ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА_1

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ФОТОСИНТЕЗА В ЭКОСИСТЕМЕ И ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Цель работы: научиться выполнять расчеты по определению интенсивности фотосинтеза и распределение образующегося органического вещества по трофическим уровням в
рамках темы «Образование и перемещение вещества в биосфере, потоки энергии и биогеохимические циклы»
Основные понятия:
1. Экосистема
Совокупность совместно функционирующих на данном участке организмов, взаимодействующая с внешней средой таким образом, что поток энергии создает определенные
биологические структуры и круговорот веществ между живыми и неживыми частями – представляет собой экологическую систему или экосистему.
В экосистему входят некоторые субстанции (вещества и энергия) и из нее выходят некоторые субстанции. Экосистема обменивается веществом с другими экосистемами и неделимыми компонентами биосферы – атмосферой и гидросферой.
При системном описании каждая экосистема рассматривается как система, состоящая
из определенных блоков; в каждом из блоков существует определенный запас вещества, потоки вещества переходят из одного блока в другой, а также входят в экосистему (входные
потоки) и выходят из экосистемы (выходные потоки).
Каждый блок характеризуется находящемся в нем запасом органического вещества. Запас измеряется в единицах массы на единицу площади или объема. Обычно употребляются
единицы: т/га или г/м2.
Потоком из одного блока в другой является углерод, перемещающийся в данный
момент из блока в блок.
Первичная продукция экосистемы (NPP) – это скорость образования биомассы первичными продуцентами (растениями) в пересчете на единицу площади.
2. Энергия
Для нормального роста, жизнедеятельности и размножения, как организму, так и популяции необходима энергия. Те организмы и популяции, которые используют энергию наиболее эффективно – выживают.
Основным источником энергии на Земле является солнце. Все разнообразие проявленной жизни сопровождается превращениями солнечной энергии. Только часть солнечной
энергии, проникающей во внешние слои атмосферы, достигает поверхности Земли и используется организмами для обеспечения процессов жизнедеятельности. Энергия излучения
улавливается автотрофными организмами в процессе фотосинтеза и запасается в их клетках
в виде химической энергии. Этот первичный поток энергии переносится на другие трофические уровни и она аккумулируется в различных компонентах экосистемы. Превращение
энергии никогда не достигает 100% -ной эффективности. Некоторое количество энергии всегда рассеивается в виде тепла во время переноса.
Зеленые растения, создающие в процессе фотосинтеза органическое вещество, способны утилизировать лишь небольшой процент от поступающей энергии. Исследователем
Транжо в США изучался процесс интенсивности фотосинтеза на примере роста и развития
особей кукурузы.
По его измерениям составлена таблица продуктивности в расчете на 1 гектар и с плотностью посадки 25000 растений (табл. 1), где эффективность фотосинтеза составила 1, 55%.
1
Задание:
Составить таблицу продуктивности соответственно табл. №1 оценить эффективность
фотосинтеза для поля пшеницы и сравнить ее с соответствующей величиной для посева кукурузы.
Характеристика изучаемой экосистемы:
Подзона южных черноземов Северного Казахстана.
Вегетационный период с 1 июня по 31 августа.
Чистая первичная продукция 1515 г/м2 за сезон сухого растительного вещества
Количество золы – 927г/м2.
Дыхание надземной фитомассы пшеницы – 4,2 г СО2/м2 в сутки.
Дыхание корней пшеницы – 2,5г СО2/м2 в сутки.
Количество золы в растительном веществе пшеницы.
Количество солнечной энергии, приходящейся на 1м2, вычисляется с помощью солнечной
постоянной равной двум калориям на 1см2 в мин.
Таблица 1
Продукция и интенсивность фотосинтеза в посадках кукурузы в расчете
на га. Плотность посадки 25000 растений на 1 га
Общий сухой вес растений, включая корни, листья и початки*, NPP в сух.
Весе
Общее содержание золы 25000 растений (минеральный остаток после сжигания)
После вычитания золы: общее содержание органических веществ (кг/га) (эквивалентно содержанию углеводов)
Т.к. в среднем углеводы содержат 44,6 % углерода, то количество С на га
Переводим содержание углерода. NPP, выраженное в глюкозе
Экспериментальные данные: интенсивность дыхания
Дыхание: общее количество выделяемого2 за 100дней роста
Эквивалент углерода в 75000кг СО2
Глюкоза: эквивалент 2,1т углерода
Валовой фотосинтез = NPP+ дыхание
В результате лабораторных экспериментов (калориметрия)
Количество энергии необходимое для получения 1 кг глюкозы – 3760 ккал
Суммарная энергия, затраченная на фотосинтез 1 га кукурузы за 100 дней
20939 x 3760 =
Количество солнечной энергии, приходящееся на 1 га
за 100 дней
15000кг
805кг
14195кг
6331кг
15827кг
75 кг/сут (СО2)
75000кг (СО2)
2045кг (углерод)
5112кг (глюкоза)
20,9(глюкоза)
79000000 ккал
5110000000ккал
*В данном случае общий сухой вес растений принят равным NPP, т.е. чистой первичной продукции.
2
Варианты заданий для определения эффективности фотосинтеза
№№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Район
исследования
Краснодарский край
Краснодарский край
Краснодарский край
Казахстан
Казахстан
Казахстан
Восточная Сибирь
Западная Сибирь
Курская область
Западная Сибирь
Краснодарский край
Краснодарский край
Восточная германия
Ставропольский край
Ставропольский край
Ставропольский край
Красноярский край
Ставропольский край
Украина
Краснодарский край
Западная Сибирь
Красноярский край
Западная Сибирь
Ставропольский край
Ставропольский край
Красноярский край
Украина
Западная Сибирь
Западная Сибирь
Западная Сибирь
Наименование
культуры
Яровая пшеница
Озимая пшеница
Кукуруза
Яровая пшеница
Озимая рожь
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Озимая пшеница
Яровая пшеница
Озимая пшеница
Озимая пшеница
Яровая пшеница
Озимая пшеница
Кукуруза
Ячмень
Яровая пшеница
Овес
Озимая пшеница
Яровая пшеница
Ячмень
Яровая пшеница
Озимая рожь
Яровая пшеница
Яровая пшеница
Вегетационный период
в сутках
100
100
100
90
90
90
80
90
90
90
100
100
90
100
100
100
80
100
100
100
100
80
90
100
100
80
100
90
90
90
Общий
сухой вес
растений,
включая
корни, листья,
NPP(т/га)
5,4
3,7
11,5
2,5
4.3
5,6
1,8
2,9
3,7
2,8
5,6
4,8
6,2
5,9
4,3
3,7
2,5
5,5
2,9
20,5
4,1
1,9
5,8
6,6
3,3
4,9
5,4
2,7
2,3
3,2
Общее содержание
золы (т/га)
0,41
0,3
0,69
0,19
0,26
0,42
0,14
0,22
0,28
0,21
0,42
0,36
0,47
0,47
0,32
0,30
0,19
0,41
0,23
1,23,
0,30
0,14
0,45
0,53
0,25
0,39
0,41
0,22
0,17
0,24
Дыхание:
общее количество выделяемого
СО2 за период роста в
т/га
6,7
6,6
9.4
6,9
5.5
6,7
5.4
6,7
7,5
5,9
7,7
7.7
7.9
6,7
6,7
7,7
5,7
6,7
7,7
10,5
8,4
6,7
9,3
8,2
6,7
5.6
7,7
8.4
6,7
6,7
3