И.А. ЖИГАРЕВ

Задачи и упражнения к школьному курсу общей экологии¹

Продолжение. См. No 15, 16/2002

(Печатается с сокращениями)

5*. Назовите факторы, которые побуждают людей в аграрных обществах заводить больше детей, а в индустриальных – меньше.

(Ответ: см. таблицу.)

6*. Почему ученые считают, что демографический взрыв на юге может привести к катастрофическим экологическим последствиям для всей планеты?

(Ответ: взрывной рост численности населения вызывает тяжелые экологические последствия: давление на местные экосистемы (вырубку лесов, истощение и эрозию почвы, иссушение водоемов, опустынивание), нехватку продовольствия, локальные войны, обнищание, социальные потрясения, массовые миграции населения.)

7*. В п. 4 (см. «Биология», No16/2002) вы должны были по данным таблицы построить возрастные пирамиды населения России и Индонезии. Сравните построенные пирамиды и ответьте на вопросы.

А. Численность населения какой страны растет?
Б. Численность населения какой страны стабильна с тенденцией к сокращению?
В. Почему в возрастной пирамиде населения России группа от 51 до 60 лет имеет численность меньшую, чем соседние группы?
Г. Население какой страны близко к простой замене численности одного поколения другим?
Д. Рассчитайте долю (в %) молодежи (возраст от 0 до 30 лет) в России и в Индонезии.
Е. В какой стране демографический потенциал выше?

(Ответ: А – Индонезии; Б – России; В – люди этой группы родились в 40–50-х гг. В это время из-за войны, голода и разрухи в стране была высокая смертность репродуктивной части населения, поэтому доля родившихся была значительно меньше, чем в предыдущие и последующие десятилетия (30–40-е и 50–60-е гг.). Г – России; Д – в России 46%, в Индонезии 62%; Е – в Индонезии.)

Рост численности и плотность популяций

1. Какая среда будет более емкой (выберите правильный ответ):

а) для пшеницы – орошаемое поле, лес, луг, пустошь, вырубка, поле;
б) для бобра – река, протекающая по степи; река, протекающая по еловому лесу; река, протекающая по осиновому лесу; река, протекающая по тундре;
в) для колорадского жука – хвойный лес, луг, картофельное поле;
г) для окуня – озеро, болото, подземный водоем;
д) для рыжего таракана – лес, чистая комната, поле, кухня;
е) для больших синиц – поле, озеро, лес, лес с кормушками.

(Ответ: а) орошаемое поле; б) река, протекающая по осиновому лесу; в) картофельное поле; г) озеро; д) кухня; е) лес с кормушками.)

2. Постройте график роста численности населения на земном шаре. До ХIХ в. она росла медленно и в 1700 г. составила 0,6 млрд человек. Рубеж первого миллиарда был преодолен в 1830 г., второго – в 1939 г., третьего – в 1960 г., четвертого – в 1975 г., пятого – в 1987 г. В 1994 г. численность людей на Земле достигла 5,5 млрд, а в 1998 г. – 5,9 млрд.

3. Взрывной рост численности мирового населения во второй половине ХХ в. произошел за счет:

а) повышения уровня рождаемости;
б) снижения уровня смертности благодаря улучшению питания и санитарно-гигиенических условий жизни;
в) промышленной революции;
г) использования новых источников энергии;
д) улучшения женского образования.

(Ответ: б.)

4. Онкологические заболевания слабее влияют на демографию людей, чем холера или СПИД, так как:

а) они затрагивают в основном людей старших возрастов (пострепродуктивное поколение);
б) от этих болезней умирает относительно мало людей;
в) с ними легче справляется современная медицина.

(Ответ: а.)

5. Статистические данные показывают, что более 80% раковых заболеваний вызываются факторами окружающей среды. Долевое распределение причин, вызывающих рак человека, выглядит следующим образом: курение – 30%, химические вещества пищи – 35%, неблагоприятные условия работы – 5%, спиртные напитки – 3%, излучения – 3%, загрязнения воздуха и воды – 2%, другие причины – 5%, причины, не связанные с влиянием окружающей среды, – 17%. Ежегодно в мире регистрируется 5,9 млн новых случаев заболевания раком и умирает 3,4 млн больных. Рассчитайте, сколько человек в мире умирает в год от рака, вызванного курением.

(Ответ: 1,02 млн человек.)

