Саморазвитие экосистемы

Цель: сформировать представление о развитии и смене биогеоценозов.

Задачи.

1. Познакомиться с понятием «экологическая сукцессия», её видами, природой и механизмом.
2. Получить представление о стадиях сукцессионных изменений.
3. Определить характер воздействия человека на развитие экосистем.
4. Выяснить каково значение знаний о сукцессиях для человека.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Методы: проблемное изложение знаний, беседа, частично-поисковый, наглядные.

Оборудование: презентация к уроку «Саморазвитие экосистемы», проектор, компьютер, экран.

Ход урока

I. Организационный момент.

1. Проверить явку учащихся
2. Проверить готовность класса к уроку

II. Актуализация знаний учащихся.

Что такое экосистема?

– Экосистема – любое сообщество живых существ вместе с его физической средой обитания, функционирующее как единое целое.

Приведите примеры экосистем.

– Пруд, океан, тундра лишайниковая, сосновый лес, дождевой (тропический) лес, болото сфагновое, суходольный луг, каменистая пустыня, аквариум, лесопарк, пшеничное поле.

Экосистема – понятие широкое и применимое как к естественным, так и к искусственным комплексам. Какое понятие применяется для обозначения элементарной природной экосистемы?

– Биогеоценоз – исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (биотопом).

Чем обеспечивается устойчивость сообщества?

1. Видовое разнообразие – чем больше видовое разнообразие, тем шире возможность адаптации сообщества к изменившимся условиям среды. Исчезновение одного вида будет компенсироваться за счёт других видов, близких к выбывшему по своей специализации.
2. Морфологическая структура – показатель разнообразия условий, богатства и полноты использования ресурсов среды, характеризует устойчивость сообщества, способность противостоять условиям внешней среды.
3. Пространственная структура – показатель устойчивости сообщества, разнообразия условий жизни организмов, полноты использования организмами ресурсов среды, способности противостоять внешним условиям.
4. Трофическая структура поддерживает целостность сообщества благодаря пищевым связям, которые осуществляют непрерывный вещественно-энергетический обмен между живым и неживым веществом природы.
5. Числом звеньев в цепи питания.
6. Саморегуляцией.
7. Самовозобновлением.

В сообществах постоянно происходят изменения. Изменяется их видовой состав, численность, тех или иных организмов, трофическая структура, пространственная структура, продуктивность и другие показатели. Сообщества меняются во времени.

III. Изучение нового материала.

Тема урока (Слайд 1)

Цели и задачи урока (слайд 2)

Понятие смены биогеоценоза (Слайд 3)

• Наблюдая за каким-либо биогеоценозом в течение ряда лет, можно заметить, что в нём меняются условия жизни, появляются новые виды, подчас обладающие сильными средообразующими свойствами, что сказывается на взаимоотношениях видов, входящих в биогеоценоз, и на его структуре.
• Одни изменения непродолжительны => сообщество легко восстанавливает свою стабильность
• Другие приводят к существенным изменениям общей структуры биогеоценоза, замене господствующих видов. => Изменяются строение и особенности взаимоотношений между организмами. => Биогеоценоз становится качественно отличным от того, который был раньше: с новым типом круговорота веществ, иной направленностью потока энергии, новым составом видов и особым ритмом их развития, с иной продуктивностью.

Попробуем разобраться в понятиях стабильность и динамизм.

– Стабильность – постоянство, динамизм – изменение.

Древнегреческий учёный Гераклит пришёл к выводу, что мир постоянно меняется. Ему принадлежит крылатая фраза: «В одну и ту же реку нельзя войти дважды».

В природе существуют как стабильные, так и нестабильные экосистемы

(Слайд 4)

• Стабильные – длительно существующие устойчивые экосистемы (дубрава, ковыльная степь, ельники тёмнохвойной тайги)
• Нестабильные – пустоши, сырые луга, мелкие водоёмы

Что произойдёт с пахотным полем, если его прекратить возделывать? (Слайд 5)

– На месте поля появится лес

Что произойдёт с сообществом после пожара? (Слайд 6)

– На месте гари со временем появится новое сообщество

Что произойдёт с сообществом при постепенном зарастании озера? (Слайд 7)

– Озеро превратиться в болото

Вывод: Сообщества изменятся, на месте прежнего сообщества появится новое.

