Саморазвитие экосистем - сукцессии Цель: познакомить с закономерностями формирования устойчивых экосистем в природе (от лат."сукцессио" – преемственность, наследование)

Задачи урока Рассказать о пожарах, которые являются естественной причиной нарушения экосистемРассказать о пожарах, которые являются естественной причиной нарушения экосистем Дать представление о низовых и верховых пожарах, их последствияхДать представление о низовых и верховых пожарах, их последствиях Указать общие закономерности саморазвития биоценозовУказать общие закономерности саморазвития биоценозов Дать понятие о сукцессииДать понятие о сукцессии

Проверка домашнего задания Стр. 136Стр. 136 Составить 3-4 пищевых цепей, начинающихся в агроценозе с растений пшеницыСоставить 3-4 пищевых цепей, начинающихся в агроценозе с растений пшеницы Например:Например: -Пшеница – хлебный комарик – луговой чекан – лунь -Пшеница – полевка – хорь -Пшеница – перепел – коршун

Взаимосвязи клевера лугового в агроценозе «клеверное поле» Клевер луговой Насекомые – опылители (шмели) Паразитические грибы (возбудители ржавчины, мучнистой росы) Клубеньковые бактерии Клеверный долгоносик Дождевые черви

Вопросы Почему культурные растения не могут конкурировать с сорняками?Почему культурные растения не могут конкурировать с сорняками? Почему быстро истощается почва в агроценозах?Почему быстро истощается почва в агроценозах? Укажите пути возврата питательных веществ в почву и повышения продуктивности агроценозовУкажите пути возврата питательных веществ в почву и повышения продуктивности агроценозов Укажите значение агроценозов для обеспечения населения продуктами питания, развития народного хозяйстваУкажите значение агроценозов для обеспечения населения продуктами питания, развития народного хозяйства

Саморазвитие экосистем Любой биоценоз динамичен, в нем постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности его членов и в соотношении популяцийЛюбой биоценоз динамичен, в нем постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности его членов и в соотношении популяций Типы изменений ЦиклическиеПоступательные

Циклические изменения СуточныеСезонныеМноголетние Выражены сильнее при значительной разнице температур, влажности и других факторов среды днем и ночью (например, пустыни Средней Азии) Изменение состояния, активности, количественного соотношения отдельных видов в зависимости от циклов размножения, суточных миграций, отмирания и т.п. (оцепенение, спячка, однолетники в районах с контрастными зимой и летом) Зависит от изменения по годам метеорологических условий или других внешних факторов, действующих на сообщество (степень разлива рек), связана с особенностями жизненного цикла растений- эдификаторов, массовыми размножениями паразитов (саранча)

Последовательная закономерная смена биоценозов на одной и той же территории под влиянием природных и (или) антропогенных факторов Например, на месте маленького озера может образоваться болото из-за постепенного обмеления и высыхания; на месте болота – луг; на месте леса – луг, на месте безжизненного вулканического острова через столетия может вырасти лес и т.д.Например, на месте маленького озера может образоваться болото из-за постепенного обмеления и высыхания; на месте болота – луг; на месте леса – луг, на месте безжизненного вулканического острова через столетия может вырасти лес и т.д. В ходе сукцессии процессы всегда идут в направлении достижения равновесия в экосистеме – климаксаВ ходе сукцессии процессы всегда идут в направлении достижения равновесия в экосистеме – климакса КЛИМАКС – состояние в экосистеме, когда она без вмешательства извне находится в равновесии

Смены сукцессий Экзогенетические, или экзодинамические (вековые) Эндодинамические Влияние внешних факторов (потепление, похолодание, иссушение почв, понижение уровня грунтовых вод и т.д.) Для различных географических объектов характерны как общие, так и специфические изменения в экосистемах

