Раздел 4: водные экосистемы 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:

• Способность осуществлять круговорот веществ;

• Способность противостоять внешним воздействиям;

• 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:

• Образуются цепи питания;

• Регулируется численность организмов;

• Реализуются механизмы устойчивости систем;

• Осуществляются средообразующие функции систем.

Трофические (пищевые) связи – основной вид экосистемных связей организмов, основа для возникновения цепей питания.

Главное свойство трофических связей:

• осуществление биологического круговорота веществ;

• 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 N и 0.2мг/л Р (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.