Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Экосистема. Биогеоценоз. Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме

Экология

21.02.2024
2320
0

Экосистема. Биогеоценоз. Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме

План урока

  • Историческая справка
  • Основные понятия: биоценоз, биогеоценоз, экосистема
  • Компоненты экосистемы
  • Трофические связи в экосистеме
  • Основные показатели в экосистеме
  • Экологические пирамиды

Цели урока

  • знать определения понятий: биоценоз, биогеоценоз, экосистема
  • знать структурные компоненты экосистемы
  • уметь составить пищевую цепь
  • уметь решать задачи на правило 10 %
  • уметь описывать экосистему

Разминка

Существуют ли на планете организмы, которые живут в полной изоляции?

Историческая справка

 

В 50-е годы XX века на острове Калимантан в Индонезии в ходе борьбы с малярией стали опрыскивать местность пестицидом ДДТ. Вспомним: малярия — это тяжёлое инфекционное заболевание, вызываемое протистами рода Plasmodium, которые попадают в кровь при укусе переносчика малярийного комара. Каждый год заражается около 283 млн, из них погибают около 367 тыс. Пестицид отравлял переносчика малярии, но не только комары стали жертвой ДДТ. Попадая в организм тараканов, он делал животное вялым. Тараканов поедали ящерицы, получая свою дозу яда. Затем ящериц ловили домашние кошки. Так яд проникал в другие организмы. Ящерицы погибали, что привело к резкому увеличению насекомых. Кроме того, города наводнили крысы, заражённые блохами. А последние являлись переносчиками чумы. В итоге на острове вспыхнула чума. ДДТ был запрещён, эксперимент прекратили.

Эта история показывает, как важно знать законы, по которым существует жизнь в природе.

 

Основные понятия: биоценоз, биогеоценоз, экосистема

 

Рис. 1. Карл Август Мёбиус

В природе организмы связаны между собой, а также с факторами неживой природы. Совместно проживающие виды растений, грибов, животных и микроорганизмов влияют друг на друга. Для их существования необходимы также абиотические факторы: свет, вода, тепло.

 

Совместно обитающие виды живых организмов на определённой территории называют биоценозом. Термин ввёл немецкий учёный Карл Август Мёбиус (1825–1908). Биоценоз складывается из популяций видов, которые взаимно влияют друг на друга.


Биоценоз  — исторически сложившаяся совокупность обитающих на определённой территории взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов.


Размеры биоценоза определяются абиотическими факторами, или биотопом, — однородным участком суши или водоёма, на котором длительное время существует биоценоз.

 

Биоценоз ограничен рамками биотической среды, т. е. совокупностью условий, созданных этими же живыми организмами. Чаще всего речь идёт про растения. Вся совокупность растений, или фитоценоз, определяет внешний вид биоценоза, условия, места обитания для остальных компонентов. Например, сравним два биоценоза: сосновый лес и еловый бор. Из-за различий в фитоценозах (еловые леса тёмные и влажные из-за елей, сосновые, наоборот, светлые) видовой состав животных будет отличаться.

Рис. 2. Артур Джордж Тенсли (1871–1955)

Но живые организмы не только взаимодействуют между собой. Неживая природа — поставщик неорганических веществ, тепла, энергии, места обитания. Расширяя границы, речь идёт уже о совокупности живых организмов и факторов абиотической среды на определённой территории. Такая система называется биогеоценоз. Её границы всегда будут определены фитоценозом.

 

Если взглянуть ещё шире, то между живой природой и неживой на определённой территории идёт круговорот веществ и поток энергии. Тогда мы будем говорить уже об экосистеме.

Термин ввёл английский учёный Артур Джордж Тенсли в 1935 г.


Экосистема  — любая совокупность совместно обитающих организмов и неорганических компонентов, при взаимодействии которых осуществляется круговорот веществ и передача энергии.


