Изменения в экосистемах. Саморазвитие экосистемы - ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ

Цели: расширить знания экосистемы, ее закономерности; выявить закономерности изменчивости биогеоценозов, основные факторы, которые эти изменения вызывают; убедиться в том, что знания об изменениях в природных биогеоценозах необходимы для их охраны.

Оборудование: таблицы “Биогеоценоз дубравы”, “Биогеоценоз пресного водоема”, “Зарастание водоема”, карточки-задания для проверки знаний, раздаточный дидактический материал.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка знаний по теме “Поток веществ и энергии в экосистеме. Продуктивность сообщества”

I. Индивидуальная работа по карточкам (См. приложение 2).

Карточка № 1

(Ответы: 1 — консумент; 2 — сообщество; 3 — биогеоценоз; 4 — редуценты; 5 — ярусность; 6 — продуктивность; 7 — круговорот; 8 — автотроф; 9 — подстилка; 10— детрит; 11 — биомасса).

Карточка № 2

(Ответы: 1 — а; 2— а; 3 — в; 4 — в; 5 — б; 6 — а; 7—а; 8—а; 9—а; 10—г).

Карточка № 3

Составляем пищевую цепь, используя условие задачи:

растения — растительноядные насекомые — летучая мышь.

Найдем массу, набранную каждым из детенышей самки летучей мыши после рождения:

4,5 г — 1 г — 3,5 г; 3,5 г х 2 = 7 г.

Подставляем цифру 7 г — набранный вес двух детенышей за месяц — в схему пищевой цепи и получаем ответы: растения — 700, растительноядные насекомые — 70 г.

Карточка № 4

Ответ:

1) Одна жаба съедает за 150 дней 750 г слизней (5 гх 150 = 750 г).

2) 10 жаб съедает за 150 дней 7500 г.

3) Жабы на поле площадью 10 га за теплое время года уничтожают 75000 г = 75 кг слизней.

Составим пищевую цепь:

Культурные растения → Слизни → Жабы.

Анализируя цепь питания, следует отметить, что в регуляции численности вредителей (видов-конкурентов человека за возделываемые культурные растения) участвуют организмы последующего пищевого звена, что в итоге сохраняет урожай. Легко подсчитать, используя правило экологической пирамиды, что жабы сохраняют от поедания растения массой 750 кг (100 жаб на 10 га за 150 дней).

2. Фронтальная работа с классом.

Экологическая разминка.

На столах карточки (раздаточный материал) или учитель проводит работу на слух.

— Общая биомасса живого вещества на нашей планете составляет около 2000 млрд т. Она распределена между водными и наземными экосистемами. Выберите характеристики, соответствующие экосистемам суши и мирового океана.

Коды ответов:

1) защищают более 2/3 поверхности земного шара;

2) занимают около 1/3 поверхности земного шара;

3) дают 2/3 всей продукции биосферы;

4) дают 1/3 всей продукции биосферы;

5) основными продуцентами биомассы являются одноклеточные растительные организмы;

6) основными продуцентами биомассы являются высшие растения;

7) главные запасы фитомассы находятся в умеренном поясе;

8) главные запасы фитомассы находятся в тропических областях;

9) запасы фитомассы распределены равномерно;

10) фитомасса составляет 1/20 часть общей биомассы;

11) фитомасса составляет более 90% общей биомассы;

12) пирамида биомассы прямая;

13) пирамида биомассы перевернутая.

(Ответы: экосистема суши — 2, 3, 6, 8, 11, 12; экосистема океана - 1,4, 5, 7, 10, 13.)

— Рассмотрите по таблице биогеоценоз пресноводного водоема, назовите структурные компоненты биогеоценоза водоема, определите, достаточно ли устойчива эта система.

(Ответ: система устойчива, так как:

1) присутствуют четыре основных структурных компонента — продуценты, консументы, разрушители и абиотический компонент;

2) в водоеме существует множество цепей питания, через которые проходит направленный поток веществ и энергии;

3) биогеоценоз обладает высоким видовым разнообразием (в водоеме обитает большое число видов);

4) популяции разных видов хорошо приспособлены к совместному обитанию и факторам неживой природы, благодаря чему в биогеоценозе обеспечивается достаточно полный круговорот веществ.)

— Такие водоемы существуют многие десятилетия.

— Может ли произойти так, что устойчивость и стабильность этой системы нарушится? Если да, то по каким причинам?

— Рассмотрите по таблице биогеоценоз дубравы, назовите структурные компоненты биогеоценоза дубравы, определите, устойчива ли эта система. Сравните эту систему с биогеоценозом пресного водоема по степени устойчивости. (В биогеоценозе дубравы обитает большее разнообразие видов, цепи питания носят также более разветвленный характер, популяции разных видов более тонко приспособлены к совместному обитанию, поэтому круговорот веществ в такой системе протекает полнее, чем в водоеме. Дубраве присуща более высокая эффективность использования одной группой продуктов жизнедеятельности другой группы. В результате всего вышесказанного эта экосистема существует сотни лет, она более устойчива и стабильна.)

— Высокое видовое разнообразие, как нам известно, является одним из основных условий устойчивости экологических систем. Как это можно объяснить?

— Высокое видовое разнообразие обеспечивает следующие свойства сложных экологических систем.

1) Взаимная дополнительность частей

В сообществах уживаются те виды, которые делят между собой экологические ниши и дополняют друг друга в использовании ресурсов среды (солнечной энергии, минеральных веществ, разных видов пищи и т.д.).

Взаимная дополнительность видов, созидающих и разрушающих органическое вещество, лежит в основе биологических круговоротов.

