чем обусловлена смена биогеоценозов
Биология в лицее
Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation
Основные свойства биогеоценозов. Смена биогеоценозов
Биогеоценоз как открытая биологическая система существует на определенной территории и способен выдерживать изменения, вносимые в него различными компонентами. Сложившийся биогеоценоз отличает целостность, самовоспроизводство, устойчивость, саморегуляция, способность к изменениям и развитию.
Основные свойства биогеоценозов
Целостность биогеоценоза обеспечивается потоками энергии и вещества, связывающими организмы друг с другом и средой их обитания. Солнечная энергия и неорганические вещества среды, аккумулируемые автотрофными организмами, используются в процессе жизнедеятельности всего живого компонента биогеоценоза по цепям и сетям питания. Пища, неусвоенная животными и удаленная во внешнюю среду, мертвые растительные, животные и другие органические остатки минерализуются в процессе жизнедеятельности редуцентов и возвращаются в круговорот веществ, непрерывно происходящий в биогеоценозе. Углекислый газ, затрачиваемый на образование органических веществ зелеными растениями, фотосинтезирующими и хемосинтези-рующими бактериями, возвращается в окружающую среду при дыхании организмов. Атмосферный кислород, используемый организмами при дыхании, восполняется в биогеоценозе благодаря процессу фотосинтеза.
Самовоспроизводство биогеоценоза связано со способностью его организмов к размножению, наличием пищевых ресурсов, необходимых для их роста и развития, а также воссозданием организмами среды обитания.
Устойчивость биогеоценоза — это его способность к длительному существованию, сохранению во времени своей структуры и функциональных свойств при воздействии внешних факторов. Она также проявляется в способности биогеоценоза возвращаться в исходное (или близкое к нему) состояние после воздействия факторов среды, выводящих его из сложившегося равновесия.
Саморегуляция — свойство биогеоценоза поддерживать определенное соотношение организмов во всех сложившихся в нем цепях питания. Саморегуляция основана на принципе обратной связи: колебания растительной биомассы влияют на численность травоядных животных, а их численность зависит от числа хищников.
Саморегуляция биогеоценоза основана на принципе обратной связи. Численность каждого вида уравновешивается численностью других видов, связанных с ними пищевыми связями.
Саморегуляция биогеоценоза основана на принципе обратной связи. Численность каждого вида уравновешивается численностью других видов, связанных с ними пищевыми связями
К циклическим (регулярно повторяющимся) изменениям относят суточные, сезонные и многолетние. Суточные изменения связаны с закономерными периодическими сменами дня и ночи, а сезонные — со сменой времен года. В течение суток у растений по-разному проходят фотосинтез и испарение воды; у животных меняется поведение: одни из них более активны днем, другие — в сумерки, а третьи — ночью.
Сезонные изменения проявляются в осеннем листопаде у многих деревьев и кустарников, отмирании к зиме надземных органов у многолетних трав, отлете и прилете перелетных птиц, гнездостроении, весенней и осенней линьке, выведении потомства птицами и млекопитающими.
С приходом весны видовой, а затем и численный состав организмов биогеоценоза восстанавливается. Большое влияние на ход регулярных сезонных явлений оказывают различные отклонения в погодных условиях, например, затяжная холодная или теплая весна, жаркое и сухое или холодное и дождливое лето.
Сезонные изменения в биогеоценозе лиственного леса
Образование почвы может происходить в результате разрушения поверхности материнской породы лишайниками. Отмирающие лишайники обогащают образующуюся почву органическими остатками.
Накипные лишайники на скалах — пионеры растительности
Впоследствии на тонком разлагающемся под действием бактерий слое остатков лишайников и минеральной пыли начинают появляться мхи. Одновременно с лишайниками и мхами осваиваемую территорию заселяют мелкие насекомые, пауки и другие беспозвоночные животные. По мере дальнейшего формирования почвы, накопления в ней органических остатков становится возможным прорастание занесенных ветром семян растений (однолетних и многолетних трав), увеличение видового состава и численности почвенных беспозвоночных, растительноядных насекомых, моллюсков, мелких грызунов. С накоплением гумуса и с повышением влажности почвы постепенно формируются луга, степи или леса, заселяемые различными позвоночными животными. При отсутствии нарушений сукцессия завершается возникновением нового более устойчивого биогеоценоза, находящегося в относительном равновесии со средой.
