1.1 Практична частина

Приклади розв’язання задач

Приклад 1.1.1

На кімнатну рослину із загальною біомасою 500 г падає енергія видимого світла 2,8 кДж/добу. Розрахуйте, чи ростиме рослина або загине.

Розв’язання:Враховуючи, що для забезпечення нормальної життєдіяльності рослининеобхідний приріст біомаси на 1 г - 4 мг/годину, розрахуємо який приріст повинен бути у рослини із загальною біомасою 500 г задобу:

4 мг/г. годину · 24години 500г. = 48000мг.= 48г..

Таким чином, для забезпечення нормальної життєдіяльності рослининеобхідний приріст біомаси задобу дорівнює 48 г.

Визначимо кількість енергії, яка пішла на створення біомаси:

2,8кДж – складає 100%

Х – складає 1% , тоді: Х=2,8·1 /100 = 0,028 (кДж).

У перерахунку на глюкозу, реакція фотосинтезу має вигляд:

6CO₂ + 6H₂O + 2818,7 кДж = С₆ H₁₂O₆ + 6O₂

Визначимо відносну молярну масу глюкози:

М (С₆ H₁₂O₆) = 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180

Враховуючи рівняння (1) маємо:

На синтез 180г. глюкози було затрачено 2818,7 кДж

на синтез Х г. глюкози було затрачено 0,028 кДж , тоді:

Х=0,028·180 / 2818,7 = 0,0018 (г.)

Відповідь: Таким чином, для забезпечення нормальної життєдіяльності рослининеобхідний приріст біомаси задобу дорівнює 48 г., а у нас тільки 0,0018г., отже рослина загине.

Приклад 1.1.2. При здійсненні фотосинтезу рослина виробила 2,8 л кисню. Скільки знадобитьсядля цього рослині води з урахуванням транспірації ?

Розв’язання:У перерахунку на глюкозу, реакція фотосинтезу має вигляд:

6CO₂ + 6H₂O + 2818,7 кДж = С₆ H₁₂O₆ + 6O₂ (1)

Визначимо масу кисню, який міститься у 2,8 л кисню:

22,4л. об’єм 1 г· моля

2,8 л об’єм Х г· моля,тоді:

Х= 2,8·1 / 22,4 = 0,09( г· моль)

Маса 1-го моля кисню дорівнює 32 г., тоді маса 0,09 моль буде:

32 г.· 0,09= 2,86 г.

Розрахуємо приріст рослини за той час, коли вона виробила 2,8 л кисню: Враховуючи рівняння (1) маємо:

при синтезі 1моля глюкози виділяється 6 молей кисню, тобто

при синтезі 180г глюкози виділяється 6·32г кисню,

а при синтезі Х г глюкози виділяється 2,86г кисню, тоді:

Х=180·2,86 / 6·32 = 2,7г. С₆ H₁₂O₆

Враховуючи те, що на 1г виробленої біомаси рослина витрачає з урахуванням транспірації 500мл. води, розрахуємо скільки знадобиться H₂O для вироблення 2,7г. біомаси рослини:

на вироблення 1г. біомаси витрачається 500мл. H₂O

для вироблення 2,7г. біомаси витрачається Х мл.H₂O,

тоді:Х=2,7·500 / 1 =1350мл.= 1,350л.

Відповідь: Для вироблення 2,7г. біомаси у процесі фотосинтезу рослині знадобилося 1,350л. води з урахуванням транспірації.

Завдання для самостійного вирішення

Задача 1.1.1. У одному літрі стічної води міститься 5 г органічних забруднень. Який об'єм кисню повинні використовувати організми сапрофіти, щоб розкласти органічні залишки в перерахунку на глюкозу в 15 м³ такої води? Який об'єм повітря необхідно прокачати для цього через воду?

Задача 1.1.2. При розкладанні органічної речовини ґрунтовими мікроорганізмами виділилося у формі тепла 4982,8 кДж енергії. Розрахуйте, яка початкова маса цієї речовини в перерахунку на глюкозу.

Задача 1.1.3.При спалюванні палива в котельній підприємства в повітря викидається 5 г/сек. вуглекислого газу. Котельна працює в зимовий період протягом 6 місяців цілодобово. Розрахуйте, яка повинна бути площа зелених насаджень поблизу підприємства, щоб повністю переробити цей вуглекислий газ?