Что такое сукцессия? (Слайд 8)

– Сукцессия – последовательная смена одних сообществ – другими на определённой территории в результате действия природных факторов или воздействия человека.

Учение о сукцессии разработали американские ботаники Г. Коулес в 1899 г. и Ф. Клементс в 1916 г.

Как происходит управление сукцессией? (Слайд 9)

– Сукцессия управляется самим сообществом

• Не зависит от местоположения
• Не зависит от видовой принадлежности составляющих её организмов.
• Сукцессия – это закономерный и направленный процесс.

Чем может быть вызвана смена сообщества? (Слайд 10)

– Естественный путь: изменение климата, изменение рельефа, почвообразование, природные катаклизмы, изменение гидрологического режима, деятельность самих организмов, суточные изменения, сезонные изменения, эволюционные процессы.

Чем может быть вызвана смена сообщества? (Слайд 11)

– Деятельностью человека. Может продлить жизнь сообщества (оазис в пустыне, рекультивация земель и т.д.) Может сократить жизнь сообщества (вырубка леса, осушение болот, загрязнение окружающей среды, распашка степей и т.д.)

Чем обусловлена деятельность сукцессии? (Слайд 12)

– Экзогенетическая смена – действие внешних геохимических сил (ураган, землетрясение, пожары, изменение рельефа, изменение почвы, изменение гидрологического режима, деятельность человека и т.д.)

Эндогенетическая смена – внутренние противоречия (резкое увеличение численности одного из видов, изменение связей, новые адаптации организмов, изменение структуры сообщества).

(Слайд 13) 1938 г. В.Н. Сукачёв: экзогенетическая смена D эндогенетическая смена

Итог: формирование сообщества, наиболее адаптированного по отношению к комплексу климатических условий.

Какова основная причина неустойчивости экосистем? (Слайд 14)

• Несбалансированный круговорот веществ.
• Деятельность одних организмов не компенсируется деятельностью других.
• Условия среды изменяются.
• Популяции одних видов вытесняются другими, для которых новые условия экологически более выгодны.
• Биогеоценозы со сбалансированным круговоротом веществ могут существовать бесконечно долго, пока внешние силы не выведут их из состояния равновесия.

Равновесие в биоценозах бывает трёх типов (Слайд 15)

Общее дыхание сообщества – это суммарные энергозатраты.

• В идеальном случае процессы продуцирования уравновешиваются процессами дыхания. Биомасса организмов остаётся постоянной, а сама система неизменной, или равновесной. Создание веществ = расходу веществ (замкнутое сообщество)
• Создание веществ + приток извне = расходу веществ (открытое сообщество)
• Создание веществ + изъятие < расхода веществ (сельскохозяйственные экосистемы)

В экосистемах происходит смена количества биомассы. Что такое прибыль биомассы? Что такое убыль биомассы? (Слайд 16)

Прибыль биомассы

Расход энергии < прироста биомассы продуцентов => накопление органического вещества, избыток ресурсов. Появятся виды, которые смогут их освоить.

Убыль биомассы

Расход энергии > прироста биомассы. Недостаток ресурсов. Часть видов вымирает.

В чем состоит главная особенность экологической сукцессии? (Слайд 17)

Изменения сообщества всегда происходят в направлении, возвращающем его к равновесному состоянию.

В экологических системах уравновешиваются процессы создания и разрушения органического вещества автотрофами и гетеротрофами за счёт деятельности множества видов.

Каждая стадия сукцессии представляет собой сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм. Они сменяют друг друга, пока не наступит состояние устойчивого равновесия.

Каковы основные типы сукцессионных изменений? (Слайд 18-21)

Основные типы сукцессионных изменений проходят:

1. По выраженному автотрофному типу (поле → лес), т.к. в первый момент появляются автотрофные организмы.
2. По гетеротрофному типу (загрязнение реки органическими удобрениями).