Американский эколог Клементс – автор учения о сукцессиях Фре́дерик Кле́ментс (англ. Frederic Edward Clements, ) американский ботаник, эколог растений и миколог.Фре́дерик Кле́ментс (англ. Frederic Edward Clements, ) американский ботаник, эколог растений и миколог.англ американскийботаникэкологмикологангл американскийботаникэкологмиколог Ввёл понятие «экотон», обозначающее относительно резкую переходную зону между сообществами.Ввёл понятие «экотон», обозначающее относительно резкую переходную зону между сообществами.экотон Совокупность растительности и животного мира именовал биомом.Совокупность растительности и животного мира именовал биомом.биомом Внёс большой вклад в систематику грибов.Внёс большой вклад в систематику грибов.систематикугрибовсистематикугрибов Член американской Национальной Академии наук, Американского ботанического общества (вице- президент в 1905, консультант в ), Американской Ассоциации содействия прогрессу науки.Член американской Национальной Академии наук, Американского ботанического общества (вице- президент в 1905, консультант в ), Американской Ассоциации содействия прогрессу науки.Национальной Академии наук Американского ботанического общества Американской Ассоциации содействия прогрессу наукиНациональной Академии наук Американского ботанического общества Американской Ассоциации содействия прогрессу науки

ПЕРВИЧНАЯ СУКЦЕССИЯ – процесс развития различных экосистем на безжизненных территориях (на песчаных дюнах, на вулканических островах, на месте скалистых гор).процесс развития различных экосистем на безжизненных территориях (на песчаных дюнах, на вулканических островах, на месте скалистых гор). Эта сукцессия самая длительная, т.к. сначала требуется время для формирования почвы.Эта сукцессия самая длительная, т.к. сначала требуется время для формирования почвы. Последовательность процессов: На безжизненных местах поселяются «пионеры», первопоселенцы – сине-зеленые водоросли, лишайники. Отмирая, они образуют тонкий слой почвы, на которой могут поселяться сначала мхи. Затем, по мере увеличения почвенного слоя, могут вырасти травы, кустарники, деревья.На безжизненных местах поселяются «пионеры», первопоселенцы – сине-зеленые водоросли, лишайники. Отмирая, они образуют тонкий слой почвы, на которой могут поселяться сначала мхи. Затем, по мере увеличения почвенного слоя, могут вырасти травы, кустарники, деревья.

ВТОРИЧНАЯ СУКЦЕССИЯ – это развитие одной экосистемы, более адаптированной к данным абиотическим условиям, на месте другой.это развитие одной экосистемы, более адаптированной к данным абиотическим условиям, на месте другой. Степень благоприятности условий местопроизрастания оценивается либо по результатам прямого определения значений факторов, либо по растениям-индикаторам.Степень благоприятности условий местопроизрастания оценивается либо по результатам прямого определения значений факторов, либо по растениям-индикаторам. для лесной зоны кислица указывает на условия увлажнения, близкие к оптимальным, и значительное богатство почв питательными минеральными веществами;для лесной зоны кислица указывает на условия увлажнения, близкие к оптимальным, и значительное богатство почв питательными минеральными веществами; черника – на несколько избыточное увлажнение и некоторый дефицит элементов минерального питания;черника – на несколько избыточное увлажнение и некоторый дефицит элементов минерального питания; брусника – на дефицит увлажнения и почвенного плодородия;брусника – на дефицит увлажнения и почвенного плодородия; мхи (кукушкин лён, сфагнум) – на чрезмерно избыточное увлажнение, дефицит минеральных веществ, недостаток кислорода для дыхания корней и наличие процессов торфообразования.мхи (кукушкин лён, сфагнум) – на чрезмерно избыточное увлажнение, дефицит минеральных веществ, недостаток кислорода для дыхания корней и наличие процессов торфообразования. Наряду с индикаторами меняется состав и других видов, произрастающих под пологом эдификаторов. По растениям-эдификаторам и растениям-индикаторам называют биоценозы (экосистемы).Наряду с индикаторами меняется состав и других видов, произрастающих под пологом эдификаторов. По растениям-эдификаторам и растениям-индикаторам называют биоценозы (экосистемы).

Причины вторичных сукцессий: -изменение климата (постепенное заболачивание местности из-за влажного климата), -природные катаклизмы (землетрясения, наводнения, ураганы и т.д.), -человеческая деятельность! (вырубка лесов, загрязнение, вспашка земель, добыча полезных ископаемых и т.д.), -нашествие вредителей или заболевания. Примечание: если в ходе вторичной сукцессии исчез почвенный слой (из-за эрозии почвы), процессы пойдут по типу первичной сукцессии. Примечание: если в ходе вторичной сукцессии исчез почвенный слой (из-за эрозии почвы), процессы пойдут по типу первичной сукцессии.

