Проработав эти темы, Вы должны уметь:
- Дать определения: "экология", "экологический фактор", "фотопериодизм", "экологическая ниша", "среда обитания", "популяция", "биоценоз", "экосистема", "продуцент", "консумент", "редуцент", "сукцессия", "агроценоз".
- Приводить примеры фотопериодических реакций растений и, по возможности, животных.
- Объяснить разницу между местообитанием популяции и ее нишей. Привести примеры на каждое из этих понятий.
- Прокомментировать закон Шелфорда и уметь строить график зависимости организмов от абиотических факторов среды.
- Описать пример успешного биологического метода борьбы с вредителями.
- Объяснить причины демографического взрыва и возможные последствия, а также значение снижения рождаемости, которое, как правило, следует за снижением смертности.
- Построить схему пищевой цепи; правильно указать трафический уровень каждого компонента данной экосистемы.
- Построить схему простого круговорота следующих элементов: кислорода, азота, углерода.
- Описать события, происходящие при зарастании озера; после вырубки леса.
- Указать различия между агроценозом и биоценозом.
- Рассказать о значении и структуре биосферы.
- Объяснить, каким образом сельское хозяйство, использование ископаемого топлива и производство пластмасс способствуют загрязнению среды и предложить меры для предотвращения этого.
Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000
- Тема 18. "Среда обитания. Экологические факторы." глава 1; стр. 10-58
- Тема 19. "Популяции. Типы взаимоотношений организмов." глава 2 §8-14; стр. 60-99; глава 5 § 30-33
- Тема 20. "Экосистемы." глава 2 §15-22; стр. 106-137
- Тема 21. "Биосфера. Круговороты веществ." глава 6 §34-42; стр. 217-290
– это взаимодействие живой и неживой природы, которое состоит из живых организмов и сферы их обитания. Экологическая система является масштабным балансом и связью, что позволяет поддерживать популяцию видов живых существ. В наше время существуют естественные и антропогенные экосистемы. Различия между ними состоят в том, что первая создается силами природы, а вторая при помощи человека.
Значение агроценоза
Агроценоз – экосистема созданная руками человека с целью получения сельскохозяйственных культур, животных и грибов. Агроценоз также называется агроэкосистемой. Примерами агроценоза являются:
- яблоневые и другие сады;
- поля кукурузы и подсолнечника;
- пастбища коров и овец;
- виноградники;
- огороды.
Человек по причине удовлетворения своих потребностей и увеличения населения в последнее время вынужден изменять и разрушать природные экосистемы. В целях рационализации и увеличения объемов урожая сельскохозяйственных культур людьми создаются агроэкосистемы. В наше время 10% всей доступной суши занимают земли под выращивание сельскохозяйственных культур, а 20% — пастбища.
Отличие природных экосистем от агроценоза
Главные отличия агроценоза от натуральных экосистем состоит в:
- искусственно созданные культуры не могут конкурировать в борьбе с дикими видами и ;
- агроэкосистемы не приспособлены к самовосстановлению, и полностью зависят от человека и без него быстро ослабевают и умирают;
- большое количество и одного вида в агроэкосистеме способствуют масштабному развитию вирусов, бактерий и вредных насекомых;
- в природе существует намного больше разнообразия видов, в отличие от разводимых человеком культур.
Искусственно созданные агрохозяйственные участки должны находиться под полным контролем человека. Недостатком агроценоза становится частые увеличения популяций вредителей и грибков, которые не только вредят урожаю, но также могут ухудшить состояние окружающей среды. Численность популяции культуры в агроценозе увеличивается только при помощи использования:
- борьбы с сорняками и вредителями;
- орошения засушливых земель;
- высушивания переувлажненной земли;
- замены сортов культур;
- удобрения органическими и минеральными веществами.
В процессе создания агроэкосистемы человек выстроил полностью искусственные этапы развития . Большой популярностью пользуется мелиорация почв – обширный комплекс мероприятий направленных на улучшение природных условий с целью получить максимально высокий уровень урожая. Только правильный научный подход, контроль состояния почвы, уровня влаги и минеральных удобрений способны повысить продуктивность агроценоза в сравнении с естественной экосистемой.
Негативные последствия агроценоза
Человечеству важно поддерживать баланс агро- и природных экосистем. Люди создают агроэкосистемы для увеличения количества продуктов питания и используют их для пищевой промышленности. Однако создание искусственных агроэкосистем требуют дополнительных территорий, поэтому люди часто , распашивают землю и тем самым уничтожают уже существующие природные экосистемы. Это нарушает баланс диких и культурных видов животных и растений.
Вторую негативную роль играют пестициды, которые часто используют для борьбы с вредителями на агроэкосистемах. Эти химические препараты через воду, воздух и насекомых-вредителей попадают в природные экосистемы и загрязняют их. Кроме этого, избыточное употребление удобрений для агроэкосистем вызывает и грунтовых вод.
Цель урока:
- Сформировать у учащихся систему знаний о структуре и функционировании биоценозов, созданных человеком, об основных признаках, характеризующих агроценоз.
- Научить школьников сравнивать естественный биогеоценоз и агроценоз; объяснить причины выявленного сходства и различия уметь прогнозировать изменения в них.
- Убедить старшеклассников в том, что между агроценозом и природным биогеоценозом может быть достигнуто гармоничное сочетание, что естественные сообщества не должны быть полностью заменены сельскохозяйственными угодьями.
- Научить применять полученные знания в жизни.
- Обеспечить усвоение материала с использованием образовательных ресурсов "Электронное средство учебного издания "Экология" ООО "Дрофа" ЗАО "1С".
1. Организационный момент
Включается музыка с записями шума леса и пения птиц.
Обращение к школьникам: "У нас на уроке сегодня гости, посмотрите на них и улыбнитесь, ведь вы рады видеть их сегодня здесь".
2. Проверка знаний.
(Ребята под музыку выполняют задание, выданное на листах)
1. В приведённом перечне найдите и подчеркните разными цветами названия продуцентов, консументов и редуцентов.
Папоротник, муравей, белый гриб, хемосинтезирующая бактерия, стрекоза, дождевой червь, гнилостная бактерия, цианобактерия, лев, мухомор, кактус, человек.
2. Укажите (обозначьте цифрами), в какой последовательности могут входить в пищевую цепь следующие организмы: человек, одноклеточная водоросль, дафния, судак, пескарь.
3. Среди приведённых утверждений подчеркните правильные:
А. Источником энергии для редуцентов является окисление неорганических веществ.
Б. Численность консументов обычно меньше численности продуцентов.
В. Самой высокопродуктивной экосистемой является Мировой океан.
Г. Самыми малопродуктивными экосистемами являются пустыни.
Д. Высокопродуктивные экосистемы являются самовоспроизводящими, а низкопродуктивные - нет.
Е. Экосистемы с малым видовым разнообразием неустойчивы.
Ж. Существование пищевых сетей является условием устойчивости экосистемы.
З. Механизмом саморегуляции экосистем является дрейф генов.
И. Агроценоз - одна из самых устойчивых экосистем, потому что в нём снижено действие естественного отбора.
4. Заполните таблицу, используя приведённый ниже список
| Искусственные экосистемы | Естественные экосистемы |
Тайга, пруд, Озеро, альпийский луг, пшеничное поле, парк, коралловый остров.
Как называется естественный биоценоз? (биогеоценоз).
Как называется искусственный биоценоз? (агроценоз).
Вместе с учащимися проверяем задание 4.
На доске написана следующая схема:
Работа с определением "агроценоз"
От греческого "агрос" - поле "биос" - жизнь, "ценоз" - общий.
Определение: агроценоз - это созданный человеком биоценоз.
Использование электронного средства учебного издания "Экология" ООО
"Дрофа" ЗАО "1С"- видеофрагмент "Агроценоз и агроэкосистема"
Обратимся к таблице и сравним биогеоценоз с агроценозом. Материал отпечатан на отдельном листе.
Посмотрите на таблицу и сравните в чём особенность искусственного биогеоценоза?
Сравнительная характеристика биогеоценозов и агроценозов.
| Сравниваемая категория | биогеоценоз | агроценоз |
| Направление действия отбора | Действует естественный отбор, выбраковывающий нежизнеспособные особи и сохраняющий приспособления к условиям среды, т. е. отбор, формирует устойчивую экосистему | Действие естественного отбора ослаблено человеком; преимущественно осуществляется искусственный отбор в направлении сохранения организмов с максимальной продуктивностью |
| Круговорот основных питательных элементов | Все элементы, потреблённые растениями, животными и др. организмами, возвращаются в почву, т. е. круговорот осуществляется полностью. | Часть питательных элементов выносится из круговорота с массой выращенных и собранных в качестве урожая организмов, т. е. круговорот не осуществляется |
| Видовое разнообразие и устойчивость | Отличаются, как правило, большим видовым разнообразием организмов, находящихся в сложных взаимосвязях друг с другом, обеспечивающих устойчивость | Количество видов часто ограничено одним, двумя; взаимосвязи организмов не могут обеспечить устойчивость. |
| Способность к саморегуляции, самоподдержанию и сменяемости | Саморегулирующиеся, постоянно возобновляющиеся, способные к направленной сменяемости одного сообщества другим (сукцессия). | Регулируются и контролируются человеком через изменение природных факторов (орошение), борьбу с сорняками и вредителями, смену сортов, повышение продуктивности. |
| Продуктивность (количество биомассы, создаваемой на единицу площади) | Биомасса экосистем суши превышает продуктивность экосистем Мирового океана в 3 раза; основная продукция биомассы потребляется консументами. |
Занимая 10%площади суши, производят ежегодно 2,5 млрд. т сельскохозяйственной продукции; отличаются значительно большей продуктивностью, чем биогеоценозы |
Сравните экосистему луга и поля. Заполните таблицу:
Черты сходства агроценоза и природного биогеоценоза.
- Являются открытыми системами (например, поглощают солнечную энергию извне).
- Внутри каждого из них действуют факторы эволюции (искусственный или естественный отбор, борьба за существование, наследственная изменчивость)
- Имеют сходную структуру (состоят из продуцентов, консументов, редуцентов).
- И в том и в другом биогеоценозах действует правило экологической пирамиды.
- В основе сообщества лежат продуценты (автотрофные организмы), непосредственно использующие энергию Солнца для синтеза органических веществ.
- В биогеоценозах любого типа существуют цепи питания.
Это интересно:
На первых этапах развития земледелия агроценозы были более устойчивы, чем современные. Пашни занимали сравнительно небольшие площади в окружении естественной растительности. Был богат мир животных - регуляторов и опылителей. Культурные растения не были чистыми сортами и представляли смесь разных по наследственным качествам форм. В засушливые годы выживали одни формы, во влажные - другие. Сорняки на полях привлекали разнообразных насекомых. Существовала система связей, близких к природным. Такие агроценозы давали относительно невысокие, но надежные урожаи, и вспышки численности вредителей в них были редкими.
С развитием интенсивного товарного земледелия урожайность полей возросла, но устойчивость и запасы прочности экосистем резко понизились. Еще более 100 лет назад был сформулирован закон убывающего плодородия, по которому сельскохозяйственное производство непременно ведет к истощению и деградации почв.
С развитием экологии стало понятно, что приостановить действие этого закона может только планирование сельскохозяйственного производства на экосистемных принципах.
Преимуществом биологических методов борьбы с вредителями является их избирательное действие лишь на определенные, нежелательные в агроценозе виды .
Рис. 1.
Наездники и яйцееды - помощники человека в борьбе
с вредителями сельского хозяйства:
слева вверху и внизу - самки яйцеедов на яйцах
насекомого-хозяина
справа вверху - наездник на тле
справа внизу - погибшие тли после развития в них
наездников
Листогрызущие насекомые в небольшом количестве полезны культурным растениям. Их деятельность осветляет полог листьев и улучшает световой режим для фотосинтеза . При невысокой доле повреждений растения быстро отращивают съеденную листву без потерь общей урожайности. Виды насекомых, потребляющих культурные растения, считаются вредителями, когда превышают определенный уровень численности и их деятельность начинает снижать урожай. Этот уровень называют "порогом вредоносности ". Если вид не достигает порога вредоносности, он не считается вредителем и борьбу с ним не проводят.
Культурные растения сильно различаются по устойчивости к засорению. Количество сорняков, губительное для одного вида, почти не вредит другому. Если принять урожай в чистом посеве за единицу, то на сильно засоренных участках он оставит для пшеницы 0,75, для картофеля - 0,65, кукурузы - 0,56, льна - 0,42, сахарной свеклы - 0,23, хлопчатника - 0,12. Таким образом, пшеница - наиболее устойчивая к засорению культура. При покрытии 10-15% почвы сорняками затраты на химическую прополку на полях пшеницы обычно не окупаются прибавкой урожая и можно избежать применения ядохимикатов.
Решите задачу.
Исследователями установлено, что на каждом квадратном метре мелких полей капусты насчитывается в среднем до 69 гусениц капустной белянки, а на одном квадратном метре больших полей обнаружено не более одной гусеницы. При этом вредители и на больших полях, и на маленьких полях в большей степени сконцентрированы в краевой полосе агроценозов шириной 30-40 метров. Аналогичные результаты получены и при учёте плотности популяций других вредителей сельскохозяйственных культур: комплекса крестоцветных блошек, льняной блошки, клеверного семяеда и прочих насекомых - фитофагов. Почему численность насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур значительно выше на краях агроценозов и небольших полях? Какие меры можно порекомендовать для сокращения степени повреждения сельскохозяйственных культур насекомыми-фитофагами, учитывая особенности их распространения.
Закрепление материала:
1. Запишите цепи питания в агроценозах. Почему цепи питания в агроценозе небольшие? Какие условия следует соблюдать при создании агроценозов?
Почему на планете не могут преобладать агроценозы? К чему это может привести?
Выберите из приведённых положений, что относится к агроценозу, а что к биогеоценозу:
- состоят из большого числа видов;
- способны к саморегуляции;
- неспособны к саморегуляции;
- состоят из небольшого числа видов;
- все поглощенные растениями элементы питания со временем возвращаются в почву;
- значительная часть элементов питания изымается из почвы, для возмещения потерь необходимо постоянно вносить удобрения;
- единственным источником энергии является солнечный свет;
- основной движущей силой эволюции является искусственный отбор;
- основной движущей силой эволюции является естественный отбор;
- процветание, сохранение и высокая продуктивность связаны с деятельностью человека.
2. Подумайте над тем, для чего используют севооборот в агроценозе?
Домашнее задание:
Общая биология учебник для 10-11 классов под редакцией Д.К. Беляева стр.261-262.
1. Построить модель искусственной экосистемы аквариума, учитывая все необходимые условия.
2. Составить свою схему 5-польного севооборота, учитывая необходимые требования.
| Природные экосистемы | Агроэкосистемы |
| Первичные естественные элементарные единицы биосферы, сформировавшиеся в ходе эволюции | Вторичные трансформированные человеком искусственные элементарные единицы биосферы |
| Сложные системы со значительным количеством видов животных и растений, в которых господствуют популяции нескольких видов. Им свойственно устойчивое динамическое равновесие, достигаемое саморегуляцией | Упрощенные системы с господством популяций одного вида растения или животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы |
| Продуктивность определяется приспособительными особенностями организмов, участвующих в круговороте веществ | Продуктивность определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технических возможностей |
| Первичная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ. «Потребление» происходит почти одновременно с «производстом» | Урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на корм скоту. Живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь. Наиболее высокая продуктивность развивается лишь на короткое время |
В агроценозах значительно чаще происходит чрезмерное увеличение отдельных видов, названное Ч. Элтоном «экологическим взрывом». Из истории известны такие, например, «экологические взрывы»: в прошлом столетии грибок фитофторы уничтожил картофель во Франции и вызвал голод, а колорадский жук распространился в Америке до Атлантического океана и в начале XX в. проник в Западную Европу, в 40-х гг. – в европейскую часть России. В тяжелое послевоенное время этот жук буквально «очищал» наши поля, поскольку мы были не готовы к его нашествию.
Чтобы не происходило таких явлений, необходима искусственная регуляция численности вредителей с быстрым подавлением тех, которые только пытаются выйти из-под контроля. При этом часто мнение человека не совпадает с «мнением» природы об избыточной численности того или иного вредителя. Так, с позиций естественного отбора стабилизация численности яблоневой плодожорки на некотором уровне не вредит существованию яблони как вида, но человеку нужно гораздо больше качественных плодов для питания. Поэтому в сельскохозяйственной практике он применяет такие средства для подавления численности вредителей и в таком количестве, что они воздействуют во множество раз сильнее, чем природные абиотические и биотические регуляторы.
Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.
Индустриально-городские экосистемы
О процессах урбанизации
Урбанизация – это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества. Рост численности населения и его плотности – характерная черта городов. Исторически самым первым городом с миллионным населением был Рим во времена Юлия Цезаря (44–10 гг. до н. э.). Самым большим городом мира в наше время является Мехико – 14 млн человек по данным на 1990 г., в 2000 г. в нем ожидался 31 млн. К 2000 г. рубежа в 16 млн человек должны были достигнуть и даже превысить его такие города, как Бомбей, Каир, Джакарта и Карачи, рубежа в 20 млн и выше – Сан-Паулу, Калькутта, Сеул. Население Москвы к концу в 2002 г. составляет более 10 млн человек
Общая площадь урбанизированных территорий Земли в 1980 г. составила 4,69 млн км 2 , а к 2007 г. она достигнет 19 млн км 2 – 12,8% всей и более 20% жизнепригодной территории суши. К 2030 г. практически все население мира будет жить в поселках городского типа (Реймерс, 1990).
Плотность населения в городах, особенно крупных, составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек на 1 км 2 , а в Гонконге – 1500 тыс. на 1 км 2 . Как известно, на человека не распространяется действие факторов, зависящих от плотности популяции, подавляющих размножение животных: интенсивность роста населения ими автоматически не снижается. Но объективно высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, к появлению специфических болезней, связанных, например, с загрязнением среды, делает обстановку эпидемиологически опасной в случае вольного или невольного нарушения санитарных норм, и др.
Особенно интенсивно протекают процессы урбанизации в развивающихся странах, о чем красноречиво свидетельствуют вышеприведенные показатели роста численности городов в ближайшие годы.
Человек сам создает эти сложные урбанистические системы, преследуя благую цель – улучшить условия жизни, и не только просто «оградившись» от лимитирующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки и к нарушению природных экосистем.
Урбанистические системы
Урбанистическая система (урбосистема) – «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем» (Реймерс, 1990).
По мере развития города в нем все более дифференцируются его функциональные зоны – это промышленная, селитебная, лесопарковая. Промышленные зоны – это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (металлургической, химической, машиностроительной, электронной и др.)- Они являются основными источниками загрязнения окружающей среды.
Селитебные зоны – это территории сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения и т. п.
Лесопарковая – это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т. е. приспособленная для массового отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри городов, но обычно здесь городские парки – древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.
Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные и специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками и т. п.).
Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, автозаправочные станции, гаражи, станции обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в том числе подземные – метрополитен; аэродромы с комплексом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).
Среда, окружающая человекам этих условиях, – это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно, по Н. Ф. Реймерсу (1990), ее можно делить на собственно природную среду и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей – здания, асфальт дорог, искусственное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды). В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа – это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.
Помимо наземной части ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа, т. е. поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой (Е. М. Сергеев, 1979). Геологическая среда – это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека (рис. 10.2).
На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами (Трофимов, Епишин, 1985) (рис. 10.2). Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.
Таким образом, урбосистемы – это средоточие населения, жилых и промышленных зданий и сооружений. Существование урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атомноэнергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.
Среда урбосистем, как ее географическая, так и геологическая части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации и реутилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов, загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и потока энергии в природных экосистемах. И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего человечества. Здоровье человека – индикатор качества этой среды.
Контрольные вопросы
1. Какой принцип положен Ю. Одумом в основу выделения четырех фундаментальных типов экосистем? Перечислите эти типы.
2. Что характерно для первого и второго типа экосистем (природных)?
3. Чем отличается третий тип экосистем (агроэкосистем) от похожих на них природных экосистем?
4. В чем особенности энергетики чевертого типа экосистем (индустриально-городских)?
5. Что такое урбанизация и урбанистические системы?
6. Что понимается под природно-технической системой и искусственной средой?
