чем почвенная среда похожа на водную среду
Три среды обитания
Шагая по лесу или лугу, вы вряд ли думаете о том, что находитесь. в наземно-воздушной среде. Но ведь именно так ученые называют тот дом для живых существ, который образован поверхностью земли и воздухом. Плавая в речке, озере или море, вы попадаете в водную среду — еще один богато населенный природный дом. А когда помогаете взрослым перекапывать почву в огороде, видите под ногами почвенную среду.
Здесь тоже много-много разнообразных жителей. Да, вокруг нас три замечательных дома — три среды обитания, с которыми неразрывно связана судьба большинства населяющих нашу планету организмов.
Жизнь в каждой среде имеет свои особенности. В наземно-воздушной среде достаточно кислорода, зато часто не хватает влаги. Особенно мало ее в степях и пустынях. Поэтому растения и животные засушливых мест имеют специальные приспособления для добывания, запасания и экономного расходования воды. Вспомните хотя бы кактус, запасающий влагу в своем теле. В наземно-воздушной среде бывают значительные изменения температуры, особенно в районах с холодной зимой. В этих районах в течение года заметно меняется вся жизнь организмов. Осенний листопад, отлет перелетных птиц в теплые края, смена шерсти у зверей на более густую и теплую — все это приспособления живых существ к сезонным изменениям в природе.
Для животных, обитающих в любой среде, важная проблема — передвижение. В наземно-воздушной среде можно передвигаться по земле и по воздуху. И животные этим пользуются. Ноги одних приспособлены к бегу (страус, гепард, зебра), других — к прыжкам (кенгуру, тушканчик). Из каждых ста обитающих в этой среде видов животных 75 умеют летать. Это большинство насекомых, птиц и некоторые звери (летучие мыши).
В водной среде чего-чего, а уж воды всегда достаточно. Температура здесь меняется меньше, чем температура воздуха. А вот кислорода зачастую не хватает. Одни организмы, например рыба форель, могут жить только в богатой кислородом воде. Другие (сазан, карась, линь) выдерживают недостаток кислорода. Зимой, когда многие водоемы скованы льдом, может наступить замор рыб — массовая гибель их от удушья. Чтобы кислород проникал в воду, во льду прорубают лунки.
В водной среде меньше света, чем в наземно-воздушной. В океанах и морях на глубине ниже 200 м — царство сумерек, а еще ниже — вечная тьма. Ясно, что водные растения встречаются лишь там, где достаточно света. Глубже могут жить только животные. Они питаются «падающими» из верхних слоев мертвыми остатками разных морских обитателей.
Самая заметная особенность многих водных животных — приспособления для плавания. У рыб, дельфинов и китов — плавники. У моржей и тюленей — ласты. У бобров, выдр, водоплавающих птиц, лягушек — перепонки между пальцами. У жуков-плавунцов — плавательные ножки, похожие на весла.
Почвенная среда — дом для множества бактерий и простейших. Здесь же располагаются грибницы грибов, корни растений. Заселили почву и самые разные животные — черви, насекомые, приспособленные к рытью звери, например кроты. Обитатели почвы находят в этой среде необходимые для них условия — воздух, воду, минеральные соли. Правда, здесь меньше кислорода и больше углекислого газа, чем на свежем воздухе. А воды порой бывает чересчур много. Зато температура более ровная, чем на поверхности. А вот свет в глубину почвы не проникает. Поэтому населяющие ее животные обычно имеют очень маленькие глаза или вовсе лишены органов зрения. Выручают их обоняние и осязание.
Наземно-воздушная среда
На этих рисунках «встретились» представители разных сред обитания. В природе они не смогли бы собраться вместе, потому что многие из них живут далеко друг от друга, на разных материках, в морях, в пресной воде.
Чемпион по скорости полета среди птиц — стриж. 120 км в час — обычная для него скорость.
Птички колибри взмахивают крыльями до 70 раз в секунду, комары — до 600 раз в секунду.
Скорость полета у разных насекомых такова: у златоглазки — 2 км в час, у комнатной мухи — 7, у майского жука — 11, у шмеля — 18, а у бабочки-бражника — 54 км в час. Крупные стрекозы, по некоторым наблюдениям, развивают скорость до 90 км в час.
Наши летучие мыши невелики ростом. Но в жарких странах живут их родственники — крыланы. Они достигают в размахе крыльев 170 см!
Крупные кенгуру совершают прыжки до 9, а иногда и до 12 м. (Отмерьте это расстояние на полу в классе и вообразите себе прыжок кенгуру. Просто дух захватывает!)
Гепард — самый быстроногий из зверей. Он развивает скорость до 110 км в час. Страус может бежать со скоростью до 70 км в час, делая шаги по 4—5 м.
Водная среда
Рыбы и раки дышат жабрами. Это специальные органы, которые извлекают из воды растворенный в ней кислород. Лягушка, находясь под водой, дышит кожей. А вот освоившие водную среду звери дышат легкими, поднимаясь к поверхности воды для вдоха. Подобным образом ведут себя и водные жуки. Только у них, как и у других насекомых, не легкие, а особые дыхательные трубочки — трахеи.
Почвенная среда
Строение тела крота, цокора и слепыша говорит о том, что все они — обитатели почвенной среды. Передние ноги у крота и цокора — главный инструмент для рытья. Они плоские, как лопаты, с очень большими когтями. А у слепыша ноги обычные, он вгрызается в почву мощными передними зубами (чтобы земля не попадала в рот, губы закрывают его позади зубов!). Тело у всех этих зверьков овальное, компактное. С таким телом удобно передвигаться по подземным ходам.
Проверьте свои знания
Подумайте!
Различают наземно-воздушную, водную и почвенную среды обитания. Каждый организм приспособлен к жизни в определенной среде.
Водная и почвенная среда. Приспособленность организмов к жизни в почве и воде
Разделы: Биология
Цель урока: выяснить особенности водной и почвенной сред обитания, черты приспособления организмов к данным средам.
Задачи:
1) обобщить знания о среде обитания, приспособленности к ней животных;
2) воспитание чувства прекрасного, любви к родной природе;
3) развить умение узнавать объекты;
4) развить коммуникативные способности.
| Планируемые образовательные результаты | ||
| Предметные | Метапредметные | Личностные |
| Расширение кругозора на основе знаний об особенностях водной и почвенной сред обитания; | ||
выявление приспособлений к водной и почвенной средам обитания, умение обосновывать принадлежность
видов к той или иной среде.
приспособление организмов к жизни в водной и почвенной среде.
План урока:
III. Стадия осмысления (получение новой информации) – 17 мин
IV. Стадия рефлексии (анализ, творческая переработка, интерпретация полученной информации) – 11 мин.
V. Подведение итогов, задание на дом. (3мин)
(порядок в классе, готовность к уроку, эмоциональный настрой)
II. Стадия вызова
— Давайте вспомним, что называют средой обитания?
— Перечислите известные вам среды обитания.
— Давайте сформулируем тему нашего урока. (записывают тему в тетрадь)
— Какую цель мы с вами поставим при изучении этой темы?
( учитель при необходимости корректирует)
— Посмотрите на слайд (Слайд №4), Что объединяет этих животных?
— Каковы особенности наземно-воздушной среды обитания?
— Найдите животное другой среды обитания (Слайд №5). На основе чего вы сделали такой вывод?
— Найдите животное, которое передвигается не так как все остальные (Слайд №6).
— Назовите животных, использующих в качестве способа передвижения полет.
(большинство насекомых, птиц и некоторые звери – летучие мыши)
— Посмотрите на слайд (Слайд №7), как передвигаются эти животные?
II. 2. “Верные и неверные суждения” (2 мин)
— Итак, ребята, сегодня мы с вами будем знакомиться с особенностями водной и почвенной сред обитания, до знакомства с новым материалом я предлагаю вам выполнить задание из рубрики “Верите ли вы, что. ”. Оформим задание в виде таблички.(Слайд №8)
| порядковый № вопроса | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| начало урока (да/нет) | ||||||||
| заключение (да/нет) |
“Верите ли вы, что. ” (слайд № 9)
1. Колебания температуры в водной среде значительнее, чем в наземно-воздушной.
2. В водной среде больше кислорода, чем в наземно-воздушной.
3. На большой глубине в водоёмах не встречаются растения из-за недостатка света.
5. Животные могут обитать на большой глубине потому, что питаются “падающими” из верхних слоёв мёртвыми остатками морских обитателей.
6. В почвенной среде больше углекислого газа и меньше кислорода, чем в наземно-воздушной среде.
7. Отсутствие органов зрения или их недоразвитие – это приспособление обитателей почвы к избытку воды.
8. Обитатели почвы находят в этой среде необходимые для них условия: воздух, воду и минеральные соли.
II.3. Афиширование (2 мин)
Ученики по цепочке зачитывают по одному суждению и высказывают свое мнение.
После каждого объяснения вопрос учителя: “Кто не согласен с предположениями поднимите руку”.
— Итак, в ходе обсуждения появились разногласия. Сегодня на уроке мы должны поработать так, чтобы разрешить эти разногласия.
III. Стадия осмысления ( 17 мин )
III.1 “ИНСЕРТ”— интерактивная система записи для эффективного чтения и размышления (12 мин) (Слайд 10)
1. Прочитайте указанный вашей группе текст, помечая на полях учебника отдельные абзацы и предложения.
2. Ставьте значки по ходу чтения текста.
Значки для маркировки:
3. Прочитав один раз, вернитесь к своим первоначальным предположениям, вспомните, что вы знали или предполагали по данной теме раньше.
4. Прочтите текст еще раз, возможно количество значков увеличится.
5. Заполните колонки таблицы.
6. Обсудите в группе то, что вы записали.
— Давайте обсудим вместе, что у вас получилось.
— Итак, ребята, мы опять с вами убеждаемся, что одну и ту же информацию вы воспринимаете по-разному. Одна и та же информация была для кого-то новой, другим – известной, третьи думали о ней совсем по-другому.
— Ребята, при работе с текстом вам попадалось слово – замор, давайте обсудим, что это такое (Слайд № 11)
III. 2 “Кластер” (гроздья) (5 мин)
— А теперь вам необходимо критически оценить и систематизировать полученную информацию. Для этого мы с вами будем использовать прием “Кластер” (гроздья)
— особенности водной среды (Слайд №12)
— приспособления к водной среде (Слайд №13)
– особенности почвенной среды (Слайд №14)
— приспособления к почвенной среде (Слайд №15)
IV. Стадия рефлексии
IV. 1. “Логические цепочки” (3 мин.)
Обратите внимание на слайд (Слайд № 16, 17). Найдите животное другой среды обитания. На основе чего вы сделали такой вывод?
— В чем сходство животных. Как вы можете его объяснить? (Слайд № 18)
— В какой среде обитает каждое насекомое? К какой работе приспособлены их ножки? (Слайд № 19)
IV. 2. Ребята, давайте обобщим полученную сегодня на уроке информацию, еще раз вернемся к рубрике “Верные и неверные суждения”. Просмотрите еще раз вопросы, на которые вы отвечали в начале урока, заполните третью горизонтальную колонку.
Зачитывание суждений по цепочке, высказывание правильных ответов, сравнивание с первоначальными данными.
— Какие у вас остались вопросы?
IV. 3.
Составьте 1 синквейн от группы
Среда
Уютная, комфортная.
Помогает, сохраняет, выживают.
Каждый организм приспособлен к жизни в определенной среде
Дом.
V. Домашнее задание
стр. 119-121, стр. 122 ПСЗ (3-4)
Глава 2. Факторы среды
Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова
Основы общей экологии
Учебное пособие. М.: Университетская книга, 2005.
Глава 2. Факторы среды
2.4. Основные среды жизни
Рассмотренные факторы и комплексные градиенты формируют жизненные среды – водную, наземно‑воздушную, почвенную. Кроме того, для многих организмов жизненной средой являются другие организмы.
Водная среда жизни. Это самая древняя среда, в которой жизнь возникла и долго эволюционировала еще до того момента, как первые организмы появились на суше. По составу водной среды жизни различаются два ее основных варианта: пресноводная и морская среды.
Водой покрыто более 70% поверхности планеты. Тем не менее, за счет сравнительной выравненности условий этой среды («вода всегда мокрая») разнообразие организмов в водной среде намного меньше, чем на суше. Лишь каждый десятый вид царства растений связан с водной средой, разнообразие водных животных несколько выше. Общее соотношение числа видов «суша/вода» – около 1:5.
Плотность воды выше плотности воздуха в 800 раз. И давление на населяющие ее организмы также много выше, чем в наземных условиях: на каждый 10 м глубины оно возрастает на 1 атм. Одно из основных направлений приспособления организмов к жизни в водной среде – повышение плавучести за счет увеличения поверхности тела и формирования тканей и органов, содержащих воздух. Организмы могут парить в воде (как представители планктона – водоросли, простейшие, бактерии) или активно перемещаться, как рыбы, формирующие нектон. Значительная часть организмов прикреплена к поверхности дна или перемещается по ней. Как уже отмечалось, важным фактором водной среды является течение.
Основу продукции большинства водных экосистем составляют автотрофы, использующие солнечный свет, пробивающийся через толщу воды. Возможность «пробивания» этой толщи определяется прозрачностью воды. В прозрачной воде океана в зависимости от угла падения солнечного света автотрофная жизнь возможна до глубины 200 м в тропиках и 50‑ти м в высоких широтах (например,в морях Северного Ледовитого океана). В сильно взмученных пресноводных водоемах слой, заселенный автотрофами (его называют фотическим), может составлять всего несколько десятков сантиметров.
Наиболее активно поглощается водой красная часть спектра света, поэтому, как отмечалось, глубоководья морей заселены красными водорослями, способными за счет дополнительных пигментов усваивать зеленый свет. Прозрачность воды определяется несложным прибором – диском Секки, который представляет собой окрашенный в белый цвет круг диаметром 20 см. О степени прозрачности воды судят по глубине, на которой диск становится неразличимым.
Важнейшей характеристикой воды является ее химический состав – содержание солей (в том числе биогенов), газов, ионов водорода (рН). По концентрации биогенов, особенно фосфора и азота, водоемы разделяются на олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные. При повышении содержания биогенов, скажем, при загрязнении водоема стоками, происходит процесс эвтрофикации водных экосистем (см. 12.7).
Содержание кислорода в воде примерно в 20 раз ниже, чем в атмосфере, и составляет 6–8 мл/л. Оно снижается при повышении температуры, а также в стоячих водоемах в зимнее время, когда вода изолирована от атмосферы слоем льда. Снижение концентрации кислорода может стать причиной гибели многих обитателей водных экосистем, исключая особо устойчивые к дефициту кислорода виды, подобные карасю или линю, которые могут жить даже при снижении содержания кислорода до 0,5 мл/л.
Содержание углекислого газа в воде, напротив, выше, чем в атмосфере. В морской воде его может содержаться до 40–50 мл/л, что примерно в 150 раз выше, чем в атмосфере. Потребление углекислого газа фитопланктоном при интенсивном фотосинтезе не превышает 0,5 мл/л в сутки.
Концентрация ионов водорода в воде (рН) может меняться в пределах 3,7–7,8. Нейтральными считаются воды с рН от 6,45 до 7,3. Как уже отмечалось, с понижением рН биоразнообразие организмов, населяющих водную среду, быстро убывает. Речной рак, многие виды моллюсков гибнут при рН ниже 6, окунь и щука могут выдержать рН до 5, угорь и голец выживают при понижении рН до 5–4,4. В более кислых водах сохраняются лишь некоторые виды зоопланктона и фитопланктона. Кислотные дожди, связанные с выбросами в атмосферу больших количеств оксидов серы и азота промышленными предприятиями, стали причиной подкисления вод озер Европы и США и резкого обеднения их биологического разнообразия.
Наземно‑воздушая среда жизни. Воздух отличается значительно более низкой плотностью по сравнению с водой. По этой причине освоение воздушной среды, которое произошло много позже, чем зарождение жизни и ее развитие в водной среде, сопровождалось усилением развития механических тканей, которые позволили организмам противостоять действию закона всемирного тяготения и ветра (скелет у позвоночных животных, хитиновые панцири у насекомых, склеренхима у растений). В условиях только воздушной среды ни один организм постоянно жить не может, и потому даже лучшие «летуны» (птицы и насекомые) должны периодически опускаться на землю. Перемещение организмов по воздуху возможно за счет специальных приспособлений – крыльев у птиц, насекомых, некоторых видов млекопитающих и даже рыб, парашютики и крылышки у семян, воздушные мешки у пыльцы хвойных пород и т.д.
Воздух – плохой проводник тепла, и потому именно в воздушной среде на суше возникли эндотермные (теплокровные) животные, которым легче сохранить тепло, чем эктотермным обитателям водной среды. Для теплокровных водных животных, включая гигантов‑китов, водная среда вторична, предки этих животных когда‑то жили на суше.
Для жизни в воздушной среде потребовались более сложные механизмы размножения, которые исключали бы риск высыхания половых клеток (многоклеточные антеридии и архегонии, а затем семязачатки и завязи у растений, внутреннее оплодотворение у животных, яйца с плотной оболочкой у птиц, пресмыкающихся, земноводных и др.).
В целом возможностей для формирования разнообразных сочетаний факторов в условиях наземно‑воздушной среды много больше, чем водной. Именно в этой среде особенно ярко проявляются различия климата разных районов (и на разных высотах над уровнем моря в пределах одного района). Поэтому разнообразие наземных организмов много выше, чем водных.
Почвенная среда жизни. Большая часть суши покрыта тонким слоем (по сравнению с толщей земной коры) почвы, названной в.И. Вернадским биокосным телом. Почва представляет собой сложный многослойный «пирог» из горизонтов с разными свойствами, причем состав и толщина «пирога» в разных зонах различны. Общеизвестны зональный (от подзолов и серых лесных до черноземов, каштановых и бурых почв) и гидрогенный (от влажно‑луговых до болотно‑торфянистых) ряды почв. В южных районах почвы могут быть, кроме того, засолены на поверхности (солончаковатые почвы и солончаки) или в глубине (солонцы).
Любая почва представляет собой многофазную систему, в состав которой входят:
– минеральные частицы – от тончайшего ила до песка и гравия;
– органическое вещество – от тел только что умерших животных и отмерших корней растений до гумуса, в котором это органическое вещество подверглось сложной химической обработке;
– газовая (воздушная) фаза, характер которой во многом определяется физическими свойствами почвы – ее структурой и соответственно плотностью и порозностью. Газовая фаза почвы всегда обогащена углекислым газом и парами воды и может быть обеднена кислородом, что сближает условия жизни в почве с условиями водной среды;
– водная фаза. Вода в почве также может содержаться в разных количествах (от избытка до крайнего дефицита) и в разных качествах, быть гравитационной, т.е. свободно перемещающейся по капиллярам и наиболее доступной для корней растений и животных организмов, гигроскопической, т.е. входящей в состав коллоидных частиц, и газовой, т.е. в форме пара.
Эта многофазность почв делает их среду наиболее насыщенной жизнью. В почвах сконцентрирована основная биомасса животных, бактерий, грибов, в ней расположены корни растений, живущих в наземно‑воздушной среде, но извлекающих из почвы воду с элементами питания и поставляющие в «темный мир» почвы органическое вещество, накопленное в процессе фотосинтеза на свету. Почва – это главный «цех по переработке» органического вещества, через нее протекает до 90% углерода, возвращаемого в атмосферу.
Гигантское разнообразие жизни в почве включает не только те организмы, которые живут в ней постоянно – позвоночные (кроты), членистоногие, бактерии, водоросли, дождевые черви и т.д., но и те организмы, которые связаны с ней лишь в начале своей «биографии» (саранчовые, многие жуки и т.д.).
Адаптация растений к некоторым вариантам экстремальных почвенных условий (засуха, засоление) будут рассмотрены в следующей главе.
Организмы как среда жизни. Нет ни одного вида многоклеточных организмов, который не был бы заселен другими организмами, и в первую очередь паразитами. Разные организмы и разные их органы, ткани и клетки имеют свою специфику как жизненные среды и свое паразитарное население, которое в разной степени опасно для хозяина, предоставившего им «жилплощадь со столом». Тем не менее, есть общие особенности этой среды жизни: в ней смягчены колебания внешних условий, и практически не ограничены ресурсы пищи.
Далеко не всегда хозяин, который заселен паразитами, оказывается беспомощным перед «назойливыми квартирантами». В этом случае паразитам приходится преодолевать неблагоприятные условия, формируемые в результате защитных реакций хозяина. По этой причине лучшая среда жизни для многих паразитов – это старые ослабленные особи.
Организмы как среду жизни, кроме паразитов, могут использовать многие виды, которые полезны организму‑хозяину, т.е. находятся с ним в отношениях взаимовыгодного сотрудничества – мутуализма (см. 8.6).
1. Расскажите об основных параметрах водной среды жизни.
2. Как организмы адаптируются к жизни в водной среде?
3. Какие факторы определяют способность света «пробивать» водную толщу?
4. Как изменяется спектр солнечного света при прохождении через водную толщу?
5. Какие факторы являются лимитирующими в водной среде?
6. Приведите примеры влияния рН водной среды на организмы.
7. Расскажите об основных отличиях наземно‑воздушной и водной сред жизни.
8. Какие изменения в строении организмов произошли в связи с освоением наземно‑воздушной среды?
9. Чем можно объяснить более высокий уровень разнообразия организмов, обитающих в наземно‑воздушной среде по сравнению с водной средой жизни?
10. Охарактеризуйте почвенную среду жизни как многофазную.
11. Расскажите о разнообразии жизни в почвенной среде.
12. Опишите основные особенности организма как среды жизни.
Темы докладов на семинарских занятиях
1. Главные комплексные градиенты, определяющие характер экосистем конкретного региона (где живет студент).
2. Свет как фактор‑ресурс.
3. Вода как незаменимый фактор жизни организмов.
4. Макро– и микроэлементы в питании растений и животных.
5. Организмы как пищевые ресурсы.
6. Температура как экологический фактор.
7. Характеристика температурного режима конкретного региона (где живет студент).
8. Засоление воды и почвы как экологический фактор.
9. Экологическая роль горизонтального и вертикального перемещения водных масс.
10. Экологическое значение загрязняющих веществ в конкретном регионе (где живет студент).
11. Главные комплексные градиенты в конкретном регионе (где живет студент).
12. Сравнение водной и наземно‑воздушной сред жизни.
13. Сравнение водной и почвенной сред жизни.