Антропогенные воздействия Часто ведут к упрощению экосистем.Часто ведут к упрощению экосистем. Такие явления называют дегрессиями.Такие явления называют дегрессиями. Различают, например, пастбищные, рекреационные и другие дегрессии. Различают, например, пастбищные, рекреационные и другие дегрессии. Смены такого типа обычно завершаются не климаксными экосистемами, для которых характерно усложнение структуры, а стадиями катоценоза, которые нередко заканчиваются полным распадом экосистемСмены такого типа обычно завершаются не климаксными экосистемами, для которых характерно усложнение структуры, а стадиями катоценоза, которые нередко заканчиваются полным распадом экосистем

Причина нарушения экосистем - пожары Низовые пожары – гибель мхов, лишайников, сухой травы, опавшей хвои и листвы, брусники, черники, вереска, обгорание коры у основания деревьев и молодой поросли, могут превратиться в почвенные (тление верхнего слоя почвы, сгорание корней деревьев)Низовые пожары – гибель мхов, лишайников, сухой травы, опавшей хвои и листвы, брусники, черники, вереска, обгорание коры у основания деревьев и молодой поросли, могут превратиться в почвенные (тление верхнего слоя почвы, сгорание корней деревьев) Верховые пожары – возникают от низовых из-за сильного ветра или засухи, гибель крон деревьев, перенос огня на большие расстоянияВерховые пожары – возникают от низовых из-за сильного ветра или засухи, гибель крон деревьев, перенос огня на большие расстояния После пожара - восстановительная сукцессияПосле пожара - восстановительная сукцессия

Лесной пожар – неконтролируемое горение растительности, стихийно распространяющееся по лесной территории. Причины лесных пожаров В большинстве случаев виновником возникновения лесных пожаров оказывается человек, его небрежность при пользовании в лесу огнём во время работы или отдыха. В большинстве случаев виновником возникновения лесных пожаров оказывается человек, его небрежность при пользовании в лесу огнём во время работы или отдыха.

Основные причины загорания лесов: брошенная незатушенная спичка или сигарета;брошенная незатушенная спичка или сигарета; бутылки и осколки стекла (в солнечную погоду);бутылки и осколки стекла (в солнечную погоду); не полностью погашенный костёр;не полностью погашенный костёр; преднамеренные поджоги;преднамеренные поджоги; грозовые разряды.грозовые разряды.

Поражающие факторы лесных и торфяных пожаров Первичные поражающие факторы: огонь,огонь, высокая температура воздуха.высокая температура воздуха. Вторичные поражающие факторы: Вторичные поражающие факторы: обширные зоны задымления,обширные зоны задымления, ядовитые газы,ядовитые газы, обрушение деревьев.обрушение деревьев.

Последствиями крупных лесных пожаров являются: прекращение полётов самолётов,прекращение полётов самолётов, остановка движения по автомобильным и железным дорогам,остановка движения по автомобильным и железным дорогам, резкое ухудшение экологической обстановки.резкое ухудшение экологической обстановки. По площади, охваченной огнём, лесные пожары подразделяются на классы.По площади, охваченной огнём, лесные пожары подразделяются на классы. Класс пожара Площадь пожара (га) Площадь пожара (га) Загорание0,1-0,2 Малый пожар 0,2-2,0 Небольшой пожар 2,1-20 Средний пожар Крупный пожар Катастрофический пожар более 2000

По характеру распространения лесные пожары подразделяются на виды Виды лесных пожаров НизовыеВерховые Подземные (торфяные) Загораются: сухая трава, кустарник. Составляют 80% всех пожаров. Загораются верхушки деревьев. Очень опасен для леса и его обитателей, а так же людей. Загорается: торф, корни деревьев. Сложный для тушения пожар. Опасен подземными пустотами.

По скорости распространения огня и высоте пламени пожары подразделяются на:По скорости распространения огня и высоте пламени пожары подразделяются на: слабыеслабые средниесредние сильныесильные

Верховой пожар – 10 лет спустя

Методы борьбы с лесными пожарами Непосредственное тушение проводится следующими способами:Непосредственное тушение проводится следующими способами: захлёстывание огня ветками,захлёстывание огня ветками, забрасывание огня песчаным грунтом,забрасывание огня песчаным грунтом, тушение пожаров водой или растворами химикатов,тушение пожаров водой или растворами химикатов, тушение пожаров искусственно вызванными осадками.тушение пожаров искусственно вызванными осадками. Косвенный метод тушения проводится следующими способами:Косвенный метод тушения проводится следующими способами: создание заградительных полос и барьеров на пути распространения огня,создание заградительных полос и барьеров на пути распространения огня, заблаговременный пуск огня от дорог, троп, ручьёв навстречу низовому или верхнему пожару.заблаговременный пуск огня от дорог, троп, ручьёв навстречу низовому или верхнему пожару.