Обратимся к вопросу классификации сукцессий (Слайд 22)

• Прогрессивные – в ходе которых повышается продуктивность и видовое богатство.
• Регрессивные – носят обратный характер.
• Природные – естественные.
• Антропогенные – участвует человек.
• Постоянные и непостоянные – по масштабу времени, обратимости.
• Первичные – начинаются на лишённом жизни месте.
• Вторичные – развиваются на месте существовавшего ранее сообщества.

Где может возникнуть первичная сукцессия? Что означает выражение «участки, лишённые жизни»? (Слайды 23-25)

– Происходит заселение голых скал, осыпей, отмелей, искусственных водоёмов, сыпучих песков, отвалов, созданных человеком.

Сколько времени потребуется на развитие различных стадий первичной сукцессии? Какова скорость протекания первичной сукцессии? Как именно будет проходить первичная сукцессия? (Слайды 26-27)

Стадии заселения новых пространств при первичной сукцессии (скорость невелика, длительна по времени 200-300 лет и более)

Выветривание горных пород → Разрушение горных пород лишайниками, накопление органических и минеральных веществ → Появление травянистых растений → Появление кустарников → Формирование комплекса видов, характерных для данного типа экосистем → Появление в экосистеме устойчивости и саморегуляции.

Где может возникнуть вторичная сукцессия? Сколько времени потребуется на развитие различных стадий вторичной сукцессии? Какова скорость протекания вторичной сукцессии? (Слайд 28-30)

Вторичная сукцессия – развивается на месте ранее существовавшего сообщества.

Нарушения экосистемы происходят после: лесного пожара, рубки леса, вспашки целины, раскорчевки площадей, занятых лесом, устройства пруда и т.д.

Скорость восстановления сообщества при вторичной сукцессии выше, чем при первичной сукцессии, т.к. первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву.

Продолжительность вторичной сукцессии по времени меньше (150-200 лет), чем при первичной сукцессии.

Как именно будет проходить вторичная сукцессия? (Слайды 31-33)

Стадии развития вторичной (восстановительной) сукцессии

Изменение территории → Внесение новых видов животных и растений → Адаптация организмов → Формирование нового сообщества

Сообщества изменяются во времени. Каково значение сукцессии? (Слайд 34)

1. Сменяется видовой состав (соперничество за ресурсы)
2. Смена доминирующих видов
3. Повышение видового разнообразия
4. Увеличивается время жизнедеятельности видов
5. Увеличение биомассы органического вещества
6. Изменяется обилие тех или иных групп организмов
7. Изменяется трофическая структура
8. Изменяется пространственная структуры
9. Изменяется морфологическая структура
10. Изменяется продуктивность сообщества и все остальные показатели.
11. Снижение скорости прироста биомассы и увеличение количества энергии, требуемой для поддержания жизни.
12. Меняется облик сообщества и функционирование экосистемы

Чем определяется продолжительность сукцессии? (Слайд 35)

Продолжительность сукцессии определяется структурой сообщества, природными катаклизмами, видом сукцессии, возрастом сообщества, масштабом сукцессии, периодическими изменениями климата, физическим окружением.

Рассматривая сукцессии, мы знакомились со стадиями развития сукцессии. Что же такое сукцессионный ряд? (Слайд 36)

Сукцессионный ряд – последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном сообществе.

В сукцессионном ряду каждый сериальный биоценоз представляет собой определённую стадию конечного сообщества – климаксного.

Чем коренной биогеоценоз отличается от временного биогеоценоза?

(Слайды 37-39)

Коренной биогеоценоз – биогеоценоз, характеризующийся устойчивым стабильным состоянием и большим разнообразием видов, находящийся в равновесии с окружающей средой и способный поддерживать самого себя долгое время, называют коренным или конечным.

Временные биогеоценозы не могут долго находиться в состоянии устойчивого равновесия и потому быстро заменяются другими. Обычно это связано с тем, что средообразующая деятельность основных видов такого биогеоценоза производит настолько глубокие изменения в биотопе, что жизнь их самих и многих сопутствующих им видов становится невозможной. В то же время здесь появляются условия для внедрения новых видов, в том числе обладающих сильными средообразующими свойствами. Часто такие виды оказываются ведущими компонентами другого, нового биогеоценоза, который со временем и заменит предыдущий.

