Тема урока: «Экосистема, биогеоценоз и их характеристики»

Занятие № 5

В природе все виды растений и животных распределяются не случайно, а всегда образуют определенные, сравнительно постоянные комплексы - природ-

ные сообщества. Такие комплексы взаимосвязанных видов, обитающих на опре-деленной территории с более или менее однородными условиями существования, образуют биоценоз.

Биоценоз неразрывно связан с факторами неживой природы (почва, влажность, температура, климат в целом), образуя вместе с ними устойчивую систему, между компонентами которой протекает круговорот веществ. Такой устойчивой саморегулирующейся системе академик В.Н. Сукачев в 1940 году дал название биогеоценоз.

Свойства биогеоценозов:

1. Целостность - это взаимосвязь живых организмов друг с другом и со средой обитания за счет потоков энергии и вещества.

2. Устойчивость - это свойство биогеоценозов поддерживать равновесие при любых изменениях окружающей среды (т.е. переносить неблагоприятные условия и сохранять способность размножаться).

   3. Самовоспроизведение - способность организмов к размножению, нали-чие в среде пищи и энергии, воссоздание среды обитания живыми организма-ми.

4. Саморегуляция - свойство различных популяций регулировать свою численность в зависимости от условий жизни и от численности других популя-ций.

В последнее время такие системы называют экосистемами.

Экосистема -основное понятие экологии.Термин был предложен в1935году английским экологом А. Тенсли. Экосистемы - это любая совокупность взаимодействующих организмов и условий среды. Между экосистемами,как имежду биогеоценозами, нет четких границ, одна экосистема постепенно пере-ходит в другую.

Какие же компоненты входят в каждую экосистему? Во-первых, живые организмы (их называют еще биотой). Во-вторых, неживые (абиотические) факторы: атмосфера, вода, питательные элементы, свет и др. В-третьих, мертвое органическое вещество, содержащееся в почве, детрит.

   Все живые организмы экосистемы взаимодействуют между собой, обме-ниваясь веществом и энергией. Без постоянного поступления свободной энергии извне ни одна живая система не может существовать в течение сколько-нибудь продолжительного времени.

 

По способу питания и запасания энергии все организмы делятся на авто-трофов (от греческих аутос — сам, трофа — питание), гетеротрофов (гетерос — другой) и миксотрофов (микс — смесь).

Автотрофы -это организмы,способные синтезировать органические ве-щества из неорганических за счет различных источников энергии. Автотроф-ными организмами создается вся первичная биомасса, или биологическая про-дукция, на Земле. В зависимости от источников энергии различают фото авто-трофов и хемоавтотрофов. Практически единственным источником свободной энергии для Земли является солнечный свет. Фотоавтотрофы используют энер-гию солнечного света в процессе фотосинтеза, синтезируя из углекислого газа и воды органические вещества. К ним относятся все зеленые растения, сине-зеленые водоросли, некоторые бактерии, содержащие бактериохлорофилл. Хе-моавтотрофы получают энергию вследствие окисления соединений серы и же-леза. Эта группа организмов немногочисленна, к ним относятся серобактерии и железобактерии. Очень важна их роль в экосистемах подземных вод.

 

Гетеротрофы -это организмы,которые не способны использовать непо-средственно энергию Солнца и живут за счет энергии, запасенной автотрофами. Они используют органические вещества в процессе питания, разлагая их в ко-нечном счете вновь до углекислого газа и воды, а высвобожденная энергия рас-ходуется на различные процессы жизнедеятельности организмов.

Миксотрофы -это одноклеточные организмы смешанного типа питания.

Они могут использовать энергию света для синтеза органических веществ из неорганических (как фототрофы) и одновременно - органические вещества среды выращивания (как гетеротрофы). Таким образом, они одновременно являются и фототрофами, и гетеротрофами. К ним относятся одноклеточные водоросли эвглена и хлорелла.

 Наиболее просто устроенные гетеротрофы разделяются на сапротрофов, питающихся мертвой органикой, и паразитов - питающихся живой.

У более сложно организованных организмов, например насекомых, разделение идет по типу пищи: копрофаги питаются фекалиями, детритофаги -растительными остатками, фитофаги - растениями, энтомофаги - другими насе-комыми, хищники - животными более высоких систематических групп.

Млекопитающие делятся на растительноядных, падалеедов, хищников. Внутри живого компонента любой экосистемы можно выделить по типу питания три группы организмов:

Состав экосистемы

Продуценты  Консументы  Редуценты

Продуценты —это автотрофы,которые из неорганических соединений за счет энергии света синтезируют (продуцируют) органические вещества, являющиеся пищей для всех других организмов. К продуцентам относятся все растительные организмы (водоросли, мхи, папоротники, голосеменные и покрытосеменные), а также хемоавтотрофы. Продуценты потребляют около 1% падающей на Землю солнечной энергии и превращают ее в энергию органических соединений.

 

Консументы (от греческого консуме-потребляю) -это животные гетеро-трофы, потребляющие готовые органические вещества, которые синтезировали продуценты. Консументы I порядка могут использовать органические вещества растений, т.е. продуцентами питаются травоядные животные (грызуны, зайцы, овцы и т.д.), а также паразиты на растениях - грибы и другие растения. Их, в свою очередь, поедают консументы II порядка, которыми могут питаться консументы III порядка (плотоядные животные - лисы, волки, медведи, коршуны и т. д.). Все они используют энергию химических связей, запасенную в органических веществах продуцентами.

 

Редуценты -гетеротрофные организмы(бактерии,грибы,дождевые черви, насекомые и т. д.), разрушающие и минерализующие мертвые органические остатки. Главная их экологическая роль состоит в превращении органических веществ в неорганические.

Продуценты составляют начало всех пищевых цепей. Консументы, поедая продуцентов, передают органические вещества от одного звена пищевой цепи к другому и соответственно делятся на несколько групп по порядку нахождения в цепи. Редуценты как бы заканчивают круговорот веществ, завершают пищевые цепи, образуя неорганические вещества для вступления в новый цикл.

Последовательная смена во времени одних экосистем другими на опреде-ленном участке земной поверхности называется сукцессией. Она бывает обу-

словлена внутренними и внешними факторами.

Сукцессии, происходящие под влиянием внутренних факторов.

1.Зарастание скал: поверхность горной породы разрушается, сначала по-селяются лишайники, бактерии, грибы, затем травы, кустарники и деревья, жи-вотные. Характерный пример: деревья (березки) поселяются на старых каменных зданиях, водонапорных башнях, разрушенных замках и т. д.

 

2.Зарастание озера: происходит отмирание остатков растений и животных, которые оседают на дне, озеро мелеет, растения с берегов распространяются к центру, и озеро превращается в низинное болото.

3) Зарастание обочин дорог, железнодорожного полотна, восстановление леса после вырубки, пожара; зарастание земель вокруг строительных площадок,отвалов пустой породы около горных карьеров (Урал, Кузбасс).

4) Сукцессии, происходящие под влиянием внешних факторов.

 

Факторы, вызывающие сукцессию, связаны чаще всего с деятельностью человека:

а) выпас скота - луговые травы меняют видовой состав, рыхлокустовые заменяются плотнокустовыми.

б) в лесах, где люди отдыхают, вытаптываются высокие травы, остаются только устойчивые: мятлик, подорожник, птичья гречиха; ухудшаются условия для всходов, повреждается корневая система, из-за уплотнения почвы засыхает лес;

в) в озерах, если туда попадают минеральные удобрения, исчезают водные растения, растущие в чистой воде, водоем заполняет ряска, начинают раз-множаться сине-зеленые водоросли, вода зацветает, исчезает большинство видов рыб, остаются ротаны.

 

Занятие №6

Тема урока: «Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере»

Самой большой экосистемой является биосфера Земли - оболочка пла-неты, заселенная живыми организмами. Сведения о толщине биосферы различ-ны. Но одно сравнение верно, что биосфера по сравнению с диаметром Земли подобна кожице на большом яблоке. Над поверхностью моря (или суши) живые организмы распространены примерно на высоте до 6 км, в толщу суши они опускаются на 15 км и на 11 км в глубь океана; следовательно, общая толщина биосферы составляет около 20 км.

Биосфера включает литосферу, в том числе почву, гидросферу (реки, озера, моря, океаны) и тропосферу (нижняя часть атмосферы). Но жизнь в этих слоях биосферы распределена неравномерно; основная масса живого вещества сосредоточена в поверхностном слое суши (50-100 м) - это высота лесного по-лога, а в океане - поверхностные слои воды (10-20 м). В этих слоях сконцентри-ровано больше 90% биомассы растений и животных. Вся совокупность живых организмов планеты составляет биомассу Земли. Структурным звеном биосферы являются биогеоценозы.

  Учение о биосфере как особой оболочке Земли создал русский ученый В.И. Вернадский. В.И. Вернадский считал, что при разумном отношении к антропо-генному преобразованию природной среды суммарные ресурсы биосферы могут возрастать быстрее, чем возрастает численность человечества, и что такая разумно преобразованная биосфера сможет удовлетворить материальные и ду-ховные потребности человечества. Термин «ноосфера». Ноос - древнегреческое название человеческого разума. Следовательно, ноосфера - это сфера человеческого разума. В дальнейшем употребление термина «ноосфера» связано с именем В.И. Вернадского.

Все вещество В.И. Вернадский поделил на группы: живое вещество - все живые организмы, населяющие нашу планету;

косное вещество - неживые тела, образованные без участия живых организмов;

биогенное вещество - тела, образованные при участии живых организмов; биокосное вещество - особое природное тело - почва.

Функции живого вещества:

1. Газовая - поглощает и выделяет газы в процессе дыхания и фотосинтеза.

2.Окислительно-восстановительная - выражается в химических превра-щениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В процессе синтеза органических веществ преобладают восстановительные реакции и происходят затраты энергии. В процессе расщепления преобладают окислительные реакции

 

и  выделяется энергия.

3. Концентрационная - это биогенная миграция атомов, которые сначала концентрируются в живых организмах, а затем, после их отмирания, переходят вновь в неживую природу. Следствием является накопление полезных иско-паемых в определенных местах земной коры (известняк, торф, каменный уголь, нефть).

4.Геохимическая - создает и поддерживает компоненты биосферы.

В.И. Вернадский доказал, что за 4 млрд. лет существования на планете Земля живые организмы вызвали огромные преобразования, полностью изменив облик нашей планеты: сделали ее зеленой, создали огромные запасы топлива — нефти, каменного угля, торфа; в морях образовали коралловые рифы и целые острова; создали голубую пелену нашей планеты, т.е. слой воздуха, в котором велика доля кислорода. Под влиянием и при участии жизнедеятельности организмов в биосфере происходит круговорот воды, кислорода, углерода, азота и других веществ. Такой обмен элементами различных слоев биосферы обеспечивает возможность жизни в ней живых существ.

Живые организмы способны накапливать многие элементы и сложные вещества, повышая их концентрацию в тысячи раз. Если вмешательство человека в биосферу незначительно, то сохраняется природное равновесие экосистем. Однако усиливающееся влияние человека на природу (вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание большого количества топлива, содержащего углерод, уменьшение испарения с поверхности океана из-за пленки нефти, которая покрывает все большие площади океана, и т. д.) приводит к нарушению равновесия и глобальному ухудшению состояния биосферы.