6*. В 70-х гг. ХIХ в. на Вест-Индийские острова были завезены 9 мангустов для борьбы с расплодившимися крысами – вредителями плантаций сахарного тростника. Зверьки прижились и стали размножаться. Со временем количество мангустов возросло до сотен тысяч. Крыс стало меньше, однако вместе с ними стали исчезать местные виды лягушек, птиц, ящериц, крабов. На этом фоне значительно размножились насекомые, питающиеся сахарным тростником. Как вы думаете, почему люди не получили ожидаемого эффекта от акклиматизации мангустов и повышения урожайности тростника? Почему численность мангустов резко возросла? Почему размножились насекомые, питающиеся сахарным тростником?

(Ответ: акклиматизированные мангусты в новых условиях получили более емкую среду, чем на родине. На островах не было значимых регуляторов их численности, в результате чего она значительно выросла. Мангусты стали потреблять не только крыс, но и других животных (чаще более доступных), которые, в свою очередь, были естественными врагами насекомых – вредителей сахарного тростника.)

Численность популяций и ее регуляция в природе

1. Более стабильную динамику численности имеют виды:

а) с простой возрастной структурой;
б) со сложной возрастной структурой;
в) с переменной возрастной структурой.

(Ответ: б.)

2. Из приведенных примеров выберите те, которые описывают случаи, когда на новых территориях виды-вселенцы, не встретив врагов-регуляторов, давали взрыв численности: американский клен в Европе, колорадские жуки в Европе, кролики в Австралии, волнистые попугайчики в Европе, кукуруза в Европе, домовые воробьи в Америке, канадская элодея в Европе, канадская голубая ель в Старом Свете.

(Ответ: колорадские жуки в Европе, кролики в Австралии, домовые воробьи в Америке, канадская элодея в Европе.)

3. Постройте график изменения заготовок шкурок зайца-беляка на севере европейской части России последовательно за 27 лет (объем заготовок приводится в баллах).
Баллы: 2, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 15, 30, 80, 100, 60, 55, 0, 1, 1, 1, 2, 8, 90, 100, 100, 130, 10, 2, 1, 2.
Сколько лет длится один цикл в динамике численности зайца-беляка?

(Ответ: около 12 лет.)

Биоценоз и его устойчивость

1. Ученый, который обосновал учение о биоценозах (выберите правильный ответ):

а) В.Иогансен;
б) К.Мебиус;
в) Ч.Элтон;
г) К.Тимирязев.

(Ответ: б.)

2. Биоценоз – это совокупность организмов:

а) одного вида, обитающих на определенной территории;
б) разных видов, совместно живущих и связанных друг с другом;
в) одного вида, обитающих на разнородных участках ареала;
г) обитающих в одной биогеографической области.

(Ответ: б.)

3. В хозяйстве вырыли котлован и заполнили его водой. Можно ли сразу же поселить в нем рыб и без подкормки ждать роста их численности?

(Ответ: нельзя, так как в нем не обеспечены необходимые условия для жизни рыб: нет растений, пищи, мест укрытий.)

4. Экологическая ниша вида – это:

а) местообитание вида;
б) территория, на которой обитает вид;
в) пространство, занимаемое видом;
г) положение вида в сообществе и комплекс условий обитания.

(Ответ: г.)

5*. Какой абиотический фактор определяет вертикальную структуру биоценозов. Почему?

(Ответ: в первую очередь свет. Растения являются основными средообразователями в биоценозах, а их вертикальное распределение определяется степенью освещенности.)

6*. Рассчитайте индекс сходства двух фитоценозов (растительных компонентов биоценозов), используя формулу Жаккара:

К = С х 100% / (А+В)–С ,

где А – число видов данной группы в первом сообществе, В – число видов данной группы во втором сообществе, а С – число видов, общих для двух сообществ. Индекс выражается в процентах сходства.
Первый фитоценоз – сосняк-черничник: сосна обыкновенная, черника, брусника, зеленый мох, майник двулистный, седмичник европейский, ландыш майский, гудиера ползучая, грушанка круглолистная.
Второй фитоценоз – сосняк-брусничник-зеленомошник: сосна обыкновенная, брусника, зеленый мох, ландыш майский, грушанка средняя, зимолюбка, вереск обыкновенный, кукушник, плаун булавовидный.

(Ответ: А=9; В=9; С=4; индекс сходства Жаккара двух фитоценозов – 28,6%.)