Временные биогеоценозы характеризуются неполнотой биологического круговорота, отличаются небольшой продолжительностью существования и потому называются «временными».

Кому принадлежит заслуга в раскрытии механизма сукцессии? В чем заключается механизм сукцессии? (Слайд 40)

Н.Ф. Реймерс

Механизм сукцессии заключается в том, что биотическое сообщество, создавая биосреду и поддерживая её, постепенно «стареет». Накапливаются условия для его деградации из-за того, что возникают предпосылки для образования более сложного сообщества или более соответствующего условиям среды. «Постаревшее сообщество закономерно сменяется другим, вплоть до образования стабильной экосистемы.

Определим масштабы сукцессии (Слайд 41)

Мелкомасштабные и кратковременные (земляные выбросы кротов, завалы деревьев в лесу, сусликовины в степях, днища высохших луж и т.д.)

Крупномасштабные и долгосрочные

Сравним зрелое и молодое сообщество (Слайды 42-43)

Учитель называет признаки зрелого (лес) и молодого сообщества (пахотные земли). Учащиеся определяют принадлежность указанного признака к зрелому или молодому сообществу. После завершения работы появляется на экране слайд 43.

1. Достигнуто состояние равновесия, стабильность (зрелое сообщество)
2. Не достигнуто состояние равновесия (молодое сообщество)
3. Высокая насыщенность организмами (зрелое сообщество)
4. Небольшая насыщенность организмами (молодое сообщество)
5. Разнообразная трофическая структура (зрелое сообщество)
6. Менее разнообразна трофическая структура (молодое сообщество)
7. Уравновешенность между энергией, получаемой извне и используемой для поддержания жизни (зрелое сообщество)
8. Противостоит изменениям физических факторов и некоторым видам химических загрязнений (зрелое сообщество)
9. Более уязвимы по отношению к внешним факторам (молодое сообщество)
10. Энергия, доступная организмам, тратится на поддержание жизни (зрелое сообщество)
11. Способно продуцировать новую биомассу в гораздо больших количествах (молодое сообщество)
12. Человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая на ранних стадиях сукцессии сообщество (молодое сообщество)

Вывод 1 – формируется в результате беседы (Слайд 44)

Вековые смены отражают историю развития биосферы

• Биогеоценозы находятся в постоянном развитии
• Даже хорошо сложившееся коренное сообщество, хотя и довольно медленно, изменяется. Такие сукцессии охватывают очень длительные периоды времени, поэтому их называют вековыми сменами экосистем.
• Они происходят в связи с изменением климата на планете, рельефа и других свойств поверхности Земли.
• Вековые смены начинаются не с заселения не занятых жизнью местообитаний, а с перестройки внутренних связей уже сложившихся и функционирующих биогеоценозов. Этот процесс сопровождается и эволюцией самих видов, появлением среди них более адаптированных к новым условиям.
• Развитие и смена живого покрова на нашей планете, многообразие видов и биогеоценозов тесно связаны с вековыми сменами, идущими на Земле с момента появления на ней живого вещества и биосферы.

Вывод 2 – формируется в результате беседы (Слайд 45)

Важно осознавать последствия экологических нарушений, совершаемых в погоне за экономической выгодой

• Нужно уделять одинаковое внимание зрелым и молодым сукцессионным стадиям.
• Человек может сократить или продлить жизнь сообщества.
• Необходимо нормировать антропогенную нагрузку на сообщество.
• Превращение нашей биосферы в один обширный ковёр пахотных земель таит в себе огромную опасность.
• Определённые ландшафты должны быть представлены естественными сообществами.

IV. Домашнее задание.

§ 86, материалы презентации к уроку. Создать фотоальбом «Первичные сукцессии», «Вторичные сукцессии», «Антропогенные сукцессии».

Литература

1. Белова Н.И., Наумова Н.Н. Экология мастерских. Методическое пособие – СПб., 2004.
2. Биология. Введение в общую биологию и экологию: учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений/Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. – М., 2010.
3. Общая биология. 10-11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений/Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. – М., 2010.
4. Основы экологии: учебник для 10-11 классов общеобразовательных учреждений/Чернова Н.М., Галушин В.М, Константинов В.М. – М., 2010.