Муниципальное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 97

ТЕМА: «Экологические системы»

Учитель биологии школы № 97
Ленинского района

Регалова Татьяна Владимировна

11 класс

Урок на тему «Экологические системы»

Задание урока:

1. Дать учащимся представление о биоценозе как единой функциональной единице.

2. Познакомить с составом и структурой биоценоза.

3. Раскрыть особенности и взаимосвязь трех основных компонентов биоценоза (продуцентов, консументов, редуцентов).

4. Сформировать представление о потоке энергии и вещества в биоценозе, показать сущность и значение круговорота веществ.

Оборудование: таблицы по общей биологии, таблицы по зоологии (с изображением микроорганизмов и простейших, растительноядных животных, хищников), аквариум с рыбками, таблицы по ботанике (с изображением грибов, лишайников, высших растений).

План урока

1. Проверка знаний о виде популяции и факторах внешней среды и изучение нового материала

1) Понятие о природных экологических системах. Роль русских ученых в изучении этого вопроса.

2) Основные компоненты биоценоза, их биологическая роль.

3) Поток энергии в биоценозе и особенности его передачи. Экологическая пирамида.

4) Цепи питания и круговорот веществ в биоценозе.

5) Биологическая продуктивность сообществ. Особенности ее распределения на земле.

В начале урока необходимо вспомнить с учащимися свойства отдельной популяции и ее биологическое значение как формы существования вида.  Опираясь на эти знания, следует напомнить, что природе на одном и том же участке всегда имеется комплекс из популяций разных видов (такие комплексы они могли наблюдать во время экскурсий). Очень важно сразу же зафиксировать внимание учеников на том, что на каждом отдельном участке в зависимости от условий внешней среды подбираются не случайные, а вполне определенные сочетания видов, которые существуют, не изолировано, не оторвано друг от друга, а напротив, находится в тесной взаимосвязи. Каждый вид влияет на жизнь остальных и сам зависит от них. Такое живое сообщество получило название «биоценоз» (от греческого слова биос- жизнь, ценозис, койнос – общий).

Биоценоз– это естественно сложившееся сообщество различных видов.

Желательно указать учащимся, что видную роль в формировании науки о биоценозе (биоценолонии) сыграли русские ученые: почвовед В.В. Докучаев и лесовед Г.Ф.Морозов. Однако долгое время оставалось неясным, как разграничить понятие «биоценоз» и «биотон» (т.е. место обитания). Этот спор блестяще разрешил русский академик В.Н.Сукачев, который доказал, что и живые существа и их неживое окружение – это единое целое, тесно связанные части одного явления. Следовательно, по его мнению, понятия «биоценоз» и «биотон» надо объединить в термин «биогеоценоз».

«Биогеоценоз» – это исторически сложившееся сообщество растений, животных и окружающих их абиотических условий, которое развивается на конкретной территории.

Биогеоценоз обладает такими свойствами, каких нет у отдельно взятых популяций. В иностранной литературе вместо слова «биогеоценоз» используется «экосистема», более удобное в произношении.

Размеры биогеоценозов могут быть различны. Так, моховая кочка на болоте, нора со всем ее населением, аквариум – микроэкосистемы. С другой стороны – весь океан, вся тундра – это примеры макросистемы. Совокупность всех биогеоценозов Земли создает общую гигантскую экосистему – биосферу.

Далее необходимо выяснить структуру отдельного биогеоценоза. В любом биогеоценозе 2 части: живая и неживая. Не живая - это комплекс почвенных гидрологических и химических факторов (вода, кислород, соли и т.п.) Живая часть – это все животные, растения и микроорганизмы, образовавшие сообщество на данной территории. По характеру питания и по выполнимым функциям всю живую часть можно разделить на три группы (или компонента): продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты (или производители органического вещества) – это комплекс всех зеленых растений. Их функции – осуществлять фотосинтез, обеспечивать все остальное население биоценоза органическим веществом и энергией.

Консументы(потребители органического вещества) – комплекс всех животных Они не способны сами создавать органические вещества из минеральных соединений и потому потребляют питательные вещества, созданные растениями.

Редуценты (разрушители органического вещества) – комплекс бактерий, простейших и грибов. Их функции – разлагать сложные органические соединения до простых неорганических (т.е. до минеральных солей, воды и углекислого газа). Между всеми компонентами экосистемы существует тесная связь, взаимоконтроль.

Таким образом, любой биоценоз – это не просто набор отдельных видов, а как бы сложная «машина» (иногда говорят «живой организм»), которая выполняет определенную работу. Но, как известно, ни одна работа не может выполняться без поступления энергии. Следовательно, для того, чтобы биогеоценоз мог нормально существовать, в него должна поступать энергия, источником которого является солнце.

Посредниками в передаче солнечной энергии всему живому на Земле служат зеленые растения: в ходе фотосинтеза они преобразуют ее в химическую (т.е. высокомолекулярные органические вещества, богатые энергетическими связями) и накапливают в собственном организме. Какова дальнейшая судьба этой энергии? Из курса физик  учащиеся знают, что энергия может переходить из одной формы в другую, но не создается заново и не исчезает. В биоценозе энергия тоже все время переходит от одного организма к другому: сначала к травоядным, затем к различным хищникам. Часть полученной энергии они расходуют на дыхание, на поддержание нормальной температуры тела, на передвижение и т.д., а остальную часть запасают в тканях своего тела.

Энергия при этом все время переходит из одной формы в другую (из химической – в механическую, из механической в тепловую, причем большая ее часть (80-90 %) уходит из биоценоза в форме тепла. Следующему звену передается не более 10 % полученной энергии. Следовательно, если растения запасли 1000 калорий, то травоядные получают всего 100, хищники – 10, а следующим звеньям (если бы они были) вообще ничего не достанется. Поэтому общее количество звеньев, не может быть больше (максимум 5- 6).

Если изобразить эту закономерность графически (т.е., чтобы количество энергии на каждом этапе соответствовало кубу определенного объема), то получится фигура в форме пирамиды («экологическая пирамида»).

Основание ее всегда служит продукция растительности, а следующие звенья образуют этажи и вершину пирамиды (или «трофические уровни»).

Одновременно с передачей энергии в биогеоценозе происходит и передача органического вещества (и атомов, из которых оно состоит). Тут очень важно подчеркнуть разницу между передачей энергии и вещества: если энергия использовалась 1 раз (а затем уходила из биогеоценоза в форме тепла), то химические элементы из биогеоценоза не уходят и могут использоваться многократно.

Это позволяет говорить, что перенос, органического вещества в биогеоценозе через ряд организмов можно представить в форме замкнутой цепи («пищевой цепи»), а отдельный вид – это одно из звеньев цепи. Чтобы лучше усвоить эту мысль, рекомендуем предложить учащимся самостоятельно придумать примеры пищевых цепей в различных биоценозах (в озере, в лесу, на лугу и т.д.). Обратите внимание на то, что последним звеном любой пищевой цепи являются редуценты, которые разрушают органическое вещество до простых соединений. Но процесс на этом не заканчивается: эти вещества будут использованы новыми растениями для своего роста, и цепь замкнется.

Обобщая сказанное, учитель делает вывод о существовании в природе непрерывного круговорота веществ из неживой природы в «живую», и обратно (или биогенной миграции), которая идет на земле уже миллионы лет. Из них многократно то превращается в воздушные соединения, то образует водные растворы, то объединяется с другими элементами в органическое вещество. Сама жизнь – постоянное химическое изменение; созидание и разрушение – две стороны этого единого процесса.

В конце темы рассматривается очень важный вопрос о биологической продуктивности биогеоценозов. В каждой системе постоянно создается органическое вещество – в одних больше, в других меньше. Для того чтобы сравнить производительную способность различных участников Земли, вводится понятие «биологическая продуктивность».

Биологической продуктивностьюназывается количество органического вещества, образовавшееся в биоценозе на единице площади, за единицу времени (например, прирост леса на 1 км² за год).

Различают первичную продуктивность (прирост общей массы растений) и вторичную (прирост массы животных).

Продуктивность различных биоценозов неодинакова. Максимальная – в тропическом лесу, минимальная в тундре и в пустыне. Эти различия определяются экологическими условиями. Ограничивающие факторы (низкие температуры, недостаток влаги т. п.) резко снижают общую продуктивность земель, обрабатываемых человеком. Хорошо известно, что иногда на плохих почвах и в условиях неблагоприятного климата выращиваются урожаи соизмеримые с продукцией тропического леса! Это связано с тем, что человек постоянно вкладывает в сельскохозяйственное производство дополнительную энергию (искусственно усиливает ее поток), которая идет на  обработку земли на удобрение селекцию, борьбу с вредителями и т. д. Искусственный отбор еще более усиливает этот процесс: все сорта культурных растений и все породы домашних животных рассчитаны именно на большой расход дополнительной энергии и фактически превратились в живые машины, для производства органики. Таковы, например куры-несушки или тяжеловесные коровы-рекордистки. Прожить без помощи человека они бы не смогли.

Заканчивая тему, затроньте ее практическую значимость. Подчеркните, что изучение биоценоза – важное многогранное направление современной биологии, которая позволяет человеку рационально действовать на Земле; позволяет не только уберечь отдельные виды от гибели, но и увеличить их численность.