Задача1.1.4. Реактивний лайнер при перельоті з Америки до Європи витрачає по 7 тонн кисню. Яка повинна бути площа лісу, здатна відтворити кисень, споживаний лайнером за рік, якщо врахувати, що політ здійснюється 2 рази на тиждень?

Задача 1.1.5. Площа водоймища складає 2500 м². Площа водоймища, зайнята зануреними водними рослинами – 100 м² . За допомогою розрахунку покажіть, чи досить цієї рослинності, щоб підтримувати необхідну для життєдіяльності гідробіонтів концентрацію кисню.

Задача 1.1.6. Розрахуйте, скільки вуглекислого газу необхідно засвоїти рослині, щоб його біомаса (у перерахунку на глюкозу) збільшилася на 1,5 г? Скільки при цьому виділиться кисню? Яка при цьому повинна бути мінімальна початкова біомаса рослини (його зелених частин)?

Задача 1.1.7. При здійсненні фотосинтезу рослина виробила 2,8 л кисню. Скільки знадобиться для цього рослині води з урахуванням транспірування?

Задача 1.1.8. На кімнатну рослину із загальною біомасою 500 г падає енергія видимого світла 2,8 кДж/добу. Розрахуйте, чи ростиме рослина або загине.

Задача 1.1.9. В результаті розкладання органічної речовини ґрунтовими мікроорганізмами виділилося у вигляді тепла 6372,8 кДж енергії. Розрахуйте масу кисню, який при цьому було поглинено.

Задача 1.1.10. Поясніть чому при здійсненні фотосинтезу в зелених частинах занурених водних рослин pH середовища збільшується? Відповідь обґрунтуйте, супроводжуючи його рівнянням реакції.

Довідкова частина

1.1.1. Основне рівняння фотосинтезу:

У перерахунку на глюкозу, реакція фотосинтезу має вигляд:

1.1.2.Основне рівняння розкладання органічної речовини у перерахунку на глюкозу:

1.1.3. Значення pH середовища: pH = -lg [H+], де [H+] –концентрація іонів водню, г-іон /л.

1.1.4. 1 г-моль будь-якого газу займає об'єм 22,4 л в нормальних умовах.

1.1.5. Людина за одну годину вдихає 0,0036кг O₂ , і видихає 0,005 кг CO_2.

1.1.6. 1 га лісу в рік поглинає 10 т CO₂ і виділяє 20 т кисню.

1.1.7. На 1 г виробленої органічної речовини рослина витрачає, з урахуванням транспірації,500 г води; для засвоєння 1 г СО₂ рослина транспортує 100 г води.

1.1.8. Концентрація кисню у воді водоймища, необхідна для нормальної життєдіяльності бентосу - 6-12 мг/л.

1.1.9. Для забезпечення життєдіяльності рослини необхідний приріст біомаси на 1 г - 4 мг/година.

1.1.10. 1 м² занурених водних рослин у водоймищі виділяє в рік 2 кг кисню.

1.1.11. Людині на рік необхідно 10⁶ кКал енергії їжі.

1.1.12. При викурюванні однієї сигарети вагою 1,5 г в повітря поступає 40% кадмію у вигляді окислу кадмію. Вміст кадмію в тютюні 0,0003%.

Контрольна частина. Тестові завдання.

1.1.1. Виберіть визначення екології, яке дав Геккель:

екологія - одночасне дослідження усіх взаємовідносин живого з органічними й неорганічними компонентами навколишнього середовища, включаючи неодмінно антагоністичні й неантагоністичні взаємовідносини тварин і рослин, що контактують один з одним;

сучасна екологія - наука про стратегію й тактику збереження і стабільного розвитку життя на Землі;

екологія - наука про структуру, властивості й закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня;

екологія - наука про навколишню природу;

усі вірні.

1.1.2. Виберіть визначення сучасної екології:

Екологія - одночасне дослідження усіх взаємовідносин живого з органічними й неорганічними компонентами навколишнього середовища, включаючи неодмінно антагоністичні й неантагоністичні взаємовідносини тварин і рослин, що контактують один з одним;

екологія - наука про стратегію й тактику збереження і подальшого стабільного розвитку життя на Землі;

екологія - наука про структуру, властивості й закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня;

екологія - наука про навколишню природу;

усі вірні.

