Необходимое техническое средство: IBM-совместимый персональный компьютер, оснащенный пакетом Microsoft Office.
Цели: образовательные:
- сформировать понятие об экосистемах и биогеоценозах; пищевых цепях и трофических уровнях; об экологических пирамидах; о круговороте веществ и роли в них биогенных элементов; расширить и углубить понятии об экологическом сообществе на основе формирования знаний о структуре сообщества;
- формировать монологическую речь естественнонаучного характера.
- развивающие: учить умению сравнивать, обобщать, делать выводы, работать с текстом.
- воспитательная: формировать развитие коммуникативных способностей учащихся на уроке.
Этапы урока:
I>. Организационный момент
II. Актуализация знаний:
Фронтальный опрос:
А) Что такое экологические факторы, какие группы экологических факторов вам известны?
Б) Какие факторы относятся к абиотическим?
В) Какие факторы относятся к биотическим?
Работа по карточкам:
- Перечислите взаимополезные взаимодействия организмов?
- Приведите примеры полезно-нейтральных экологических взаимодействий.
- Оцените роль хищничества в живой природе.
- Какие особенности строения или жизнедеятельности приобрели в живой природе паразитические организмы?
- Каким образом проявляются симбиотические взаимоотношения организмов?
- Какие из типов взаимоотношений между организмами наиболее благоприятны для их жизнедеятельности и широкого расселения на больших территориях?
III. Изучение нового материала:
А) Повторение изученных понятий: автотрофы, гетеротрофы, фототрофы, хемотрофы.
Б) Новый материал.
Уже из этой простой схемы видна тесная вещественно-энергетическая зависимость организмов друг от друга. Значительная часть бактерий, простейших, все грибы и животные относятся к гетеротрофам. Они существуют за счёт автотрофов- растений, меньшей части бактерий и простейших. Автотрофы могут использовать лишь ограниченный круг неорганических веществ- биогенов. Биогенные вещества поступают в окружающую среду за счёт деятельности гетеротрофов, разлагающих растительные остатки и другую мёртвую органику.
Эта взаимная вещественно-энергетическая зависимость связывает в сообществах (биоценозах) виды друг с другом и окружающей неживой природой, откуда поступают биогены и энергия и куда выводятся продукты обмена. В биоценозах возникает и поддерживается круговорот биогенных веществ, получивший название биологический круговорот.
Любые ячейки природы, в которых возникает биологический круговорот вещества, называют экосистемами. Этот термин был предложен в 1935 г. Английским ботаником А.Тенсли. Почти одновременно российский геоботаник В.Н.Сукачёв предложил термин биогеоценоз для обозначения аналогичной системы, которая возникает в пределах фитоценоза, т.е. единицы растительного покрова. Не любую экосистему можно назвать биогеоценозом – границы последнего определяются в природе определённой растительной ассоциаций (луг разнотравный, сфагновое болото и т.д.). Термин же экосистема приложим не только к природным ячейкам разного масштаба, но и к рукотворным: аквариумам, теплицам, полям и пр., если в них присутствуют необходимые компоненты, обеспечивающие круговорот веществ. К этим компонентам относятся: биогенные элементы и три разных по функциям группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты создают биологическую продукцию – органические вещества из биогенных элементов, консументы перерабатывают их в органические соединения собственных тел, а редуценты вновь разлагают эти соединения до усваиваемых продуцентами молекул. В большинстве экосистем функцию продуцентов выполняют растения, консументов - животные, а редуцентов – грибы и бактерии.
Продуценты —> консументы —> редуценты
Конкретная последовательность питающихся друг другом организмов получила название трофическая цепь или цепь питания. Хотя пищевые связи в биоценозах разнообразны и общая трофическая сеть, соединяющая живущие вместе виды, состоит из множества переплетающихся трофических цепей, каждая из этих цепей включает небольшое количество звеньев (трофических уровней). Цепи питания не могут быть длинными, поскольку поступающая в них энергия стремительно иссякает. Её можно проследить всего в четырёх, максимум в шести, звеньях. Энергия не может передаваться бесконечно долго и не может обращаться в экосистеме по кругу, как биогенные вещества. Она должна всё время поступать заново. С одного трофического уровня на другой передаётся только 10% энергии, поступившей на предыдущий. Эта закономерность получила название правило 10%.
Пищевые цепи начинаются обычно с автотрофных организмов, создающих органическое вещество. Это первый трофический уровень. На втором находятся растительноядные организмы, на третьем и далее - плотоядные.
Пищевая сеть обычно состоит из нескольких пищевых цепей, каждая из которых является отдельным каналом, по которому передвигаются вещество и энергия.
Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Скорость накопления энергии первичными продуцентами называется валовой первичной продуктивностью, а скорость накопления органических веществ – чистой первичной продуктивностью. ВПП примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так как часть энергии растения тратят на дыхание. Всего растения усваивают около процента солнечной энергии, поглощённой ими. Вторичная биологическая продукция – это органическое вещество, создаваемое гетеротрофами. Она возникает за счёт первичной чистой продукции и, по правилу передачи энергии по цепям питания, составляет не более 10% от растительного.
Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. Простейшими из них являются пирамиды численности, которые отражают количество организмов (отдельных особей) на каждом трофическом уровне. Для удобства анализа эти количества отображаются прямоугольниками, длина которых пропорциональна количеству организмов, обитающих в изучаемой экосистеме, либо логарифму этого количества. Часто пирамиды численности строят в расчёте на единицу площади (в наземных экосистемах) или объёма (в водных экосистемах).
В пирамидах численности дерево и колосок учитываются одинаково, несмотря на их различную массу. Поэтому более удобно использовать пирамиды биомассы, которые рассчитываются не по количеству особей на каждом трофическом уровне, а по их суммарной массе. Построение пирамид биомассы – более сложный и длительный процесс.
Пирамиды биомассы не отражают энергетической значимости организмов и не учитывают скорость потребления биомассы. Это может приводить к аномалиям в виде перевёрнутых пирамид. Выходом из положения является построение наиболее сложных пирамид – пирамид энергии. Они показывают количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень экосистемы за определённый промежуток времени (например, за год – чтобы учесть сезонные колебания). В основание пирамиды энергии часто добавляют прямоугольник, показывающий приток солнечной энергии. Пирамиды энергии позволяют сравнивать энергетическую значимость популяций внутри экосистемы. Так, доля энергии, проходящей через почвенных бактерий, несмотря на их ничтожную биомассу, может составлять десятки процентов от общего потока энергии, проходящего через первичных консументов.
IV. Закрепление изученного материала.
Ответьте на вопросы:
1. Как соотносятся между собой понятия биогеоценоз, биоценоз, экосистема?
2. Что такое цепи питания, трофический уровень?
3. Сформулируйте “правило десяти процентов”.
4. Что такое первичная и вторичная биологическая продукция?
5. Существует ли круговорот энергии в экосистеме?
6. Что такое экологическая пирамида?
V. Домашнее задание.
- Беляев Д.К., Бородин П.М., Воронцов Н.Н. и др. Общая биология. Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, 2006, параграфы 66-67.