7Α.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝΑσκήσεις στις τροφικές αλυσίδες και στα τροφικά

πλέγματαΑσκήσεις στις τροφικές πυραμίδες και στη ροή

ενέργειας ή βιομάζας μεταξύ των διαφόρων τροφικών επιπέδων

1.ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΤΡΟΦΙΚΕΣ ΑΛΥΣΙΔΕΣ ΚΑΙ ΣΤΑ ΤΡΟΦΙΚΑ ΠΛΕΓΜΑΤΑ

α) Ασκήσεις στις οποίες ζητείται να υπολογιστεί ο μέγιστος και ο ελάχιστος αριθμός τροφικών αλυσίδων που υπάρχουν σε ένα τροφικό πλέγμα.1) Ο μέγιστος αριθμός τροφικών αλυσίδων (Μ.Α.) που μπορούν θεωρητικά να αναπτυχθούν μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος είναι ίσος με το γινόμενο του αριθμού των ειδών του κάθε τροφικού επιπέδου.Μ.Α. = Α.παραγωγών x Α.καταναλωτών 1 ης x Α.καταναλωτών 2 ης κτλ.όπου: Α. = αριθμός διαφορετικών ειδών ενός τροφικού επιπέδουΠροσοχή! Για τον υπολογισμό του μέγιστου αριθμού τροφικών αλυσίδων, θεωρούμε ότι κάθε οργανισμός ανήκει σε ένα μόνο τροφικό επίπεδο.2) Ο ελάχιστος αριθμός τροφικών αλυσίδων (Ε.Α.) που μπορούν θεωρητικά να αναπτυχθούν μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος είναι ίσος με τον αριθμό των ειδών του τροφικού επιπέδου που έχει τα περισσότερα είδη.Προσοχή! Για τον υπολογισμό του ελάχιστου αριθμού των τροφικών αλυσίδων θεωρούμε ότι κάθε οργανισμός συμμετέχει στο μικρότερο δυνατό αριθμό τροφικών αλυσίδων και κάθε οργανισμός συμμετέχει σε μία τουλάχιστον τροφική αλυσίδα.

Παράδειγμα________________________________________________Να βρεθεί ο μέγιστος και ο ελάχιστος αριθμός τροφικών αλυσίδων

που μπορούν θεωρητικά να αναπτυχθούν μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος, στο οποίο υπάρχουν 6 είδη παραγωγών, 5 είδη καταναλωτών 1ης τάξης, 4 είδη καταναλωτών 2ης τάξης και 2 είδη καταναλωτών 3ης τάξης.Λύση Μ.Α. = 6 x 5 x 4 x 2 = 240 τροφικές αλυσίδες.

94

Ε.Α. = αριθμός διαφορετικών ειδών του τροφικού επιπέδου με τα περισσότερα είδη (εδώ οι παραγωγοί) = 6 τροφικές αλυσίδες.

β) Πληροφορίες που μπορούμε να πάρουμε από τη μελέτη ενός τροφικού πλέγματος.1) Πληροφορίες για τις ποιοτικές τροφικές σχέσεις που αναπτύσσονται μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος.2) Πληροφορίες για τη σταθερότητα του συγκεκριμένου οικοσυστήματος. Όσες περισσότερες είναι οι τροφικές αλυσίδες ενός τροφικού πλέγματος, τόσο σταθερότερο είναι το οικοσύστημα.3) Πληροφορίες για τη μεταβολή στην ισορροπία του οικοσυστήματος εξαιτίας κάποιας μεταβολής των οργανισμών του.

Αν σε ένα τροφικό πλέγμα μειωθεί ο πληθυσμός ή εξαφανιστεί κάποιος οργανισμός Ψ, τότε:i)αυξάνεται ο πληθυσμός των ατόμων που αποτελούσαν τροφή για τον Ψii)οι οργανισμοί που τρέφονταν από τον Ψ είτε εξαφανίζονται (αν αυτός ήταν η μοναδική τους τροφή), είτε μειώνονται και αλλάζουν διατροφικές συνήθειες (αν τρεφόντουσαν και από άλλους οργανισμούς).