7*. Рассчитайте индекс сходства двух фитоценозов (растительных компонентов биоценозов), используя формулу Жаккара (см. предыдущее задание): первый располагается в заповеднике, другой – в соседнем лесу, где отдыхают люди.
Список видов первого фитоценоза: дуб черешчатый, липа, лещина, осока волосистая, мужской папоротник, подмаренник Шультеса, сныть обыкновенная.
Список видов нарушенного фитоценоза: дуб черешчатый, яблоня домашняя, липа, одуванчик лекарственный, подорожник большой, осока волосистая, земляника лесная, сныть обыкновенная, крапива двудомная, горец птичий, лопух большой, череда.
Выпишите названия видов, которые исчезли из сообщества дубравы под действием вытаптывания. Выпишите названия видов, которые появились в дубраве благодаря вытаптыванию и другим процессам, сопутствующим отдыху людей в лесу. Используя дополнительную литературу, запишите против каждого названия вида его краткую экологическую характеристику (предпочитаемые биотопы, отношение к антропогенным факторам и др.)

(Ответ: А=7; В=12; С=4. Индекс сходства Жаккара – 26,6%. В результате вытаптывания из сообщества исчезли лещина, мужской папоротник, подмаренник Шультеса. Новые виды, которые появились после антропогенного изменения сообщества: яблоня домашняя, одуванчик лекарственный, подорожник большой, земляника лесная, крапива двудомная, горец птичий, лопух большой, череда. Исчезнувшие виды – типично лесные; появившиеся – сорные и луговые.)

ГЛАВА 3. ЭКОСИСТЕМЫ

Законы организации экосистем

1. Ученый – основоположник биогеоценологии:

а) Э.Геккель;
б) В.Сукачев;
в) В.Докучаев;
г) К.Тимирязев;
д) К.Мебиус.

(Ответ: б.)

2. Ученый, который ввел в науку понятие «экосистема»:

а) А.Тенсли;
б) В.Докучаев;
в) К.Мебиус;
г) В.Иогансен.

(Ответ: а.)

3. Заполните пропуски названиями функциональных групп экосистемы и царств живых существ.

Организмы, потребляющие органическое вещество и перерабатывающие его в новые формы, называют ... . Они представлены в основном видами, относящимися к ... миру. Организмы, потребляющие органическое вещество и полностью разлагающие его до минеральных соединений, называют ... . Они представлены видами, относящимися к ... и ... . Организмы, которые потребляют минеральные соединения и, используя внешнюю энергию, синтезируют органические вещества, называют ... . Они представлены в основном видами, относящимися к ... миру.

(Ответы (последовательно): консументами, животному, редуцентами, грибам и бактериям, продуцентами, растительному.)

4. Все живые существа на Земле существуют благодаря органическому веществу, в основном вырабатываемому:

а) грибами;
б) бактериями;
в) животными;
г) растениями.

(Ответ: г.)

5. Вставьте пропущенные слова.

Сообщество организмов разных видов, тесно взаимосвязанных между собой и населяющих более или менее однородный участок, называют ... . В его состав входят: растения, животные ... и ... . Совокупность организмов и компонентов неживой природы, объединенных круговоротом веществ и потоком энергии в единый природный комплекс, называют ... , или ... .

(Ответы (последовательно): биоценозом, грибы и бактерии, экосистемой, или биогеоценозом.)

6. Из перечисленных организмов к продуцентам относится:

а) корова;
б) белый гриб;
в) клевер луговой;
г) человек.

(Ответ: в.)

7. Выберите из списка названия животных, которых можно отнести к консументам второго порядка: серая крыса, слон, тигр, дизентерийная амеба, скорпион, паук, волк, кролик, мышь, саранча, ястреб, морская свинка, крокодил, гусь, лисица, окунь, антилопа, кобра, степная черепаха, виноградная улитка, дельфин, колорадский жук, бычий цепень, кенгуру, божья коровка, белый медведь, медоносная пчела, кровососущий комар, стрекоза, яблоневая плодожорка, тля, серая акула.

(Ответ: серая крыса, тигр, дизентерийная амеба, скорпион, паук, волк, ястреб, крокодил, лисица, окунь, кобра, дельфин, бычий цепень, божья коровка, белый медведь, кровососущий комар, стрекоза, серая акула.)

8. Из перечисленных названий организмов выберите продуцентов, консументов и редуцентов: медведь, бык, дуб, белка, подосиновик, шиповник, скумбрия, жаба, ленточный червь, гнилостные бактерии, баобаб, капуста, кактус, пеницилл, дрожжи.

(Ответ: продуценты – дуб, шиповник, баобаб, капуста, кактус; консументы – медведь, бык, белка, скумбрия, жаба, ленточный червь; редуценты – подосиновик, гнилостные бактерии, пеницилл, дрожжи.)

9. В экосистеме основной поток вещества и энергии передается:

а) от редуцентов к консументам и далее к продуцентам;
б) от консументов к продуцентам и далее к редуцентам;
в) от продуцентов к консументам и далее к редуцентам.

(Ответ: в.)

10*. Объясните, почему существование жизни на Земле было бы невозможно без бактерий и грибов.

(Ответ: грибы и бактерии являются основными редуцентами в экосистемах Земли. Они разлагают мертвые органические вещества до неорганических, которые затем потребляют зеленые растения. Тем самым грибы и бактерии поддерживают круговорот элементов в природе, а следовательно, и саму жизнь.)

11*. Объясните, почему в прудах-охладителях при тепловых электростанциях экономически выгодно содержать растительноядных рыб.

(Ответ: эти пруды сильно зарастают водной растительностью, в результате вода в них застаивается, что нарушает охлаждение отработанных вод. Рыбы съедают всю растительность и хорошо растут.)

12*. Назовите организмы, которые являются продуцентами, но не принадлежат к Царству растений.

(Ответ: фотосинтезирующие простейшие-жгутиконосцы (например, эвглена зеленая), хемосинтезирующие бактерии, цианобактерии.

13*. Организмы, не являющиеся абсолютно необходимыми в поддержании замкнутого круговорота биогенных элементов (азота, углерода, кислорода и др.):

а) продуценты;
б) консументы;
в) редуценты.

(Ответ: б.)

Законы биологической продуктивности

1. Определите правильно составленную пастбищную цепь питания:

а) леопард – газель – трава;
б) клевер – заяц – орел – лягушка;
в) перегной – дождевой червь – землеройка – горностай;
г) трава – зеленый кузнечик – лягушка – уж.

(Ответ: г.)

2. Составьте пять цепей питания. Все они должны начаться с растений (их частей) или мертвых органических остатков (детрита). Промежуточным звеном в первом случае должен быть дождевой червь; во втором – личинка комара в пресном водоеме; в третьем – комнатная муха; в четвертом – личинка майского жука; в пятом – инфузория туфелька. Все цепи питания должны заканчиваться человеком. Предложите наиболее длинные варианты цепей. Почему количество звеньев не превышает 6–7?

(Варианты ответов:

1) одуванчик – детрит – дождевой червь – курица – человек;
2) детрит – личинка комара – мелкая плотва – окунь – щука – человек;
3) детрит – личинка комнатной мухи (взрослая муха) – стрекоза – голавль – человек;
4) сосна (корни) – личинка майского жука – кабан – человек;
5) детрит – инфузория туфелька – малек карася – водная личинка стрекозы – нырковая утка – человек.

На каждый последующий трофический уровень переходит приблизительно только 10% энергии предыдущего уровня. Поэтому суммарное количество энергии в пищевых цепях стремительно падает.)

3. Назовите животных, которые в цепях питания могут занимать место консументов (потребителей) как первого, так и второго или даже третьего порядка.

(Ответ: человек, бурый медведь, серая крыса, шимпанзе, серая ворона, кабан и др.)

4. Назовите растения, которые могут занимать место и продуцента, и консумента второго порядка.

(Ответ: росянка, жирянка, венерина мухоловка, пузырчатка обыкновенная и другие насекомоядные растения.)

5. Укажите пастбищные (1) и детритные (2) пищевые цепи:

а) диатомовые водоросли – личинка поденки – личинка ручейника;
б) бурая водоросль – береговая улитка – кулик-сорока;
в) мертвое животное – личинка падальной мухи – травяная лягушка – уж обыкновенный;
г) нектар – муха – паук – землеройка – сова;
д) коровий помет – личинка мухи – скворец – ястреб-перепелятник;
е) листовая подстилка – дождевой червь – землеройка – горностай.

(Ответ: 1– а, б, г; 2 – в, д, е.)

6. Из общего количества энергии, передающегося в пищевой сети с одного трофического уровня на другой, примерно 10% :

а) изначально поступает от солнца;
б) расходуется в процессе дыхания;
в) идет на построение новых тканей;
г) превращается в бесполезное тепло;
д) выделяется в экскрементах.

(Ответ: в.)

7. В прудовых хозяйствах выгоднее выращивать толстолобиков, а не щук, потому что:

а) толстолобики быстрее растут;
б) щуки чаще гибнут от болезней и неблагоприятных условий;
в) толстолобики питаются энергетически дешевой растительной пищей, а щуки – дорогой, животной.

(Ответ: в.)

8. Многократно или однократно используется вещество в биогенном круговороте? Многократно или однократно используется энергия в биогенном круговороте?

(Ответ: вещество многократно; энергия однократно.)