Формирование биогеоценоза на первично свободной территории (первичная сукцессия)
Чаще всего сукцессии происходят на месте ранее существовавших биогеоценозов после нанесенных им повреждений (последствия бури, урагана, пожара, вырубки леса, выпаса скота). Сначала территорию путем заноса семян заселяют однолетние светолюбивые растения, а затем многолетние травы. С течением времени в этом местообитании появляются кустарники, а затем, лиственные деревья, постепенно вытесняемые елью. По мере заселения территории растениями складывается и видовой состав животных данного местообитания. Восстановление биогеоценоза елового леса после вырубки занимает более ста лет. Сформировавшийся биогеоценоз оказывается устойчивым. Происходящие в нем процессы поддерживают его длительное существование на определенной территории без видимых изменений.
Восстановление биогеоценоза — зарастание еловым лесом вырубки
Экологические сукцессии являются механизмами развития и самоподдержания природных экосистем.
Понимание законов сукцессии важно для многих сторон деятельности человека. Следует знать, что биогеоценоз не может быть одновременно высокоустойчивым и накапливать при этом избыток первичной продукции.
Итак, развитие и смена биогеоценозов — одна из основных причин их многообразия в природе. В процессе исторического развития человек постепенно преобразовывал природу для своих нужд. Это привело к частичной замене естественных биогеоценозов на нашей планете искусственными агробиоценозами.
Смена биогеоценозов в растительном и животном мире
Каждый биогеоценоз испытывает закономерную смену своих сообществ — экологическую сукцессию. В процессе жизнедеятельности организмов изменяется окружающая среда.
Например, на глубине стоячего водоема из-за недостатка кислорода часть органических веществ остается неокисленной и не используется в дальнейшем круговороте веществ. Накапливается ил, водоем мелеет.
Прибрежная водная растительность все больше продвигается к центру водоема. Озеро или пруд постепенно заболачивается. Исчезают одни, поселяются другие животные. Окружающей наземной растительностью постепенно зарастают берега, площадь водоема уменьшается. В конце концов на его месте формируется луг, кустарниковая заросль или лес.
Лесные биогеоценозы меняются после пожаров или вырубки. Сначала гари зарастают травянистой растительностью, затем светолюбивыми кустарниками и древесными породами, наконец, елью.
Смена биогеоценозов в животном мире
Важность оценки состояния и регуляция численности популяций. Установление причин колебания численности популяций любого вида требует знания биологии этого вида, его врагов, влияния факторов экологической среды, сказывающихся на размножении и выживании организмов данного вида.
Также важны причины, влияющие на изменение интенсивности этих факторов. Из экологических факторов наибольшую роль играют ограничивающие факторы.
Деятельность человека оказывает существенное влияние на видовой состав биоценозов. Неограниченная охота и сбор лекарственных растений может не только сократить численность промысловых животных и растений, но и привести их на грань вымирания.
Разведение сельскохозяйственных культур способствует, массовому размножению вредителей. Применение химических средств для борьбы с вредителями сокращает численность не только вредителей, но и других насекомых, в том числе и врагов вредителей.
Из приведенных примеров понятно, сколь необходимо изучение динамики процессов в биогеоценозах для управления численностью популяций полезных и вредных для человека растений и животных.
Зарождение и смена биогеоценозов. Суточные и сезонные изменения биогеоценозов
Разделы: Биология
Материал учебной темы «Биогеоценотический уровень жизни» по программе И.Н. Понамарёвой в 10 классе содержит большое количество терминов и новых понятий, которые могут потеряться в процессе изучения материала. В связи с этим изучение темы проходит с опорой на составляемую учащимися совместно с учителем по ходу урока карту темы.
Создавать общую картину темы необходимо, опираясь на примеры из живой природы, накопленные в процессе изучения биологии и личных наблюдений.
В конце каждого урока проводится срезовая работа, имеющая три уровня, которые позволят определить уровень усвоения материала.
