками по каждому трофическому уровню;

- расчет количества энергии для каждого трофического уровня;

- схему трофической цепи (один из возможных вариантов применительно к конкретной экосистеме);

- определение типа распределения особей в популяции (эта часть отчета должна содержать схему распределения видов по квадратам и расчет статистических показателей);

- ответы на контрольные вопросы в качестве выводов по данной работе

Контрольные вопросы

1. Кто ввел в науку термин «экосистема» ?

2. Дайте определение экосистемы. Из каких компонентов она состоит?

3. Какие компоненты экосистем относятся к абиотическим и какие - к биотическим ?

4. Дайте определения биоценоза и биотопа.

5. В чём различия между понятиями: экосистема, биогеоценоз, биоценоз, биотоп?

6. Приведите примеры различных экосистем.

7. Что такое пищевые цепи и сети?

8. Что такое трофическая структура экосистемы? Какие основные трофические группы организмов Вы знаете?

9. Что такое продуценты, консументы, редуценты? Какую роль в экосистеме они выполняют?

10. Какие компоненты экосистемы создают первичную, а какие – вторичную продукцию?

11. Что такое экологическая пирамида? В чём состоит правило 10%?

12. В чём заключается однонаправленность потока энергии?