Экологическая пирамида: задачи на правило 10 %
Задачи на правило экологической пирамиды встречаются в ОГЭ и ЕГЭ по биологии и решаются умножением и делением на 10. Сложнее правильно составить цепь питания и понять, в какую сторону считать. Разбираем правило, его смысл и решаем восемь задач.
Для 9–11 классов.
Правило 10 %
В цепи питания энергия переходит от одного звена к другому: трава, заяц, лиса. Но на каждом шаге большая часть энергии теряется: уходит на дыхание, движение, тепло, остаётся в непереваренной пище. В среднем на следующий уровень переходит около 10 % энергии и биомассы. Это правило сформулировал американский эколог Раймонд Линдеман в 1942 году.
Уровни цепи называют трофическими. Первый уровень продуценты, растения и водоросли, которые создают органику из света. Второй растительноядные, консументы первого порядка. Третий хищники, консументы второго порядка, и так далее.
трава → заяц → лиса 1000 кг → 100 кг → 10 кг
Пирамиду рисуют ступенями: внизу широкий прямоугольник продуцентов, над ним в десять раз меньший травоядных, выше ещё меньший хищников. Отсюда название. Пирамида бывает трёх видов: чисел (сколько особей), биомассы (сколько килограммов) и энергии (сколько килоджоулей).
Правило приблизительное: в природе доля бывает от 5 до 20 %. Но в школьных задачах всегда считают ровно 10 %, если в условии не сказано иначе.
Считаем вверх по цепи
Задача
Биомасса растений на участке 1000 кг. Сколько килограммов биомассы лисы может прокормиться на этом участке в цепи растения → зайцы → лиса?
Зайцы: 1000 · 0,1 = 100 кг.
Лиса: 100 · 0,1 = 10 кг.
Ответ: 10 кг.
Задача
Продуценты экосистемы накопили 20 000 кДж энергии. Сколько энергии дойдёт до консументов второго порядка?
Консументы первого порядка: 2000 кДж.
Второго порядка: 200 кДж.
Ответ: 200 кДж.
Считаем вниз по цепи
Чаще в задачах известна масса хищника наверху, а нужно найти, сколько пищи для него потребовалось. Тогда при движении вниз умножаем на 10 на каждом шаге.
Задача
Сколько планктона нужно, чтобы вырос дельфин массой 300 кг в цепи планктон → рыба → дельфин?
Рыбы: 300 · 10 = 3000 кг.
Планктона: 3000 · 10 = 30 000 кг.
Ответ: 30 тонн.
Задача
Орёл массой 5 кг питается змеями, змеи мышами, мыши растениями. Сколько растений нужно для его роста?
Цепь: растения → мыши → змеи → орёл. Четыре уровня, три перехода.
Змеи: 50 кг. Мыши: 500 кг. Растения: 5000 кг.
Ответ: 5 тонн растений.
Задача
Какая масса зайцев нужна, чтобы вырос волк массой 40 кг?
Один переход: 40 · 10 = 400 кг.
Ответ: 400 кг.
Главная ошибка: неверно посчитать число переходов. Их на один меньше, чем звеньев в цепи. В цепи из четырёх звеньев три перехода, и множитель 10 · 10 · 10 = 1000.
Составьте цепь
Задача
Составьте цепь питания из организмов: сова, зерно, мышь. Укажите продуцента и консументов.
Цепь начинается с продуцента: зерно.
Зерно ест мышь, мышь ловит сова.
Зерно → мышь → сова: продуцент, консумент первого порядка, консумент второго порядка.
Ответ: зерно → мышь → сова.
Задача
В цепи питания трава → кузнечик → лягушка → уж → ёж определите, к какому трофическому уровню относится уж, и сколько травы нужно, чтобы масса ужа увеличилась на 1 кг.
Трава первый уровень, кузнечик второй, лягушка третий, уж четвёртый. Уж консумент третьего порядка.
От травы до ужа три перехода: 1 · 10 · 10 · 10 = 1000 кг.
Ответ: четвёртый уровень, 1000 кг травы.
Стрелка в цепи питания всегда направлена от того, кого едят, к тому, кто ест: она показывает направление движения энергии. Обратная стрелка частая ошибка, которую проверяющие на ЕГЭ замечают сразу.
Почему цепи короткие
Из правила 10 % следует, что на каждом уровне энергии в десять раз меньше. Уже на пятом уровне остаётся одна десятитысячная от того, что накопили растения. Прокормить ещё одного хищника просто нечем. Поэтому цепи питания редко бывают длиннее четырёх-пяти звеньев, а крупных хищников в природе мало.
Отсюда и практический вывод для людей: прокормить человека растительной пищей требует меньше земли, чем мясной. Корова, чтобы нарастить килограмм массы, съедает много килограммов корма. Это одна из причин, почему мясо дороже хлеба.
Пирамида биомассы в океане бывает перевёрнутой: масса зоопланктона больше массы фитопланктона в данный момент. Противоречия нет: фитопланктон очень быстро размножается и съедается, поэтому за год он даёт гораздо больше органики, чем видно в любой момент. Пирамида энергии перевёрнутой не бывает никогда.
Разберём на занятии
Занимаемся по всем школьным предметам с 4 по 11 класс: живые занятия, общая доска и домашка, которую проверяет тот же преподаватель.
Первое занятие бесплатное: можно посмотреть формат вместе с ребёнком и решить, подходит ли он.
Частые вопросы
Что такое консумент и редуцент?
Консументы потребляют готовую органику: травоядные и хищники. Редуценты, в основном бактерии и грибы, разлагают мёртвую органику до минеральных веществ, которые снова используют растения. Так замыкается круговорот веществ.
Что такое пищевая сеть?
В природе организмы питаются разной пищей, и цепи переплетаются. Лиса ест и зайцев, и мышей, и ягоды. Это сплетение называют пищевой сетью. Правило 10 % работает и для неё, но в задачах обычно берут одну цепь. Если в задаче сеть, считают отдельно по каждой цепи, которая ведёт к нужному организму, а в условии тогда указывают, какую долю пищи он получает из каждого источника.
Почему энергия теряется?
Большую часть энергии пищи организм тратит на собственную жизнь: дыхание, движение, поддержание температуры. Эта энергия уходит в виде тепла. На рост, то есть на то, что сможет съесть следующий в цепи, остаётся немного. Теплокровным животным приходится тратить на обогрев тела особенно много.