2) Взаимозаменяемость видов

Экологические ниши многих видов частично перекрываются, выпадение или снижение активности какого-нибудь одного из них не опасно для экосистемы. Его функцию берут на себя другие, при этом разные звенья круговорота веществ продолжают действовать.

3) Регуляторные свойства

В биогеоценозах постоянно происходят изменения под влиянием факторов окружающей среды, устойчивость таких систем динамична.

Способность к саморегуляции — одно из основных условий существования сложных систем. Саморегуляция возникает на основе обратных связей. Принцип отрицательной обратной связи заключается в том, что отклонение системы от нормы приводит в действие силы, направленные на возвращение ее в нормальное состояние. Например, увеличение численности жертв вызывает увеличение численности хищников и паразитов. Повышение плотности популяции сверх определенных уровней так изменяет связи внутри вида, что падает воспроизводительная способность или усиливается рассредоточие особей в пространстве.

Чем разнообразнее биоценозы и чем сложнее структура популяций, тем успешнее осуществляется их саморегуляция.

4) Надежность обеспечения функций

Главные функции биоценоза в экосистеме — создание органического вещества, его разрушение и регуляция численности видов — обеспечивается множеством видов, как бы страхующих деятельность друг друга. Например, численность насекомых могут сдерживать многоядные хищники, при более высокой численности — специализированные паразиты, при еще более высокой — возбудители инфекционных заболеваний или ужесточение конкурентных отношений и внутрипопуляционных отношений.

Разложение целлюлозы — сложного и прочного компонента растительных тканей — могут осуществлять специализированные бактерии, разные виды плесневых и шляпочных грибов, мелкие почвенные клещи — сапрофаги, личинки насекомых и другие животные, в кишечниках которых вырабатываются необходимые ферменты.

— Таким образом, разнообразие видов в экосистемах обеспечивает надежность их функционирования. На основе всего сказанного выше, легко понять, что снижение уровня биологического разнообразия отражается на устойчивости всех систем и переходит границы самовосстановительных возможностей природы.

— Вспомним, от чего зависит видовое разнообразие экосистем? (От географического положения (возрастает с севера на юг); от климатических условий (высокое в благоприятных условиях); от возраста экосистемы (чем старше, тем выше ее видовое богатство).)

— Отсюда ясно, что далеко не все биогеоценозы обладают высоким видовым разнообразием, а значит и устойчивыми их назвать нельзя.

— В природе существуют как стабильные, так и нестабильные экосистемы. Дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги, тропический лес — это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем. Распаханный участок, мелкий водоем, если их предоставить самим себе, быстро изменяются. Они постепенно зарастают другой растительностью, заселяются другими животными и превращаются в экосистемы иного типа.

— Чем вызваны эти изменения? Определим факторы, под влиянием которых на смену одного биогеоценоза приходит другой, познакомимся с закономерностями изменений биогеоценозов.

III. Изучение новой темы

Организуется работа с текстом учебника с использованием плана (по учебнику А.А. Каменского, §5.5, по учебнику И.Н. Пономаревой, §58).

1. Понятие экологических сукцессий.

• Экологические сукцессии.

• Равновесная система. Тип равновесия.

• Сущность экологических сукцессий.

• Главная особенность экологической сукцессии.

2. Типы экологических сукцессий.

• Сукцессионные смены с участием как автотрофного, так и гетеротрофного населения:

— первичные сукцессии;

— вторичные сукцессии.

• Сукцессионные смены с участием лишь гетеротрофов.

3. Значение сукцессий.

• Свойства сукцессионных изменений (общие закономерности саморазвития биогеоценозов).

4. Продолжительность сукцессии.

5. Значение экологической сукцессии.

• Продуктивность сообществ на разных этапах сукцессий.

• Значение знаний законов экологических сукцессий в деятельности человека.

IV. Закрепление изученного материала

На столах карточки “Саморазвитие экосистемы” (раздаточный материал) (См. приложение 2).

Ответы:

Задание № 1

Непроточное озеро постепенно будет зарастать. Сначала образуются торфянистые отложения, озеро мелеет, зарастает с краев и превращается в болото. Оно сменяется мокрым лугом, луг — кустарниками, а затем лесом. Этот процесс смены экосистем называется сукцессией. Состав организмов при этом естественно меняется.

Задание № 2

Это связано с тем, что “пришельцы”, как правило, хуже приспособлены к местным условиям, чем длительно живущие и совместно эволюционирующие здесь виды. Последние являются более конкурентоспособными в этих условиях и практически никогда не допускают в свои группировки другие виды. В нарушенных сообществах конкурентная мощь местных видов ослаблена за счет внешних сил, либо эти виды попросту уничтожены, что благоприятствует прорастанию “пришельцев”. Задание № 3

Слонам требуется много пищи. Питаются они преимущественно веточным кормом кустарников и деревьев. Если численность слонов достаточно высока, то за короткий период они могут уничтожить (съесть и сломать) древесно-кустарниковую растительность, превратив лесистую местность в степной ландшафт.

Задание № 4

Уменьшение численности кроликов, а также выпаса домашних животных.

Задание № 5

Типы сукцессионных изменений:

I. Первичная сукцессия.

II. Вторичная или восстановительная.

III. Сукцессия развития.

Молодое (незрелое) сообщество способно продуцировать новую биомассу в больших количествах, так как на первых этапах сукцессии видовой состав сообществ еще беден, пищевые цепи коротки и не вся часть прироста растительной массы потребляется гетеротрофами. Поэтому чистая продукция биоценоза, его “урожай” оказывается высоким.

Искусственно поддерживая сообщество на ранних стадиях сукцессии, человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции.

Домашнее задание

По учебнику А.А. Каменского, §5.5, работа с планом, терминами;

по учебнику И.Н. Пономаревой, §58, 59, работа с планом, терминами.