Αν σε ένα τροφικό πλέγμα αυξηθεί σημαντικά ο πληθυσμός κάποιου οργανισμού Ψ, τότε:i)αυξάνονται και οι πληθυσμοί των οργανισμών που τρέφονται με τον Ψii)ελαττώνονται οι πληθυσμοί των οργανισμών που αποτελούν τροφή για τον Ψ.Προσοχή! Όποτε μια μεταβολή τείνει να απορρυθμίσει τις σχέσεις που αναπτύσσονται μεταξύ των βιοτικών και των αβιοτικών παραγόντων τους, οι μηχανισμοί αυτορρύθμισης που διαθέτει κάθε οικοσύστημα το καθιστούν ικανό να επαναφέρει την ισορροπία στις σχέσεις αυτές. Στην περίπτωση των τροφικών πλεγμάτων, οι μηχανισμοί αυτορρύθμισης που ενεργοποιούνται είναι οι τροφικές σχέσεις μεταξύ των οργανισμών.

2.ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΤΡΟΦΙΚΕΣ ΠΥΡΑΜΙΔΕΣ ΚΑΙ ΣΤΗ ΡΟΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝ

ΤΡΟΦΙΚΩΝ ΕΠΙΠΕΔΩΝΓια τις ασκήσεις στη ροή ενέργειας (ή βιομάζας) μεταξύ των

διαφόρων τροφικών επιπέδων ισχύουν τα εξής:

α) Μόνο το 10% της ενέργειας (ή της βιομάζας) του ενός τροφικού επιπέδου περνάει στο επόμενο τροφικό επίπεδο. Το 90% της ενέργειας (ή της βιομάζας) είναι απώλειες.β) Αν σε μια άσκηση δίνεται η ενέργεια (ή η βιομάζα) ενός τροφικού επιπέδου και πρέπει να βρούμε την ενέργεια (ή τη βιομάζα):1) του αμέσως ανώτερου τροφικού επιπέδου, διαιρούμε με το 10.

95

Αν ψ η ενέργεια (ή η βιομάζα) του πρώτου τροφικού επιπέδου και β,γ η ενέργεια (ή η βιομάζα) του δεύτερου και τρίτου τροφικού επιπέδου αντίστοιχα, ισχύει:β = ψ /10 γ = β /10 = ψ /100 2) του αμέσως κατώτερου τροφικού επιπέδου, πολλαπλασιάζουμε με το 10.Αν y η ενέργεια (ή η βιομάζα) του τρίτου τροφικού επιπέδου και β,γ η ενέργεια (ή η βιομάζα) του δεύτερου και πρώτου τροφικού επιπέδου αντίστοιχα, ισχύει:β = 10 y γ = 10 β =100 y

γ) Η ενέργεια που απομακρύνεται στο περιβάλλον κατά τη μετάβαση από το ένα τροφικό επίπεδο στο επόμενο, αντιστοιχεί στη διαφορά ενεργειών μεταξύ των δύο τροφικών επιπέδων. Έστω ψ η ενέργεια του πρώτου τροφικού επιπέδου, τότε:1) η ενέργεια που χάνεται κατά τη μετάβαση από το πρώτο στο δεύτερο τροφικό επίπεδο είναι ψ – ψ /10 = 9 ψ /10 2) η ενέργεια που χάνεται κατά τη μετάβαση από το δεύτερο στο τρίτο τροφικό επίπεδο είναι ψ /10 – ψ /100 = 9 ψ /100 κ.ο.κ.

δ) Σε ασκήσεις όπου ένας καταναλωτής έχει περισσότερες από μία τροφικές προτιμήσεις (π.χ. καταναλωτής πρώτης και δεύτερης τάξης ταυτόχρονα) και ζητείται να βρεθεί η σχέση ενέργειας (ή βιομάζας) ανάμεσα στον καταναλωτή και στον παραγωγό που τον συντηρεί, τότε:1) Σχεδιάζουμε τόσες τροφικές πυραμίδες, όσες και οι τροφικές προτιμήσεις του καταναλωτή.2) Σε καθεμία από αυτές τις πυραμίδες προσδιορίζουμε το ποσοστό της ενέργειας (ή της βιομάζας) του καταναλωτή, που προκύπτει από τη δραστηριότητά του ως καταναλωτή της συγκεκριμένης τάξης.3) Βρίσκουμε σε κάθε πυραμίδα την ενέργεια (ή τη βιομάζα) των παραγωγών, εφαρμόζοντας τον κανόνα του 10%.4) Αθροίζουμε την ενέργεια (ή τη βιομάζα) των παραγωγών από κάθε πυραμίδα, ώστε να βρούμε τη συνολική ενέργεια (ή βιομάζα) των παραγωγών που είναι απαραίτητη για να συντηρήσει τον συγκεκριμένο καταναλωτή.

Παράδειγμα 1_______________________________________________Έστω x η βιομάζα ενός καταναλωτή που τρέφεται κατά 30% ως

καταναλωτής 1ης τάξης και κατά 70% ως καταναλωτής 2ης τάξης. Να βρεθεί η βιομάζα των παραγωγών που είναι απαραίτητη για τη συντήρηση του καταναλωτή.ΛύσηΩς καταναλωτής 1ης τάξης έχει βιομάζα (30%) ή 30x/100 = 3x/10.

96

Ως καταναλωτής 2ης τάξης έχει βιομάζα (70%) ή 70x/100 = 7x/10.

καταναλωτής 1ης τάξης καταναλωτής 2ης τάξης Άρα η συνολική βιομάζα των παραγωγών που είναι απαραίτητη για τη συντήρηση του καταναλωτή είναι 3x + 70x = 73x.

Παράδειγμα 2_______________________________________________Σε ένα υδάτινο οικοσύστημα ζουν φυτοπλαγκτόν, μεγάλα ψάρια,

ζωοπλαγκτόν και μικρά ψάρια.α) Να σχηματιστεί η τροφική αλυσίδα των οργανισμών του οικοσυστήματος.β) Αν η βιομάζα του φυτοπλαγκτόν είναι 4.106 kg να υπολογιστεί η βιομάζα των υπόλοιπων τροφικών επιπέδων.γ) Αν η ενέργεια που περικλείεται στα μεγάλα ψάρια είναι 12 .108 kJ να υπολογισθεί η ενέργεια που περικλείεται στα υπόλοιπα τροφικά επίπεδα.δ) Πόση ενέργεια (σε kJ) περικλείεται σε 1 kg βιομάζας ;Λύσηα)

β) Καθώς ανεβαίνουμε από το ένα τροφικό επίπεδο στο επόμενο η βιομάζα υποδεκαπλασιάζεται. Άρα:φυτοπλαγκτόν 4.106 kg, ζωοπλαγκτόν 4.105 kg, μικρά ψάρια 4.104 kg, μεγάλα ψάρια 4.103 kg.γ) Οι οργανισμοί κάθε τροφικού επιπέδου περικλείουν δεκαπλάσια ενέργεια σε σχέση με τους οργανισμούς του επόμενου τροφικού επιπέδου. Άρα:φυτοπλαγκτόν 12.1011 kJ, ζωοπλαγκτόν 12.1010 kJ, μικρά ψάρια 12.109 kJ, μεγάλα ψάρια 12.108 kJ.δ) Η ενέργεια (σε kJ) που περικλείεται σε 1 kg βιομάζας μπορεί να βρεθεί από τους οργανισμούς οποιουδήποτε τροφικού επιπέδου. Αν χρησιμοποιήσουμε το φυτοπλαγκτόν θα είναι:4.106 kg βιομάζας περικλείουν ενέργεια 12.1011 kJ1 kg βιομάζας περικλείουν ενέργεια x = 3.105 kJ

Παράδειγμα 3_______________________________________________Σε ένα οικοσύστημα οι παραγωγοί μιας τροφικής πυραμίδας

περικλείουν ενέργεια ίση με 8.107 kJ. Από πόσα τροφικά επίπεδα αποτελείται η συγκεκριμένη τροφική πυραμίδα, αν γνωρίζουμε ότι για να

97

7x/10

70x/10

700x/10 = 70x30x/10 = 3x

3x/10

φυτοπλαγκτόν ζωοπλαγκτόν μικρά ψάρια μεγάλα ψάρια

υπάρξει ένα τροφικό επίπεδο πρέπει να έχει ενέργεια τουλάχιστον 8000 kJ. Λύση

Επειδή από τροφικό επίπεδο σε τροφικό επίπεδο μεταφέρεται το 10% της ενέργειας θα έχουμε:1ο τροφικό επίπεδο 8.107 kJ2ο τροφικό επίπεδο 10/100 . 8.107 kJ = 8.106 kJ και ανάλογα …3ο τροφικό επίπεδο 8.105 kJ4ο τροφικό επίπεδο 8.104 kJ5ο τροφικό επίπεδο 8.103 kJ ή 8000 kJ. Επομένως στη τροφική πυραμίδα θα υπάρχουν πέντε τροφικά επίπεδα.

