Какое максимальное количество консументов второго порядка со средней массой 5 кг сможет прокормиться в сообществе, на поверхность которого поступает 5 · 10⁸ ккал солнечной…
Какое максимальное количество консументов второго порядка со средней массой 5 кг сможет прокормиться в сообществе, на поверхность которого поступает 5 · 10⁸ ккал солнечной энергии, если в 1 кг тела хищника содержится 500 ккал энергии, а КПД фотосинтеза в лесу составляет 1 %? Процесс трансформации энергии с одного уровня на другой протекает в соответствии с правилом Линдемана.
Для решения этой задачи мы откроем основные понятия, связанные с потоками энергии в экосистемах, и применим правило Линдемана. Давайте рассмотрим все шаги по порядку.
Шаг 1: Определение первичных производителей
КПД фотосинтеза в лесу составляет 1%. Это значит, что только 1% солнечной энергии используется первичными производителями (растениями) для создания биомассы.
Поступающая солнечная энергия:
\( E_{\text{солнечная}} = 5 \cdot 10^8 \text{ ккал} \)Энергия, поступающая к первичным производителям: \[ E_{\text{первичные}} = E_{\text{солнечная}} \cdot \text{КПД}_{\text{фотосинтеза}} = 5 \cdot 10^8 \text{ ккал} \cdot 0.01 = 5 \cdot 10^6 \text{ ккал} \]
Шаг 2: Определение консументов первого порядка
Консументы первого порядка (травоядные) потребляют первичных производителей. По правилу Линдемана, только 10% энергии от одного трофического уровня переходит на следующий.
Энергия, доступная консументам первого порядка: \[ E_{\text{консументы 1-го порядка}} = E_{\text{первичные}} \cdot 0.1 = 5 \cdot 10^6 \text{ ккал} \cdot 0.1 = 5 \cdot 10^5 \text{ ккал} \]
Шаг 3: Определение консументов второго порядка
Консументы второго порядка (хищники) потребляют консументов первого порядка. Снова применим правило Линдемана.
Энергия, доступная консументам второго порядка: \[ E_{\text{консументы 2-го порядка}} = E_{\text{консументы 1-го порядка}} \cdot 0.1 = 5 \cdot 10^5 \text{ ккал} \cdot 0.1 = 5 \cdot 10^4 \text{ ккал} \]
Шаг 4: Определение максимального количества консументов второго порядка
Теперь, чтобы найти максимальное количество консументов второго порядка со средней массой 5 кг, нам необходимо узнать, сколько энергии содержится в одном килограмме тела консументов второго порядка:
Энергия в 1 кг тела хищника: 500 ккал.
Следовательно, энергия, содержащаяся в хищнике массой 5 кг: \[ E_{\text{хищник}} = 5 \text{ кг} \cdot 500 \text{ ккал/кг} = 2500 \text{ ккал} \]
Теперь, чтобы найти максимальное количество хищников, мы делим общее количество энергии, доступной консументам второго порядка, на количество энергии, необходимой для одного хищника: \[ N = \frac{E_{\text{консументы 2-го порядка}}}{E_{\text{хищник}}} = \frac{5 \cdot 10^4 \text{ ккал}}{2500 \text{ ккал}} = 20 \]
Ответ
Таким образом, максимальное количество консументов второго порядка, которое сможет прокормиться в сообществе, составляет 20.