9. На последующий трофический уровень переходит примерно 10% энергии, заключенной в организме. Объясните, куда расходуются остальные 90%.

(Ответ: 90% энергии тратятся на поддержание жизнедеятельности организмов, слагающих предыдущий уровень.)

10. На суше наименее продуктивные экосистемы расположены в:

а) тропических лесах;
б) умеренных лесах;
в) степях и саваннах;
г) арктических пустынях;
д) субтропических лесах;
е) жарких пустынях;
ж) горах выше 3000 м.

(Ответ: г, е, ж.)

11. Самый высокий прирост первичной продукции в водных экосистемах имеют (выберите правильные ответы):

а) озера умеренных широт;
б) воды океана умеренных широт;
в) воды океана субтропиков;
г) воды океана тропиков;
д) устья рек в жарких районах Земли;
е) океанское мелководье коралловых рифов.

(Ответ: д, е.)

12*. Назовите организмы, которые должны или могли бы быть на месте пропусков в описании пищевых цепей:

а) нектар цветов – муха – ? – синица – ?;
б) древесина – ? – дятел;
в) листья – ? – кукушка;
г) семена – ? – гадюка – аист;
д) трава – кузнечик – ? – уж – ?.

(Варианты ответов: а) паук и ястреб, б) личинка усача, в) гусеница бабочки, г) мышь, лягушка, д) орел-змееяд.)

13*. Известно, что многие химические вещества, созданные человеком (например, сельскохозяйственные яды), плохо выводятся из живого организма естественным путем. Объясните, почему от этих соединений больше всего будут страдать животные верхних трофических уровней (хищники, сам человек), а не нижних.

(Ответ: из-за накопления и увеличения концентрации слабо выводимых веществ при переходе от одного трофического уровня на другой.)

14. Зная правило десяти процентов, рассчитайте, сколько нужно травы, чтобы вырос один орел весом 5 кг (пищевая цепь: трава – заяц – орел). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.

(Ответ: 500 кг травы.)

15. Зная правило десяти процентов, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы выросла одна щука весом 10 кг (пищевая цепь: фитопланктон – зоопланктон – мелкие рыбы – окунь – щука). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.

(Ответ: 100 000 кг, или 100 т, фитопланктона.)

16. Зная правило десяти процентов, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один медведь, весом в 300 кг (пищевая цепь: фитопланктон – зоопланктон – мелкие рыбы – лосось – медведь). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.

(Ответ: 3 000 000 кг, или 3000 т, фитопланкитона.)

17*. Продуктивность кораллового рифа выше продуктивности большинства районов открытого океана вблизи экватора, потому что эта экосистема получает больше (выберите правильный ответ):

а) солнечного света;
б) элементов питания;
в) воды;
г) тепла.

(Ответ: б.)

31*. Если в лесу на площади в 1 га, взвесить отдельно всех насекомых, все растения и всех хищных позвоночных (земноводных, рептилий, птиц и млекопитающих вместе взятых), то представители какой группы суммарно будут весить больше всего? Меньше всего? Почему?

(Ответ: наибольшая биомасса будет у растений, наименьшая – у представителей последнего звена, – хищников.)

32. Вес самки одного из видов летучих мышей, питающихся насекомыми, не превышает 5 грамм. Вес каждого из двух ее новорожденных детенышей – 1 грамм. За месяц выкармливания детенышей молоком вес каждого из них достигает 4.5 грамма. На основании правила экологической пирамиды определите, какую массу насекомых должна потребить самка за это время, чтобы выкормить свое потомство. Чему равна масса растений, сохраняющаяся за счет истребления самкой растительноядных насекомых? (*)

(Ответ: составляем пищевую цепь: растения – растительноядные насекомые – летучая мышь. Вычисляем массу, набранную детенышами летучей мыши после рождения: 4.5 г – 1 г = 3.5 г; 3.5 х 2 = 7 (г) Подставляем значение 7 г в схему пищевой цепи и получаем ответы: растительноядные насекомые – 70 г, растения – 700 г.)

Чем можно объяснить большое различие суточной потребности в энергии (на единицу массы тела) у человека и у мелких птиц или мелких млекопитающих? (**)

(Ответ: у мелких птиц и млекопитающих отношение поверхности тела к его объему больше, чем у человека, поэтому они быстрее теряют тепло. Соответственно, для поддержания постоянной температуры тела они должны потреблять больше энергии.)

Продолжение следует

 ¹ Знаками «*» и «**» отмечены задания повышенной сложности, имеющие познавательный и проблемный характер.