1.1.3. Виберіть визначення екології з системного підходу:

екологія - одночасне дослідження усіх взаємовідносин живого з органічними й неорганічними компонентами навколишнього середовища, включаючи неодмінно антагоністичні й неантагоністичні взаємовідносини тварин і рослин, що контактують один з одним;

екологія - наука про стратегію й тактику збереження і подальшого стабільного розвитку життя на Землі;

екологія - наука про структуру, властивості й закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня;

екологія - наука про навколишню природу.

усі вірні.

1.1.4. Що є об’єктом вивчення екології?

Екосистеми різного ієрархічного рівня;

продуценти;

консументи;

органічні хімічні сполуки;

неорганічні хімічні сполуки.

1.1.5. Виберіть найбільш повне визначення поняття “екосистема ”.

Екосистема - єдиний природний організм, створений за тривалий період живими організмами й середовищем їхнього існування і, де всі компоненти тісно пов'язані шляхом обміну речовиною та енергією;

екосистеми це територіальні системи, що охоплюють визначені групи суспільства з усіма продуктами виробничої діяльності і навколишнє середовище в межах більш-менш автономно керованих адміністративно - господарських одиниць різноманітного рангу;

екосистема - сукупність організмів, що спільно живуть і що знаходяться в закономірному взаємозв'язку один з одним;

Екосистеми - термодинамічно відкриті, функціонально замкнуті системи, які складаються із живих організмів і органічної та неорганічної речовини з якою вони взаємодіють шляхом обміну енергією і речовиною і які саморозвиваються й саморегулюються;

усі вірні.

1.1.6. Чим визначається розмір екосистеми для її виділення (дайте найбільш повну відповідь)?

Розмір екосистеми визначається тим простором, при наявності якого можливе здійснення біогеохімічних кругообігів;

розмір екосистеми визначається тим простором, при наявності якого можливе здійснення процесів саморегуляції й самовідновлення сукупності складових компонентів і елементів екосистеми, що створюють середовище;

розмір екосистеми визначається тим простором, при наявності якого можливі довгі трофічні ланцюжки;

розмір екосистеми визначається тим простором, при наявності якого можливі обміни енергією між продуцентами і консументами;

усі відповіді вірні.

1.1.7. Виберіть найбільш вірні визначення класифікації континентальних екосистем по розміру.

Мікроекосистеми, мезоекосистеми, макроекосистеми, глобальна екосистема - біосфера;

_{природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, несубсидовані іншими видами енергії;}

_{природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, субсидовані іншими видами енергії (вітер, дощ, та ін.);}

_{екосистеми, рухомі енергією Сонця і субсидовані додатковою енергією людиною (це агроекосистеми);}

індустріально-міські екосистеми, рухомі енергією палива (копальневим, ядерним ...).

1.1.8. Виберіть вірне визначення класифікації континентальних екосистем по ландшафту.

Природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, не субсидовані іншими видами енергії;

природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, і субсидовані іншими видами енергії (вітер, дощ, та ін.);

екосистеми, рухомі енергією Сонця і субсидовані людиною додатковою енергією (це агроекосистеми);

індустріально-міські екосистеми, рухомі енергією палива (копальневим, ядерним .);

північні хвойні ліси, листяні ліси, тропічні ліси вологі, тропічні ліси сухі, прерії, савани, пустині, тундра, вічнозелені чагарники, гірські ліси.

1.1.9. Виберіть вірне визначення агроекосистеми.

Природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, не субсидовані іншими видами енергії;

природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, не субсидовані іншими видами енергії (вітер, дощ, та ін.);

екосистеми, рухомі енергією Сонця і субсидовані додатковою енергією, яку внесе людина;

індустріально-міські екосистеми, рухомі енергією палива (копальневим, ядерним ...);

усі відповіді вірні.

1.1.10. Які компоненти виділяють у складі екосистем з біологічної точки зору?

Неорганічні хімічні речовини (кисень, вуглець, водень азот, фосфор, залізо, кальцій, і ін.), що вступають у кругообіги;

органічні сполуки (вивірки, вуглеводи, ліпіди та ін.);

повітряне, водяне і cубстрактне середовище (кліматичний режим і інші фізичні чинники);

три види живих організмів (продуценти, макроконсументи, мікроконсументи);

усі відповіді вірні.

1.1.11. Які з наданих варіантів є прикладами продуцентів?

Рослини;

тварини;

бактерії;

мікроби;

дріжджі.

1.1.12. Які з наданих варіантів є прикладами макроконсументів?

Рослини;

тварини;

бактерії;

мікроби;

грибки.

1.1.13. Які з наданих варіантів є прикладами мікроконсументів?

Рослини;

тварини;

бактерії;

квіти;

птахи.

1.1.14. Які компоненти виділяють у складі екосистем із функціональної точки зору ?

живі організми трьох видів;

Потоки енергії; інформаційні потоки;

кругообіги речовини;

керуючі ланцюги зворотних зв'язків;

усе зазначене вище разом.

1.1.15. Виберіть реакцію фотосинтезу у загальному вигляді.

;

;

;

;

;

1.1.16. Виберіть реакцію фотосинтезу у перерахунку на глюкозу.

;

;

;

;

;

1.1.17. За якою формулою визначають кількість можливих зв’язків між членами екосистеми:

;

;

.

1.1.18. Які види енергетичних потоків(дайте повну відповідь) є у системі, яка функціонує?

Концентрована;

Теплова;

концентрована + теплова;

вітрова;

усі зазначені вище разом.

1.1.19. За якою формулою визначається баланс енергії, який повинен підтримуватися у екосистемі?

;

;

;

;

нема вірних відповідей.

1.1.20. Що таке біохімічний кругообіг речовини?

Біохімічні цикли – це циклічне переміщення біогенних елементів: вуглецю, кисню, водню, азоту, сірки, фосфору, кальцію, калію й ін. від даного компонента біосфери до інших так, що на визначених ділянках цього кругообігу вони входять до складу живої речовини;

біохімічні цикли – це циклічне переміщення органічної речовини від даного компонента біосфери до інших так, що на визначених ділянках цього кругообігу вона входять до складу живої речовини;

біохімічні цикли – це циклічне переміщення води від даного компонента біосфери до інших так, що на визначених ділянках цього кругообігу вона входять до складу живої речовини;

біохімічні цикли – це циклічне переміщення гумусу від даного компонента біосфери до інших;

нема вірних відповідей.

1.1.21. Чим визначаються межі різноманіття екосистем ( виберіть найбільш повну відповідь)?

Дією лімітуючих чинників , насамперед кліматичних, вони визначають, які саме види найкраще пристосовані до існування в тих або інших умовах;

дією принципу еколого-географічного максимуму видів;

по-перше, дією лімітуючих чинників, а, по-друге, дією принципу еколого-географічного максимуму видів;

величиною території екосистеми;

родючістю ґрунтів.

1.1.22. Сформулюйте принцип еколого-географічного максимуму видів (виберіть повну відповідь) .

Для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній повинно існувати стільки і таких видів живих організмів, скільки і яких необхідно для максимального використання енергії, яка надходить;

для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній повинно існувати стільки і таких видів живих організмів, скільки і яких необхідно для максимального забезпечення кругообігу речовини;

для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній повинно існувати стільки і таких видів живих організмів, скільки і яких необхідно для максимального використання енергії, яка надходить і забезпечення кругообігу речовини;

для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній повинно існувати стільки і таких видів консументів, скільки і яких необхідно для здійснення кругообігу речовини;

для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній повинно існувати стільки і таких видів продуцентів, скільки і яких необхідно для максимального використання енергії, яка надходить.

1.1.23. Дайте визначення екологічних факторів середовища існування (виберіть повну відповідь).

Усі фізичні фактори середовища існування , що впливають на життя й розвиток організмів і на які вони реагують реакціями пристосування;

усі хімічні фактори середовища існування , що впливають на життя й розвиток організмів і на які вони реагують реакціями пристосування;

усі складові середовища існування , що впливають на життя й розвиток організмів і на які вони реагують реакціями пристосування;

усі складові середовища існування , що впливають на щільність організмів;

усі складові середовища існування , що впливають на тривалість життя організмів.

1.1.24. Які бувають види екологічних факторів ?

Абіотичні;

біотичні,

антропогенні;

зовнішні; внутрішні;

усе зазначене вище разом.

1.1.25. Які екологічні фактори навколишнього середовища можна віднести до абіотичних?

Фізичні і хімічні екологічні фактори (освітлення, тиск, вологість, хімічний склад повітря, води, ґрунтів і н.);

різноманіття продуцентів та редуцентів;

щільність консументів;

різноманіття консументів;

1.1.26. Які екологічні фактори навколишнього середовища можна віднести до біотичних?