Разработка может быть использована в общеобразовательных учреждениях (основной общеобразовательной школе; средней (полной) общеобразовательной школе, в т.ч. с углубленным изучением отдельных предметов; центре образования; гимназии).
Оборудование: мультипроекторная установка
Обзор предыдущего урока учащимися
Учитель: В дикой природе невозможно увидеть неизменную, неосвоенную жизнью, территорию. Будь-то вулканический остров, песчаная дюна или земляная горка выбросов кротов и т.д. всё в ближайшее время заселится живыми организмами. Идет восстановление, типичных для климата, природных сообществ. Однако прежде на этих местах возникает ряд сообществ, которые, сменяя друг друга, подготовят дорогу для конечного результата. Эти сообщества по структуре и функционированию могут решительно отличаться от конечного результата, допустим леса, которые разовьются на данном участке.
Развитие биоценозов, при котором наблюдается замена во времени одного сообщества живых организмов другими, принято называть экологической сукцессией.
Например, зарастание небольших озер можно проследить на протяжении одного или нескольких поколений людей.
Развитие леса на оставленном поле является примером сукцессии, происходящей в ясно выраженном автотрофном состоянии, ибо в первый момент появляются автотрофные организмы. Такая сукцессия носит название автотрофной. Видовой состав организмов меняется от года к году, а в сообществе идет накопление органического вещества.
Если рассмотрим как пример реку, загрязненную большим количеством органических отбросов (сточные воды от птицефабрик), то это органическое вещество активно используется гетеротрофами. Это — гетеротрофная сукцессия. Она завершается после того, как исчерпан излишек органического вещества.
Поток энергии, проходящий через сообщество, в ходе гетеротрофной сукцессии падает.
Она завершается после того, как исчерпан излишек органического вещества. В противоположность этому при автотрофном типе сукцессии поток энергии может даже возрастать.
При избытке ресурса всегда найдутся виды, которые его могут освоить. При недостатке ресурса часть видов вымрет. Такие изменения и составляют сущность экологической сукцессией. Главная особенность этого процесса состоит в том, что изменения сообщества всегда происходят в направлении к равновесному состоянию.
Если в биоценозах деятельность одних видов не компенсирует деятельность других, то условия среды неминуемо изменяются. Популяции меняют среду в неблагоприятную для себя сторону и вытесняются другими видами, для которых новые условия экологически более выгодные. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сформируется уравновешенное сообщество, которое способно поддержать баланс веществ в экосистеме.
Таким образом, в природе происходит саморазвитие экосистем от неустойчивого состояния к устойчивому
Для саморазвития биоценозов характерен целый ряд общих закономерностей:
— постепенное увеличение видового разнообразия,
— смена доминирующих видов,
— усложнение цепей питания,
— увеличение в сообществах доли видов с длительными циклами развития,
— усиление взаимовыгодных связей в биоценозах.
Саморазвитие экосистем начинается на любом участке суши, который обнажился: на осыпях, отмелях, сыпучих песках, голых скалах, обвалах горных пород и т.д.
Это первичные сукцессии. Они проходят ряд закономерных этапов.
(Вместе с учащимися).
На первом этапе обнажившийся участок заселяется случайно попадающими сюда организмами из окружающих местообитаний: семенами, спорами, летающими и ползающими насекомыми, расселяющими грызунами, птицами и т.д.
На втором этапе прижившиеся виды осваивают и изменяют окружающую среду, еще не мешают друг другу.
На третьем этапе обостряются конкурентные отношения, так как освоена территория полностью. Часть видов вытесняется и заменяется новыми. Процесс постепенной смены видового состава может длиться достаточно долго.
Такие биогеоценозы называют коренными, кпнечными или климаксовыми.
Вторичная сукцессия относится к сообществам, которые развиваются на месте уже существовавшего ранее сформированного сообщества. Примером являются изменения, происходящие после раскорчевки и запашки площадей, вырубки леса и т.д.(примеры учащихся)
Такие смены можно назвать восстановительными.
Вековые смены экосистем охватывают длительные периоды времени. Они происходят в связи с изменениями климата на планете, рельефа и других свойств поверхности Земли.
Вопрос: Что можно рассказать по годичным кольцам на спиле вековых деревьев? Вековые смены экосистем отражают историю развития биосферы.
В любом биогеоценозе всегда совершаются какие-то изменения:
— в состоянии жизнедеятельности членов сообществ,
— в соотношении популяций видов,
— в свойствах биотопа.
Такие изменения осуществляются в течение суток, сезона или года. Многие из них регулярно повторяются. Такие изменения называют циклическими.
В отличие от смены биогеоценозов, циклические изменения не производят принципиальных изменений в свойствах природного сообщества, не меняют его функциональной устойчивости, а отражают лишь комплекс приспособлений экосистемы в целом к суточной, сезонной и годичной динамике (изменениям) условий существования.
Суточные изменения характеризуются суточными ритмами активности процессов жизнедеятельности.
Сезонные изменения связаны с контрастными условиями периодов года (теплого-холодного, влажного-сухого).
Примеры учащихся: Миграции птиц и млекопитающих; изменения у растений (листопад).
Основная роль в регуляции сезонных ритмов у животных организмов принадлежит изменениям в продолжительности дня и ночи, которые тесно связаны с годовым изменением температуры. Весной вслед за удлинением дня повышается температура, а осенью с укорочением дня она снижается. Следовательно, длина дня служит сигнальным фактором, определяющим направление всех биологических процессов.
Реакцию живых организмов на продолжительность светового периода суток называют фотопериодизмом.
Суточные, сезонные и годичные изменения биогеоценоза не приводят к его смене, но доказывают тесную зависимость от условий внешней среды. А это очень важно знать человечеству в век интенсивного использования природных ресурсов. Превращение нашей биосферы в один обширный ковер пахотных земель таит в себе огромную опасность.
Человечество, с его интенсивным ростом численности, заинтересовано в высокой продуктивности сообществ. Уничтожая естественные стабильные экосистемы, мы подвергаем окружающую среду к неминуемым сукцессионным изменениям, которые при неграмотном управлении могут привести к экологической катастрофе.
Остатки цивилизаций и пустыни, возникновение которых обязано деятельности человека, является прекрасным доказательством того, что человек никогда не осознавал свою тесную связь с природой, необходимость приспосабливаться к естественным процессам, а не командовать ими.
I. Составить по памяти схему » Основные процессы. Изменения.»
II. Как регулируются сезонные ритмы у живых организмов? Ответ обоснуйте
III. Опишите виды экологических сукцессий. Ответ обоснуйте.
VI. Почему чужеземные виды растений чаще всего внедряются в местную растительность по обочинам дорог, насыпям, берегам рек, пашням и другим подобным местообитаниям и не приживаются в лесах, на лугах или в степях?
Основные обобщенные, прогнозируемые результаты изучения темы:
1. формируется представление о целостности и устойчивости окружающего мира, о хрупкости живой природы, активно реагирующей на разные формы воздействия;
2. развиваются способности:
* выделять основные понятия темы, несущие главную смысловую информацию,
* сопоставлять, обобщать, анализировать тексты,
* формировать общую картину изучаемого материала,
* подводить смысловой итог.
3. воспитывается уважение к окружающей живой природе, её значение для жизни человечества.
Список используемой литературы
1. Энциклопедия » Экология». М., » Аванта». 2004.
2. Учебник » Экология» Е.А.Криксунов (9 класс) » Дрофа», 1995.
3. Учебник » Основы экологии» Н.М.Чернова (9 класс) » Просвещение», 1998.
Изменения в природных экосистемах. Смена биогеоценозов.
Данная тема изучается в разделе «Экосистемы». Цель: выявить внешние и внутренние причины смены биогеоценозов. Показать их значимость в охране природы.
Просмотр содержимого документа
«Изменения в природных экосистемах. Смена биогеоценозов.»
Презентация к уроку по теме «Изменения в природных экосистемах. Смена биогеоценозов».
Факторы, вызывающие сукцессии
Смену вызывают внешние по отношению к нему факторы.
Смена возникает в результате процессов внутри сообщества
Для развития биоценозов в ходе сукцессии характерен целый ряд общих закономерностей: постепенное увеличение видового разнообразия, смена доминирующих видов, усложнение цепей питания, увеличение в сообществах доли видов с длительными циклами развития, усиление взаимовыгодных связей в биоценозах и т. д.
Рис. 1. Смена сообществ при зарастании водоема
Рис. 2. Смена мелких организмов в сенном настое
Характерные особенности R- видов
Размножаются быстро (высокая плодовитость, время генерации короткое, потому значение r высокое
Скорость размножения не зависит от плодовитости популяции
Скорость размножения зависит от плодовитости популяции, быстро увеличивается, если плотность падает
Энергия и вещество распределяются между многими потомками
Энергия и вещество концентрируются в немногих потомках, родители заботятся о потомстве
Размеры популяции некоторое время могут превышать К
Размеры популяции близки к равновесному уровню определяемому К
Вид не всегда устойчив на данной территории
Вид устойчив на данной территории
Расселяются широко и в больших количествах; у животных может мигрировать каждое поколение
Размножение идёт с большими затратами энергии и вещества
Малые размеры особей
Размножение идёт с относительно малыми затратами энергии и вещества, большая часть энергии и вещества расходуется на нерепродуктивный (вегетативный) рост
Крупные размеры особей; у растений деревянистые стебли и большие корни
Характерные особенности R- видов
Могут поселяться на открытом грунте
Плохо приспособлены к жизни на открытых местах
Местообитания сохраняют недолго
Местообитания устойчивы и сохраняются долго
Слабые конкуренты (способность к конкуренции не требуется)
Защитные приспособления развиты сравнительно слабо
Хорошие защитные механизмы
Лучше приспособлены к изменениям условий окружающей среды (менее специализированы)
Менее устойчивы к изменениям условий окружающей среды (высокая специализация для жизни в устойчивых местообитаниях
Крупные тропические бабочки
При зарастании водоема со дна обычно наблюдаются следующие стадии (Лепилова, 1934):
1. Господство планктона.
Подводные луга с глубины 5, иногда 6 м, до нижнего предела существования растительности макрофитов.
3. Заросли широколиственных рдестов, развитые на глубинах 3-5 м
4. Заросли растений с плавающими листьями, развитые на глубинах 2-3 м, иногда более (до 5 м)
5. Пояс камыша и тростника. Развит с глубины 0,5 до 2-3 м, редко глубже
6. Прибрежная растительность мелководий. Обитает от уреза воды до глубины 0,5 м,.
7. Прибрежная растительность .
В ней последовательно сменяют друг друга группы детритофагов и редуцентов и связанные с ними хищники и паразиты .
Начинаются «от нуля», где практически не было жизни, которая в ходе сукцессии осваивает новое пространство ;
Виды, последовательно сменяя друг друга, используют какой-либо один ограниченный ресурс: листовой спад, труп животного, навоз, упавшее дерево.
осваивает новое пространство, где практически не было жизни
начинается после полного или частичного разрушения экосистемы под влиянием нарушений
Развитие сообществ на вновь образовавшихся, ранее не заселенных местообитаниях (субстратах), где растительность отсутствовала — на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов, то такая сукцессия называется первичной
Вторичная сукцессия (восстановительная) проходит в местообитаниях, где сохранились остатки органического вещества от предыдущих этапов развития данной э косистемы
Например, после пожара в еловом лесу ель не может возобновиться сразу, так как ее проростки не выдерживают конкуренции светолюбивых и быстрорастущих трав: кипрея (иван-чая), вейника и др.
Климакс — это конечный этап развития биоценоза, когда сообщество приходит в равновесие со средой и его энергопродукция приближается к энергопотреблению.
Вырубка – причина вторичной сукцессии, происходящей на месте сформировавшегося биоценоза после его нарушения. Эта сукцессия под действием внешних причин, в данном случае хозяйственной деятельности человека, будет еще и экзогенной сукцессией.
Вторичные сукцессии (зарастание вырубки) требуют для восстановления устойчивого сообщества – климакса – сотен лет.
Изменение экологических факторов
Нарушение круговорота веществ в биогеоценозе, изменение видового состава.
Смена одного биогеоценоза другим.
В стабильных биогеоценозах происходят определённые изменения.
Изменение почвы и климата.
Изменение характера растительности.
Изменение животного мира.
Естественная смена биогеоценоза.
При ней виды, последовательно сменяя друг друга, используют какой-либо один ограниченный ресурс.
Лишайники на дереве
Это может быть листовой спад, труп животного, навоз, упавшее дерево. Сукцессия здесь проходит довольно быстро — в течение нескольких месяцев или лет. Любая мертвая органика (детрит) используется микроорганизмами или животными детритофагами
Первыми из деревьев на вырубках, местах пожарищ, залежах, брошенных лугах поселяются березы. Березняк – лес недолговечный. Его развитие продолжается примерно 100–150 лет и сменяется характерным зональным типом растительности – например, широколиственным лесом или ельником.
Смена лесного биогеоценоза.
В динамике естественных растительных сообществ может проходить смена доминирующего вида. Так, во влажные годы среди злаков преобладает лисохвост, а в сухие – костер и пырей.
Изменения экосистем во времени
Сложные пищевые цепи
Ельник (еловый лес) — типичный пример климаксного сообщества, развивающегося на некоторых суглинистых почвах
Сосновый лес как климаксное сообщество, наоборот, развивается на песчаных и супесчаных почвах
Множество экологических ниш
Общие закономерности сукцессии
Неустойчивые экосистемы, в которых не сбалансирован круговорот вещества, легко наблюдать на примере зарастания прудов или мелких озер. В таких водоемах, особенно если в них смываются с окружающих полей удобрения, бурно развиваются и прибрежная растительность, и различные водоросли. Растения не успевают перерабатываться водными обитателями и, отмирая, образуют на дне слои торфа. Озеро мелеет и постепенно прекращает свое существование, превращаясь сначала в болото, а затем – в сырой луг. Если водоем небольшой, такие изменения могут протекать достаточно быстро, за несколько лет.
Эвтрофирование водоёма, опустынивание.
Опустынивание и засуха – процессы связанные, и их совместный эффект оказывается особенно губительным. Среди процессов опустынивания выделяют следующие этапы: сокращение растительного покрова, ветровую и водную эрозию почвы, засоление почв, исчезновение многолетних растений (в первую очередь деревьев и кустарников), наступление песков.
Эвтрофикация – процесс повышения уровня первичной продукции вод из-за увеличения концентрации биогенных элементов. Для пресноводных водоемов такими служат в основном фосфор и иногда азот. Биогенные элементы могут поступать путем смыва удобрений с полей, со стоками, с атмосферными осадками, в результате эрозии и распашки почв, сведения лесов.
Последствия вырубки лесов
Увеличение размаха воздушных течений
Потеря зелёного покрова Земли
ПОТЕРЯ ЗЕЛЁНОГО ПОКРОВА ЗЕМЛИ
УВЕЛИЧЕНИЕ РАЗМАХА ВОЗДУШНЫХ ТЕЧЕНИЙ
Пониженная способность к сохранению влаги
Вымывание верхнего слоя почвы
Пониженное выпадение дождей
Увеличение незащищённости почвы от солнечных лучей
Выветривание верхнего слоя почвы
Жизнь растений не может восстановиться
Влияние человека на экосистемы.
Современный уровень устойчивости экосистем,
Карта нарушенности природных экосистем [2].
1.Экологи считают, что в северных районах лес можно рубить и вывозить только зимой по глубокому снегу. Объясните, почему
2.Какие изменения в популяциях растений с красными цветками могут возникнуть в результате интенсивного сбора цветущих экземпляров на букеты:
б)видимых изменений не произойдёт
в)возможны изменения в структуре ареала
г)возможны изменения в морфофункциональной организации растений
3. Почему в национальных парках и заповедниках посетителям можно ходить только по дорожкам или тропинкам?
Изменения в экосистеме
§ 86 учебник А.А. Каменский, Е.А Крискунов, В.В. Пасечник «Общая биология 10 – 11 классы
1. Т.А. Козлова, Т.С. Сухова, В.И. Сивоглазов «Экология» книга для учителя Москва «Школа – Пресс» 1966 год
4. Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология.