Экосистема - круговорот веществ в потоке энергии - РЕГУЛЯЦИЯ НА ПОПУЛЯЦИОННОМ И БИОСФЕРНОМ УРОВНЯХ

Постановка проблемы урока

Каждый организм оставляет отходы своей жизнедеятельности. Вместе с тем в природе не накапливается “мусор”.

• Сформулируйте главный вопрос урока. (См. авторский вариант на с. 350.)

Необходимые базовые знания

• Как осуществляется регуляция? (§ 1)

• Что вы знаете об экосистеме? Какие группы организмов необходимы в любой экосистеме? (6-7 класс)

• Какие организмы относятся к автотрофам, а какие - к гетеротрофам? (5-7 класс, § 5)

Решение проблемы

Главная функция экосистемы

25.1. Круговорот веществ в экосистеме.

Поддержание равновесия между синтезом и разложением органических веществ — главная функция экосистемы.

Экосистема — единство биотических и абиотических (вода, воздух, почва, минеральные вещества и т.п.) компонентов природы, в котором сообщество совместно обитающих живых организмов способно общими усилиями поддерживать круговорот веществ.

Самая большая экосистема — биосфера Земли. В ней существует множество экосистем меньшего размера, внутри которых осуществляются циклические процессы синтеза и разложения органических веществ. Примеры экосистем: природная зона тайги, водосборный бассейн, отдельный лесной массив, луг, озеро, пруд и т.д.

РОЛЬ ЖИВЫХ организмов в экосистеме

25.2. Основные группы живых организмов.

• Какую роль в экосистеме играют представители каждой из крупнейших групп организмов, обозначенных на рисунке?

• Почему необходимо, чтобы органические вещества в конечном счёте разлагались до минеральных (неорганических) компонентов?

• Можно ли сказать, что благополучие каждого царства эукариот обусловлено существованием всех остальных царств?

Продуценты — производители органических веществ из неорганических компонентов под воздействием энергии из внешнего источника. Главный такой источник — солнечный свет, обеспечивающий фотосинтез в зелёных растениях. Встречаются продуценты, использующие для синтеза энергию химических процессов (хемосинтетики).

Консументы — потребители готовых органических веществ, представленных телами живых и мёртвых организмов.

Редуценты — разрушители органических веществ до более простых, в конечном счёте неорганических компонентов. Они используют остатки отмерших организмов в виде растворов готовых органических веществ.

Роль продуцентов играют автотрофные организмы, в то время как другие роли принадлежат гетеротрофам.

Цепь питания

Цепь питания (трофическая цепь) — последовательность организмов, в которой каждый предыдущий служит пищей последующему (рис. 25.3). Эти взаимоотношения лежат в основе передачи вещества и энергии в экосистеме.

25.3. Цепь питания.

Трофический уровень организма — это положение организма в пищевой цепи. Организмы, получающие пищу через равное число звеньев, находятся на одном трофическом уровне независимо от того, принадлежат ли они к одной или разным цепям питания. К первому трофическому уровню относятся продуценты, ко второму — растительноядные консументы, к третьему — хищники (консументы второго порядка) и т.д. Питание каждого организма разнообразно, поэтому он может одновременно принадлежать к разным цепям питания и занимать в них различный трофический уровень.

25.4. Место человека в цепях питания.

• Определите по рисунку, чем питаются люди в каждой из цепей питания. К какому трофическому уровню они относятся?

Сложность экосистем - условие их устойчивости

25.5. Пищевые сети в экосистеме арктических тундр летом.

Каждый вид связан пищевыми и непищевыми связями с несколькими видами. Изменение его численности косвенно сказывается и на всех остальных видах в экосистеме. Множественные связи позволяют временно изменять значимость отдельных видов. Например, при сокращении численности одного вида его место может занять другой. При чрезмерном размножении какого-либо вида его численность будет сокращена размножившимися хищниками. В сухой год преобладают одни виды, во влажный — другие.

• К чему приводит сокращение разнообразия экосистем под воздействием человека?

Энергия и вещество в экосистеме

25.6. Экосистема потребляет (рассеивает) энергию и обеспечивает круговорот веществ.

При каждом превращении энергии в цепи питания часть её необратимо рассеивается в виде тепла. Опытным путём установлено, что в природных экосистемах на каждый следующий трофический уровень переходит порядка 10% энергии предыдущего уровня. Это означает, что кпд природных экосистем такой же, как у средней паровой машины.

25.7. Эффект убывания энергии при переходе с одного трофического уровня на другой принято изображать в форме пищевой пирамиды.

• Почему мясо дороже овощей?

25.8. Пирамида численности показывает число особей на каждом трофическом уровне, пирамида биомасс - массу этих особей, пирамида энергии - поток энергии, протекающий через каждый трофический уровень.

Трофическая пирамида в океане и на суше

25.9. Пирамиды биомасс в океане и на суше.

• Как пищевые пирамиды отражают законы сохранения и рассеивания энергии?

В водных экосистемах часто наблюдается парадокс, когда биомасса продуцентов (фитопланктона) и консументов 1-го порядка (зоопланктона) может быть меньше биомассы консументов высших порядков (рыб). На первый взгляд это нарушает закон сохранения энергии. В действительности в таких случаях продуценты и консументы 1-го порядка представлены организмами с очень короткими жизненными циклами. Поэтому за время жизни долгоживущих консументов успевают смениться много поколений их пищевых объектов.

Эти различия связаны с приспособлениями к разным средам жизни. На суше, чтобы тянуться к свету, приходится наращивать биомассу, а, следовательно, жить долго. В плотной воде всё наоборот: чтобы получить больше света, достаточно плавать на поверхности.

Урожай продуцентов в экосистемах разных широт

• Какие организмы создают органическое вещество из неорганического?

• Какие лимитирующие факторы ограничивают урожай продуцентов?

• Куда девается урожай продуцентов в экосистеме?

• Почему урожай продуцентов на суше убывает к полюсам, а в море - к глубоководным частям?

• Как можно объяснить большой разброс величины урожая в экосистемах на одной широте?

25.10. Распределение урожая продуцентов в экосистемах разных широт (т/га).

Круговорот веществ приводится в движение потоком энергии через экосистему. Процесс необратимого рассеивания энергии в экосистеме демонстрирует пищевая пирамида. Продуценты, консументы и редуценты, представленные множеством видов, приспособленных к условиям своего обитания, образуют пищевые сети, замыкающие круговорот веществ в экосистеме.

Экосистема. Продуценты, консументы, редуценты. Цепи питания. Трофический уровень. Пищевая пирамида

Применение знаний

1. Какова главная функция экосистемы?

2. Какие экологические роли исполняют в экосистеме автотрофы и гетеротрофы?

3. В каком соотношении находятся понятия “цепь питания” и “трофический уровень”?

4. Почему хищников, как правило, меньше, чем их жертв?

5. Почему пирамида биомасс в морях меняет свою обычную форму?

6. Как закон сохранения энергии объясняет различие урожая продуцентов в экосистемах разных широт?

7. К какому трофическому уровню относятся вегетарианцы?

8. Найдите в Интернете новый и интересный, с вашей точки зрения, материал, отсутствующий в учебнике, подготовьте доклад.