Компоненты экосистемы

 

Существуют экосистемы различного масштаба: трухлявый пень, лужа или поле, озеро, парк. Любая экосистема имеет чёткую структуру.

 

Экосистема состоит из абиотической среды и биоценоза.

 

1) Абиотическая среда (экотоп) объединяет климатические условия (свет, температуру, влагу, воздух) и биокосный компонент (почву).

2) Биоценоз состоит из трёх компонентов:

  • продуцентов — производителей органических веществ. К ним относятся автотрофные организмы, способные производить питательные вещества из неорганики. К этой группе относятся растения, хемо- и фотосинтезирующие бактерии;
  • консументов — потребителей органических веществ, гетеротрофов. Консументы первого порядка поедают продуцентов, консументы второго порядка поедают консументов первого порядка (хищники) и т. д.;

Консументы I

Растительноядные организмы

Саранча, полевки, зайцы, овцы

Консументы II

Хищники 

Орёл, волк, лягушки

Консументы III

Всеядные

Медведь, свинья

 

  • редуцентов, или деструкторов — разрушителей органических веществ. Сапротрофные бактерии и грибы разрушают детрит (остатки растений, животных, экскременты).

Наличие всех компонентов обеспечивает целостность, саморегуляцию, саморазвитие, устойчивость, самоподдержание экосистемы.

Рис. 3. Компоненты экосистемы

Трофические связи в экосистеме

 

Внутри экосистемы выделяют трофические уровни. Это группы организмов одного типа питания. Питаться неорганическими веществами способны только продуценты, остальные должны получать где-то энергию и питание.

Отношения между организмами в экосистеме часто складываются по принципу хищник – жертва. При поедании одних организмов другими органические вещества и заключённая в них энергия переходят по трофическим связям. При этом значительная часть пищи организмами не усваивается. 

 

Трофическая цепь — это схематичное изображение потока вещества и энергии от одного трофического уровня к другому.

 

растения леса → жук-листоед → ящерица → ёж

 

Существует лишь однонаправленный поток энергии, так как на каждом уровне эта энергия расходуется организмами.

Рис. 4. Трофические цепи

Различают 2 типа трофических цепей в зависимости от первого трофического уровня: цепи пастбищные, или выедания, (начинаются с продуцентов) и цепи разложения (начинаются с детрита).

 

Часто одни и те же организмы становятся пищей для разного числа других видов. Поэтому чаще используют трофическую сеть — переплетение цепей питания в экосистеме.

I трофический уровень

Автотрофы 

Растения

II трофический уровень

Растительноядные организмы 

*Консументы I

Гусеница

III трофический уровень

Хищники 

*Консументы II

Синица

IV трофический уровень

Всеядные или более крупные хищники

*Консументы III

Ястреб 

V трофический уровень

Редуценты

Бактерии-сапротрофы

 

Основные показатели в экосистеме

 

Для характеристики экосистемы используют такие понятия: биомасса и продукция экосистемы


Биомасса  — суммарная масса всех организмов экосистемы. Выражается в единицах массы живого вещества на единицу площади или объёма экосистемы (кг/га).

 

Продукция  — прирост биомассы, созданный организмами экосистемы в течение конкретного времени.


Биологическая продуктивность экосистем связана с передачей энергии от одного трофического уровня другому, что сопровождается тратами энергии на дыхание.

Рис. 5. Поток энергии в экосистемах

Экологические пирамиды

 

Существует три типа экологических пирамид: чисел, биомассы и энергии. В основании пирамиды всегда первый трофический уровень. Пирамида чисел отражает количество особей на каждом уровне. С каждой ступенью числа будут уменьшаться. Пирамида биомассы отражает величину биомассы на каждом уровне. Самая большая у растений, далее резко снижается. 

Пирамида энергии наилучшим образом отражает динамику прохождения энергии через пищевую цепь.

Рис. 6. Пирамида энергии


Правило Линдемана :  только 10 % потока энергии переходит с более низшего уровня на более высший. А общее число уровней не может превышать 6.


Пример 

 

Сколько тонн  фитопланктона понадобится, чтобы вырос один белый медведь весом 150 кг? 

 

Пищевая цепь: фитопланктон → зоопланктон → сельдь → тюлень → белый медведь.

 

При расчёте массы и энергии снизу вверх убираем по одному нулю при переходе на каждый уровень, а если движемся сверху вниз, то добавляем по одному нулю.

150 кг масса медведя ← 1 500 кг тюленя ← 15 000 кг сельди ← 150 000 зоопланктона ← 

1 500 000 кг фитопланктона = 1 500 тонн

 

Ответ: понадобится 1 500 тонн фитопланктона, чтобы вырос медведь массой 150 кг.


Упражнение 1

 

Сова за лето съедает до 80 мышей со средней массой 30 г. Учитывая правило 10 %, определите количество птиц, охотившихся на мышей на пшеничном поле, если благодаря совам было сохранено 3 т зерна.

 

Решение

1. Вначале нужно составить пастбищную пищевую цепь: зерно → мыши → совы.

 

2. Массу зерна переведём в килограммы и, учитывая правило 10 %, определим биомассу мышей, съеденных совами с помощью следующей пропорции:

 

3 т = 3 000 кг

3 000 кг — 100 %

х кг — 10 %

х = 3 000 × 10 : 100 = 300 кг.

 

3. Биомассу мышей переведём в граммы и определим численность съеденных канюками мышей:

300 кг = 300 000 г.

300 000 : 30 = 10 000 мышей.

 

4. Зная численность съеденных совами мышей и количество мышей, съедаемых одним канюком, определим численность птиц, охотившихся на мышей:

10 000 : 80 = 125 сов.

 

Ответ: на пшеничном поле охотилось 125 сов.


Упражнение 2

 

При переходе с одного трофического уровня на другой 90 % энергии рассеивается. Используя «правило 10 %», рассчитайте массу пшеницы 

(в кг), которую спасёт, поедая вредителя — полёвку, одна сова массой 

150 г.

 

Решение

Количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу в 10 раз меньшую.  

Составим трофическую цепь, начиная от продуцентов: пшеница → полёвка → сова.

Зная, что масса совы составляет 150 г, а это число должно быть в 10 раз меньше массы предыдущего звена трофической цепи, легко найдём массу предыдущего звена 150 × 10 = 1 500 и следующее звено (пшеница) 

1 500 г × 10 = 15 000 г = 15 кг

 

Ответ: 15 кг.


Контрольные вопросы

  1. Чем экосистема отличается от биоценоза?
  2. Приведите примеры экосистем в природе.
  3. Какие организмы являются продуцентами?
  4. Приведите примеры консументов II порядка.
  5. В цепи питания: листья → тля → божья коровка → синица: 1) назовите организм на третьем трофическом уровне; 2) назовите организм-консумент I порядка.
  6. Почему трофическая цепь не может состоять более чем из 6 уровней?


 

Ответы

  1. Экосистема не ограничена фитоценозом, она обширнее, характеризуется круговоротом веществ и потоком энергии.
  2. Поле, огород, лес, озеро.
  3. Растения, цианобактерии, хемосинтезирующие бактерии.
  4. Гадюка, ящерица, др. мелкие хищники.
  5. 3ий трофический уровень — божья коровка, консумент I — тля.
  6. С переходом на каждый последующий уровень около 90 % энергии теряется. После 6-го уже не остаётся энергии.

Предыдущий урок
Приспособления к действию экологических факторов: свет и влажность
Экология
Следующий урок
Экологические факторы и закономерности их влияния на организмы
Экология
Поделиться:
  • Восточная Азия. Республика Корея — новая индустриальная страна

    География

  • Экстремумы функции

    Алгебра

  • Производные некоторых элементарных функций

    Алгебра

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке