7. Тема экосистемы и биогеоценоз.

1. Экологическая система (экосистема) введено английским ботаником А. Тенсли (1935), — совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределённо долгое время. Примеры экологических систем : луг, лес, озеро, океан. Экосистемы существуют везде — в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по-разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении» всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов, протекающих в них. Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экосистемы, является принцип Ле Шателье — Брауна:

при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

При изучении экосистем анализируют прежде всего поток энергии и круговорот веществ между соответствующими биотопом и биоценозом. Экосистемный подход учитывает общность организации всех сообществ независимо от местообитания. Это подтверждает сходство структуры и функционирования наземной и водной экосистем.

Термины «экологическая система» и «биогеоценоз»( система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах определенной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии.) не являются синонимами. Экосистема — это любая совокупность организмов и среды их обитания, в том числе, например, горшок с цветком, муравейник, аквариум, болото, пилотируемый космический корабль. У перечисленных систем отсутствует ряд признаков из определения Сукачева, и в первую очередь элемент «гео» — Земля. Биоценозы — это только природные образования. Однако биоценоз в полной мере может рассматриваться как экосистема. Таким образом, понятие «экосистема» шире и полностью охватывает понятие «биогеоценоз», или «биогеоценоз» — это частный случай «экосистемы».

Самая крупная природная экосистема на Земле — это биосфера. Граница между крупной экосистемой и биосферой столь же условна, как и между многими понятиями в экологии. Различие преимущественно состоит в такой характеристике биосферы, как глобальность и большая условная замкнутость(при термодинамической открытости). Прочие же экосистемы Земли вещественно практически не замкнуты.

Структура

Любую экосистему прежде всего можно разделить на совокупность организмов и совокупность неживых (абиотических) факторов окружающей природной среды.

В свою очередь экотоп состоит из климата во всех многообразных его проявлениях и геологической среды(почв и грунтов), называемой эдафотопом. Эдафотоп — это то, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты жизнедеятельности.

Структура живой части биогеоценоза определяется трофоэнергетическими связями и отношениями, в соответствии с которыми выделяют три главных функциональных компонента :

комплекс автотрофных организмов-продуцентов, обеспечивающих органическим веществом и, следовательно, энергией остальные организмы (фитоценоз(зеленые растения), а также фото- и хемосинтезирующие бактерии); комплекс гетеротрофных организмов-консументов, живущих за счёт питательных веществ, созданных продуцентами; во-первых, это зооценоз (животные), во-вторых, бесхлорофилльные растения; комплекс организмов-редуцентов, разлагающих органические соединения до минерального состояния (микробиоценоз, а также грибы и прочие организмы, питающиеся мертвым органическим веществом).

В качестве наглядной модели экологической системы и её структуры Ю.Одум предложил использовать космический корабль при длительных путешествиях, например, на планеты Солнечной системы или ещё дальше. Покидая Землю, люди должны иметь четко ограниченную закрытую систему, которая обеспечивала бы все их жизненные потребности, а в качестве энергии использовала энергию солнечного излучения. Такой космический корабль должен быть снабжен системами полной регенерации всех жизненно важных абиотических компонентов (факторов), позволяющих их многократное использование. В нём должны осуществляться сбалансированные процессы продуцирования, потребления и разложения организмами или их искусственными заменителями. По сути, такой автономный корабль будет представлять собой микроэкосистему, включающую человека.

Примеры.Участок лесного массива, пруд, гниющий пень, особь, заселенная микробами или гельминтами — являются экосистемами. Понятие экосистемы, таким образом, применимо к любой совокупности живых организмов и их местообитания. Пищевая цепь представляет собой связную линейную структуру из звеньев, каждое из которых связано с соседними звеньями отношениями «пища — потребитель». В качестве звеньев цепи выступают группы организмов, например, конкретные биологические виды. Связь между двумя звеньями устанавливается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой группы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не использует другие организмы, являясь продуцентами. Чаще всего на этом месте находятся растения, грибы, водоросли. Организмы последнего звена в цепи не выступают в роли пищи для других организмов.

Каждый организм обладает некоторым запасом энергии, то есть можно говорить о том, что у каждого звена цепи есть своя потенциальная энергия. В процессе питания потенциальная энергия пищи переходит к её потребителю. При переносе потенциальной энергии от звена к звену до 80-90 % теряется в виде теплоты. Данный факт ограничивает длину цепи питания, которая в природе обычно не превышает 4-5 звеньев. Чем длиннее трофическая цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к продукции начального.

Цепи питания, пищевые, или трофические, цепи, ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, связанных друг с другом отношениями: пища — потребитель. Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена и т. о. осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80—90%) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в Ц. п. ограничено и не превышает обычно 4—5.

Правила пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем.

пирамида биомассы — характеризующая массу живого вещества — общий сухой вес, калорийность и т.д. (она четко указывает на количество всего живого вещества на новом трофическом уровне) правило пирамиды биомасс суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников (для океана наоборот — пирамида - перевернутая).

пирамида чисел — отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона), закономерность: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается. В основе этой закономерности тот факт, что для уравновешивания массы большого тела нужно много маленьких тел и еще — от низшим трофическим уровням к высшим теряется много энергии;( общее число особей, участвующих в цепях питания, с каждым звеном уменьшается.)

2.Цели уроков: изучить структуру биогеоценоза и биоценоза на примере елового леса, рассмотреть показатели, характеризующие биоценоз.

Задачи:

образовательная: рассмотреть основные компоненты биогеоценоза и биоценоза, выявить продуктивность биоценоза;

развивающая: формировать умение выделять главное, формулировать выводы;

воспитательная: экологическое воспитание, патриотическое воспитание на примере работ В.Н.Сукачева по изучению биоценозов

Формы проведения: экскурсия

Место проведения измайловский парк.

Внутридисциплинарные связи: ботаника, зоология

ХОД УРОКА

По определению В. Н. Сукачева, биогеоценоз (от греч. bios — жизнь, ge — Земля, ценоз — общество) — это совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) на определённом участке поверхности Земли. Контур биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).

Урок – экскурсия. Еловый лес

каждая группа учеников получает задания по соответствующему разделу биологии и готовит исследовательский материал на конференцию “Еловый лес как экосистема”:

1 группа “Растительность”Определить тип леса по основной лесообразующей породе, изучить особенности внешнего облика господствующих деревьев, собрать для гербария представителей массовых видов.

2 группа “Животный мир”. Осмотреть лесную подстилку, стволы деревьев, ветки, кроны и листья, кустарники и траву.

3 группа “Характеристика экосистемы елового леса”. Составить характеристику экосистемы леса.

4 группа “Исследования в еловом лесу”. Изучить состояние атмосферы с помощью растений-индикаторов, степени запыленности воздуха, определить уровень возобновления елового леса, опыт над муравьями – отношение муравья к поднесенной к нему палочке .