Тема. ПОПУЛЯЦИЯ, ЭКОСИСТЕМА, БИОСФЕРА

УРОК 32. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ. ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ

Цели урока: рассмотреть особенности круговорота веществ и потока энергии в экосистемах и влияние человеческой деятельности на эти процессы, сравнить производительность различных экосистем; развивать навыки анализа и синтеза информации; воспитывать понимание единства всего живого на нашей планете.

Оборудование и материалы: таблицы или слайды презентации со схемами круговорота различных элементов в экосистемах, таблицы с данными по продуктивности различных экосистем, фотографии или рисунки различных экосистем.

Базовые понятия и термины: круговорот Углерода, круговорот Кислорода, круговорот Азота, экосистема, продуктивность, видовой состав, природные условия, солнечная радиация.

ХОД УРОКА

I. Организационный этап

II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности учащихся

Вопросы для беседы

1. Какие типы взаимодействия живых организмов в экосистемах вам известны?

2. Какие примеры взаимодействия организмов в экосистеме можно назвать хищением?

3. Какие примеры взаимодействия организмов в экосистеме можно назвать паразитизмом?

4. Чем мутуализм отличается от коменсалізму?

III. Изучение нового материала

Рассказ учителя с элементами беседы

Круговорот веществ

Биологический круговорот - это многократная участие химических элементов в процессах, которые происходят в биосфере. Причина круговорота - ограниченность элементов, из которых строится тело организмов.

В биосфере происходит постоянный круговорот элементов, которые переходят от организма к организму, в неживую природу и снова в организм. Элементы, которые высвобождаются микроорганизмами время гниения, поступают в почву и атмосферу, вновь включаются в круговорот веществ биосферы, поглощаясь живыми организмами. Весь этот процесс и будет біогенною миграцией атомов. Для биогенной миграции характерным является накопление химических элементов в живых организмах, а также их высвобождения в результате разложения мертвых организмов. Биогенная миграция вызывается тремя процессами:

• обменом веществ в организмах;

• ростом;

• размножением.

Определение биогенной миграции химических элементов, которая вызвана силами жизни, дал В. И. Вернадский (Закон биогенной миграции атомов). Биогенная миграция является частью общей миграции химических элементов биосферы. Главной геохимической особенностью живого вещества является то, что она, пропуская через себя атомы химических элементов земной коры, гидросферы и атмосферы, осуществляет в процессе жизнедеятельности их закономерную дифференциацию.

С экологической точки зрения, важнейшими есть круговороты веществ, которые являются основными компонентами живого вещества:

• круговорот Кислорода;

• круговорот Углерода;

• круговорот Азота;

• круговорот Серы;

• круговорот Фосфора;

• круговорот воды.

Круговорот Оксисена

Оксиген распространен в живых организмах в составе химических соединений, а в атмосфере он представлен двумя простыми веществами - кислородом O₂ и озоном O₃. Кислород попадает в атмосферу в результате фотосинтеза, когда выделяется как побочный продукт фотохимической реакции. Озон образуется в верхних слоях атмосферы в результате поглощения кислородом ультрафиолетового излучения Солнца. Живые организмы используют кислород в процессе дыхания для окисления органических соединений в карбон(IV) оксида и воды, которые затем снова могут использоваться в процессе фотосинтеза.

Круговорот Карбона

Природные соединения, в состав которых входит Карбон, постоянно претерпевают изменения, в результате которых осуществляется кругооборот Карбона. Важная роль в круговороте Углерода принадлежит карбон(IV) оксида, который входит в состав атмосферы. Этот газ поступает в атмосферу в результате многих процессов -извержения вулканов, горение топлива и разложение известняка, дыхание живых организмов, процессов брожения и гниения.

С воздуха СO₂ в значительных количествах поглощается наземными растениями и фитопланктоном Мирового океана. Процесс поглощения СO₂ происходит только на свету - фотосинтез, в результате которого образуются органические соединения, содержащие Карбон.

Из растений, которые поедаются животными, Карбон переходит в животные организмы. Животные выделяют Карбон в виде углекислого газа во время дыхания. Растения и животные со временем отмирают, начинают гнить, окисляться и частично превращаться в СO₂, возвращается в воздух и снова поглощается растениями. А частично растительные и животные остатки в почве превращаются в горючие ископаемые - каменный уголь, нефть, природный газ. Горючие ископаемые используют как топливо, в результате сгорания которого СO₂ снова возвращается в атмосферу.

Круговорот Азота

В природе Азот встречается как в свободном состоянии, так и в связанном. В свободном состоянии Азот в виде азота входит в состав воздуха (объемная доля N₂ составляет 78 %, массовая - 75,6 %). Поскольку азота с воздух расходуется мало, его запасы в атмосфере остаются постоянными. В составе неорганических соединений Азот в небольших количествах есть в почве. Однако в сложных органических соединениях - белках - он входит в состав всех живых организмов, участвуя в их жизнедеятельности.

Непосредственно из воздуха Азот в виде азота усваивают лишь некоторые бактерии, а все остальные организмы способны усваивать Азот только в составе соединений. Растения усваивают Азот неорганических соединений, как и в почве, в виде ионов NH₄ i NO₃. В растениях осуществляется синтез белков. Растения частично поедаются травоядными животными, и белковые вещества попадают в организма животных. Во время гниения остатков растений и животных под влиянием специальных бактерий происходят сложные биохимические процессы, в результате которых органические соединения, содержащие Азот, превращаются в неорганические соединения Азота, которые возвращаются в почву.

Поток энергии в экосистемах, продуктивность экосистем

В біогеоценозі энергия накапливается в виде химических связей органических соединений, синтезированных продуцентами с неорганических веществ. Далее она проходит через организмы консументів и редуцентів, но при этом на каждом из трофических уровней частично рассеивается в виде тепла.

Пищевая (трофическая) цепь - взаимоотношения между организмами при переносе энергии пищи от ее источника (зеленой растения) через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими из более высоких трофических уровней. В цепи питания каждый вид занимает определенное звено. Связи между видами в пищевой цепи называются трофическими.

Во время переноса энергии от звена к звену пищевой цепи подавляющая ее часть (80-90 %) теряется во время выделения теплоты.

Каждая цепь питания состоит из определенного количества видов, то есть отдельных звеньев. При этом каждый из этих видов будет занимать в цепи питания определенное положение, или трофический уровень. В начале цепей питания, как правило, находятся продуценты, то есть автотрофні организмы. А трофический уровень консументів (гетеротрофных организмов) определяют тем количеством звеньев, через которую они получают энергию от продуцентов.

Так, растительноядные животные занимают трофический уровень, следующий за продуцентами. Поэтому их называют консументами И порядке.

Далее идет уровень хищников, которые питаются рослиноїдними видами (консументи II порядка) и т.д. Если консументи потребляют разные виды пищи, то в разных цепях питания они могут занимать разные трофические уровни.

Часть биомассы отмерших продуцентов (например, лиственный опад), которая до этого не была употреблена консументами, а также остатки или продукты жизнедеятельности самих консументів (например, трупы, экскременты животных), является кормовой базой редуцентів. Редуценти получают необходимую им энергию, разлагая органические соединения до неорганических.

В конце цепи питания энергия, которая хранится в мертвой органике, окончательно рассеивается в виде тепла под время разрушения ее редуцентами.

Энергия в биогеоценозах будто разделяется на два потока: один начинается с живых организмов - продуцентов, второй - от мертвой органики. Вследствие этого в биогеоценозах формируются два типы цепей питания: пастбищного (цепи вчистую) и детритного (детрит (от лат. детритус - измельченный) - измельченные остатки организмов) (цепи разложения).

Цепи питания пастбищного типа начинаются с продуцентов и включают последовательно звена консументів I, II и других порядков и завершаются редуцентами. Цепи питания детритного типа начинаются с потребителей мертвой органики, далее ведут к видам, которые ими питаются, и завершаются также редуцентами.

В любом біогеоценозі разные цепи питания не существуют отдельно друг от друга, а переплетаются между собой. Это происходит потому, что организмы определенного вида могут быть звеньями разных цепей питания. Например, особи одного вида птиц могут потреблять как растительноядные (консументи II порядка), так и хищные виды насекомых (консументи III порядка) и т.д. Переплетаясь, различные цепи питания формируют трофическую сетку биогеоценоза.

Различные биогеоценозы отличаются по своей производительностью. Вы уже знаете, что есть разные цепи питания. Но всем им свойственны определенные соотношения продукции (т.е. биомассы с энергией, что тратятся и запасаются на каждом из трофических уровней). Эти закономерности получили название правила экологической пирамиды: на каждом предыдущем уровне трофической количество биомассы и энергии, которые запасаются организмами за единицу времени, значительно больше, чем на следующем (в среднем в 5-10 раз).

Графически это правило можно изобразить в виде пирамиды, составленной из отдельных блоков. Каждый блок такой пирамиды соответствует производительности организмов на каждом из трофических уровней определенного цепи питания. Следовательно, экологическая пирамида является графическим изображением трофической структуры цепи питания.

IV. Практическая работа

Тема. Решения задач по экологии

Цель: закрепить у учащихся навыки решения типовых задач по экологии.

Оборудование и материалы: таблицы с изображением пищевых пирамид и цепей питания, раздаточные карточки с задачами, учебник, рабочая тетрадь.

Ход работы

Решите приведенные на раздаточной карточке задачи по экологии. Решение запишите в тетради.

Карточка 1 (обычной сложности)

Задача 1. На одном дереве в лесу за сезон образуется 10 кг сухой массы листьев, которую поедает гусеница. Эту гусеницу поедают насекомоядные птицы. Средняя масса комахоїдної птицы - 200 г. Содержание воды в ее организме - 75 %. Сколько деревьев нужно для того, чтобы в течение сезона могла прокормиться стая таких птиц, в состав которой входит 10 особей, при условии, что на следующий трофический уровень в экосистеме переходит 10 % вещества?

Задача 2. Сухая масса тела усатого кита составляет 20 т. Он питается крилем, который, в свою очередь, поедает фитопланктон. На 1 м² поверхности моря за год образуется 10 г сухой массы фитопланктона, которая потребляется крилем. Площадь моря нужна для того, чтобы прокормить этого кита, при условии, что на следующий трофический уровень в экосистеме переходит 10 % вещества?

Карточка 2 (повышенной сложности) (предлагается ученикам по желанию)

Задача. В городе Харькове было проведено исследование влияния автотранспортного загрязнения на взаимодействие деревьев и листогрызущих насекомых. Для этого определялся процент поврежденных насекомыми листьев деревьев на расстоянии 25, 50, 75 и 100 метров от автомагистрали с большим интенсивностью движения. По несколько опытных участков для каждой из дистанций было размещен в трех парках - им. Артема, им. Горького и им. Маяковского. Средние значения полученных для каждого из парков результатов приведены в таблице.

Количество пораженных листогризучими насекомыми листьев, %

Задача 1. Определите среднюю количество поврежденных листьев парков города Харькова в целом для всех четырех дистанций.

Задание 2. Используя цифры из задача 1 постройте график зависимости количества поврежденных листьев парков города Харькова от дистанции до автомагистрали.

Задача 3. Используя цифры из задание 1 выберите ту из предложенных гипотез, которую вы считаете правильной.

A. Автотранспортное загрязнение более негативно влияет на листогрызущих насекомых.

Б. Автотранспортное загрязнение более негативно влияет на деревья.

B. Автотранспортное загрязнение одинаково влияет и на листогрызущих насекомых, и на деревья.

Задача 4. Кратко (не более трех-четырех предложений) объясните, почему выбранную вами в задании 3 гипотезу вы считаете правильной.

V. Домашнее задача