Παράδειγμα 4_______________________________________________Σε ένα οικοσύστημα με 4 τροφικά επίπεδα καταναλωτών, η

βιομάζα των κορυφαίων καταναλωτών είναι 1.000 kg. Αν για κάποιο λόγο μειωθεί η διαθέσιμη βιομάζα των παραγωγών κατά 20%, πόσα τροφικά επίπεδα θα μπορούν να συντηρηθούν; Να θεωρηθεί ότι η ελάχιστη βιομάζα που πρέπει να προσλαμβάνεται από τους οργανισμούς ενός τροφικού επιπέδου για να συντηρηθούν είναι 9.000 kg.Λύση

Οι κορυφαίοι καταναλωτές, 4ης τάξης, έχουν βιομάζα 1.000 kg και κατά συνέπεια, σύμφωνα με τον κανόνα του 10%, η βιομάζα των καταναλωτών 3ης τάξης, που πρέπει να προσλαμβάνουν ως τροφή, θα είναι 10.000 kg.

Αν μειωθεί η διαθέσιμη βιομάζα των παραγωγών κατά 20%, θα μειωθεί αντίστοιχα και η διαθέσιμη βιομάζα όλων των υπόλοιπων τροφικών επιπέδων. Άρα η βιομάζα των καταναλωτών 3ης τάξης, που θα είναι διαθέσιμη για τους καταναλωτές 4ης τάξης θα είναι:10.000 kg – 20/100 . 10.000 kg = 8.000 kg.

Τα 8.000 kg δεν επαρκούν για να συντηρηθεί το τροφικό επίπεδο των καταναλωτών 4ης τάξης, αφού σύμφωνα με τα δεδομένα, η ελάχιστη βιομάζα που πρέπει να προσλαμβάνεται από τους οργανισμούς ενός τροφικού επιπέδου για να συντηρηθούν είναι 9.000 kg.

Άρα θα υπάρξουν μόνο 3 τροφικά επίπεδα καταναλωτών, δηλαδή 4 τροφικά επίπεδα μαζί με τους παραγωγούς.

.

98

Παράδειγμα 5_______________________________________________Δίνεται το παρακάτω τροφικό πλέγμα:

Η βιομάζα των παραγωγών που καταναλώθηκε ισόποσα από τους καταναλωτές 1ης τάξης σε διάστημα ενός έτους ήταν 10.000 kg. Να υπολογιστεί πόσο αυξήθηκε σε αυτό το διάστημα η βιομάζα του πληθυσμού της κουκουβάγιας. Να θεωρηθεί ότι στις ενδιάμεσες μεταφορές βιομάζας, η βιομάζα οποιουδήποτε οργανισμού μεταφέρεται ισόποσα σε όλους τους καταναλωτές που τρέφονται από αυτόν.Λύση

Αύξηση βιομάζας σαλιγκαριών = 10/100 . 5.000 kg = 500 kg.Τα σαλιγκάρια προσλαμβάνουν ως τροφή το ½ της διαθέσιμης βιομάζας από τα ποώδη φυτά.

Αύξηση βιομάζας στις κάμπιες = 10/100 . 5.000 kg = 500 kg.Οι κάμπιες προσλαμβάνουν ως τροφή το ½ της διαθέσιμης βιομάζας από τα ποώδη φυτά.

Αύξηση βιομάζας στους κότσυφες = 10/100 . 500 + 10/100 . 250 = 75 kg.Οι κότσυφες προσλαμβάνουν ως τροφή όλη τη διαθέσιμη βιομάζα από τα σαλιγκάρια και το ½ της διαθέσιμης βιομάζας από τις κάμπιες.

Αύξηση βιομάζας στις κουκουβάγιες = 10/100 . 75 + 10/100 . 250 =32,5 kg.Οι κουκουβάγιες προσλαμβάνουν ως τροφή όλη τη διαθέσιμη βιομάζα από τους κότσυφες και το ½ της διαθέσιμης βιομάζας από τις κάμπιες.

99

ποώδη φυτά

σαλιγκάρια κάμπιες

κότσυφες

κουκουβάγια

Β.ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ-ΑΣΚΗΣΕΙΣ (σχολικό βιβλίο)

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

1. Σε ένα οικοσύστημα με 4 τροφικά επίπεδα ο μέγιστος αριθμός τροφικών αλυσίδων που μπορούν θεωρητικά να αναπτυχθούν μεταξύ των οργανισμών του είναι 180 και ο ελάχιστος 6. Να βρεθεί ο αριθμός των ειδών των καταναλωτών 1ης τάξης, αν είναι γνωστό ότι υπάρχουν 3 είδη καταναλωτών 2ης τάξης, 2 είδη καταναλωτών 3ης τάξης και ότι το τροφικό επίπεδο με τα περισσότερα είδη είναι αυτό των παραγωγών.