Фізичні екологічні фактори (температура, освітлення, тиск, вологість, і ін.);

хімічні екологічні фактори (хімічний склад повітря, води, ґрунтів);

субстрактне середовище;

різноманіття продуцентів, консументів та редуцентів;

усе зазначене вище разом.

1.1.27. Які значення екологічного фактора мають назву “критичні ”?

Значення даного екологічного фактора оптимально сприятливих для життя ;

максимальні й мінімальні стерплі значення дози екологічного фактора;

значення екологічного фактора, які стримують розвиток живих організмів;

набір значень даного екологічного фактора, при яких можливе життя;

значення екологічного фактора, при яких живі організми у латентному стані.

1.1.28. Що таке зона толерантності екосистеми стосовно екологічного фактора ?

Це набір значень даного екологічного фактора, при яких можливе життя;

це набір значень даного екологічного фактора оптимально сприятливих для життя й розвитку живих організмів;

це набір значень даного екологічного фактора, при яких не можливе життя;

це набір значень даного екологічного фактора, при яких живі організми живуть, але погано розвиваються;

усе зазначене вище разом.

1.1.29. Що таке зона оптимуму екосистеми стосовно даного екологічного фактора ?

Це набір значень даного екологічного фактора, при яких можливе життя;

це набір значень даного екологічного фактора оптимально сприятливих для життя й розвитку живих організмів;

це набір значень даного екологічного фактора, при яких не можливе життя;

це набір значень даного екологічного фактора, при яких живі організми живуть, але погано розвиваються;

усе зазначене вище разом.

1.1.30. Які значення екологічного фактора мають назву

“лімітуючи екологічні фактори ”?

Значення даного екологічного фактора оптимально сприятливих для життя ;

максимальні й мінімальні стерплі значення дози екологічного фактора;

значення екологічного фактора, які стримують розвиток живих організмів;

значення даного екологічного фактора, при яких можливе життя;

значення екологічного фактора, при яких живі організми у латентному стані.

1.1.31. Сформулюйте принцип Лібіха-Шефельда.

Стійкість екосистеми визначається кількістю енергії, яка в неї надходить ;

стійкість екосистеми визначається найслабшою ланкою в ланцюзі її екологічних потреб;

стійкість екосистеми визначається здійсненням кругообігу речовини;

стійкість екосистеми визначається наявністю в ній продуцентів;

стійкість екосистеми визначається наявністю в ній трьох видів живих організмів.

1.1.32. Які значення повинні приймати екологічні фактори для нормальної життєдіяльності екосистеми?

Значення оптимально сприятливих для життя ;

значення, які не виходити за межі критичних точок ;

лімітуючи значення ;

критичні значення;

значення, які лежать у зоні песімуму.

1.1.33. Що має назву “трофічний ланцюжок ”?

це співвідношення чисельності організмів, їх біомас або зв'язаної у біомасі енергії;

це частина біологічного кругообігу, складена обмінними циклами хімічних речовин, тісно пов'язаних із життям;

це надходження хімічних елементів із ґрунту, атмосфери, гідросфери в живі організми, перетворення їх у процесі життєдіяльності в складні органічні сполуки і повернення їх потім у ґрунт, атмосферу, гідросферу в процесі життєдіяльності;

це ряд організмів, в якому кожна попередня ланка використовується як харч для подальших ;

це ряд організмів, в якому кожна подальша ланка використовується як харч для попередньої.

1.1.34. Що має назву “екологічні піраміди ”?

Це співвідношення чисельності організмів у трофічних ланцюжках, або їх біомас, або зв'язаної у біомасі енергії;

це частина біологічного кругообігу, складена обмінними циклами хімічних речовин, тісно пов'язаних із життям;

це надходження хімічних елементів із ґрунту, атмосфери, гідросфери в живі організми, перетворення їх у процесі життєдіяльності в складні органічні сполуки і повернення їх потім у ґрунт, атмосферу, гідросферу в процесі життєдіяльності;

це ряд організмів, в якому кожна попередня ланка використовується як харч для подальшої;

це ряд організмів, в якому кожна подальша ланка використовується як харч для як харч для попередньої.

1.1.35. Для нормального функціонування екосистеми необхідно (виберіть найбільш повну відповідь):

гарна структура й екологічні фактори;

постійна й достатня притока концентрованої енергії, спроможної перетворюватися в роботу і стік теплової енергії;

немає порушень при проходженні енергії через трофічні ланцюги;

нормально функціонують біогеохімічні кругообіги речовини;

усе зазначене вище разом.