100

2. Σε ένα θαλάσσιο οικοσύστημα παρατηρείται το παρακάτω υποθετικό τροφικό πλέγμα:

α) Να γραφτούν οι τροφικές αλυσίδες. β) Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός των τροφικών αλυσίδων που θα

μπορούσαν θεωρητικά να αναπτυχθούν ; γ) Αν μειωθεί σημαντικά ο πληθυσμός της σουπιάς, να εξηγήσετε

ποιες επιπτώσεις θα παρατηρηθούν στους πληθυσμούς των κωπηπόδων και των διατόμων.

3. Αν η βιομάζα των παραγωγών ενός οικοσυστήματος είναι 3.000.000 kg, να βρεθεί πόσα τροφικά επίπεδα μπορούν να συντηρηθούν, αν η ελάχιστη διαθέσιμη βιομάζα για κάθε τροφικό επίπεδο είναι 1.000 kg.

4. Μια τροφική αλυσίδα περιλαμβάνει 5 τροφικά επίπεδα. Αν το ποσό της ενέργειας που χάνεται συνολικά κατά τη μεταφορά στα ανώτερα τροφικά επίπεδα είναι 19.998 MJ, να βρεθεί η ενέργεια που χάνεται κατά τη μεταφορά από κάθε τροφικό επίπεδο στο επόμενο.

101

φάλαινα φονιάς

σουπιά μπλε φάλαινα φάλαινα φυσητήρας

κωπήποδο κριλ

διάτομα

Γ.ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΦΥΛΛΑΔΙΟ

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Στο παρακάτω τροφικό πλέγμα παρουσιάζονται οι τροφικές σχέσεις

μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος.

α) Να διακρίνετε τους οργανισμούς σε τροφικά επίπεδα. Ποιοι οργανισμοί μπορεί να ανήκουν σε περισσότερα από ένα τροφικά επίπεδα;

β) Αν η βιομάζα στο χορτάρι είναι 10.000 Kg, στη βελανιδιά 1000 Kg και στις μαργαρίτες 200 Kg, ποια αναμένεται να είναι η βιομάζα στους καταναλωτές 1ης τάξης;

γ) Αν οι λαγοί μειωθούν ποιες θα είναι οι επιπτώσεις για τον πληθυσμό 1. των χορταριών, 2. των ποντικών και 3. της τσίχλας

2. Σε ένα οικοσύστημα υπάρχει η τροφική αλυσίδα:ΑΒΓΔΜεταξύ του 2ου και 3ου τροφικού επιπέδου χάνεται ενέργεια ίση με 3,6 x103 kJα) Να βρεθεί η ενέργεια σε όλα τα τροφικά επίπεδα και να γίνει η τροφική πυραμίδα ενέργειας.β) Αν οι οργανισμοί Α είναι καρυδιές, οι Β σκίουροι, οι Γ ψύλλοι και Δ πρωτόζωα πάνω στους ψύλλους, να γίνει η πυραμίδα πληθυσμού του οικοσυστήματος. Να αιτιολογήσετε την μορφή της πυραμίδας.

102

βελανιδιάχορτάρι μαργαρίτα

πασχαλίτσα

μελίγκρα

ποντίκιλαγός

αλεπού

κουκουβάγια

τσίχλα

κάμπια

3. Στον παρακάτω πίνακα σας δίνεται ο αριθμός των ατόμων, καθώς και η βιομάζα κατ' άτομο των οργανισμών Α, Β, Γ, Δ, Ε. Καθένας από τους οργανισμούς αυτούς ανήκει σε ένα μόνο τροφικό επίπεδο.

Οργανισμοί Βιομάζα κατ' άτομο (Kg)

Αριθμός ατόμων

Α 100 40000

Β 10 4000

Γ 20 200

Δ 200 2000

Ε 10 40

α) Να γράψετε την τροφική αλυσίδα στην οποία ανήκουν αυτοί οι οργανισμοί και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.β) Η ενέργεια που εμπεριέχεται στους οργανισμούς του 2ου τροφικού επιπέδου είναι 10kJ/Kg. Να βρεθεί η ενέργεια που εμπεριέχεται στα υπόλοιπα τροφικά επίπεδα.

103