Эвакуация из зоны лесного пожара Если во время прогулки в лесу вы столкнулись с лесным или торфяным пожаром:Если во время прогулки в лесу вы столкнулись с лесным или торфяным пожаром: определите направление ветра;определите направление ветра; определите направление распространения огня;определите направление распространения огня; выберите маршрут выхода из леса (перпендикулярно огню) вдоль рек, просек в безопасное место;выберите маршрут выхода из леса (перпендикулярно огню) вдоль рек, просек в безопасное место; выходите из леса только в наветренную сторону и быстро.выходите из леса только в наветренную сторону и быстро.

Смена биоценозов в тайге (рис. 78, стр. 137, доп.м. – 140 стр., 1, опыт Г.Ф.Гаузе) Неустойчивые стадии при смене биоценозов – Неустойчивые стадии при смене биоценозов – незрелые незрелые Устойчивые стадии – зрелые Устойчивые стадии – зрелые

Смена видов Что растет? Что это дает? организмы-пионеры (корковые водоросли, накипные лишайники)- обычно в результате вырубки леса обогащение субстрата органическими и доступными для усвоения растениями веществами, случайно попавшими отдельные травянистые растенияспособны быстро осваивать и изменять бедный субстрат, среду обитания полукустарники и кустарникиОсвоение земель, конкуренция видов лиственные виды деревьев (чаще берёза, осина, ива) быстрый рост, высокое светолюбие, быстро изреживаются (к 40–50-летнему возрасту) Теневыносливая ель (антропогенное формирование - через лет, природное лет) догоняет в росте стареющие лиственные виды деревьев и выходит в первый ярус – постоянный состав сообщества Образуется климаксное смешанное елово-лиственное сообщество или чисто еловый лес со свойственным им набором других видов растений и животных

Специфические закономерности сукцессий В каждой из них и на каждой стадии, присущ набор видов, который:В каждой из них и на каждой стадии, присущ набор видов, который: 1) характерен для данного региона, 2) наиболее приспособлен. Различными будут и завершающие (климаксные) сообщества (экосистемы).Различными будут и завершающие (климаксные) сообщества (экосистемы).

Видовой состав климаксных экосистем может существенно различаться.Видовой состав климаксных экосистем может существенно различаться. Общим является то, что эти экосистемы объединяет сходство видов-эдификаторов, то есть тех, которые в наибольшей мере создают среду обитанияОбщим является то, что эти экосистемы объединяет сходство видов-эдификаторов, то есть тех, которые в наибольшей мере создают среду обитания

Видовой состав климаксных экосистем может существенно различаться.может существенно различаться. Общее - экосистемы объединяет сходство видов-эдификаторов, то есть тех, которые в наибольшей мере создают среду обитанияОбщее - экосистемы объединяет сходство видов-эдификаторов, то есть тех, которые в наибольшей мере создают среду обитания Эдификаторы для степных экосистем - плотнокустовые злаки (ковыль и типчак).Эдификаторы для степных экосистем - плотнокустовые злаки (ковыль и типчак). Для тропических лесов - большое количество древесных видов, создающих сильное затенение для других видов своим пологом.Для тропических лесов - большое количество древесных видов, создающих сильное затенение для других видов своим пологом. Для лесной зоны северных и срединных регионов Евразии - ель и пихта.Для лесной зоны северных и срединных регионов Евразии - ель и пихта.

Эвтрофикация Природная сукцессия - «старение» озерных экосистемПриродная сукцессия - «старение» озерных экосистем Зарастание озер растениями от берегов к центруЗарастание озер растениями от берегов к центру Озеро превращается в торфяное болото, экосистему климаксного типаОзеро превращается в торфяное болото, экосистему климаксного типа «Цветение» водоемов – результат их обогащения биогенами (фосфором, азотом) массовые заморы рыб«Цветение» водоемов – результат их обогащения биогенами (фосфором, азотом) массовые заморы рыб

Сукцессионная серия Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга сообществ в сукцессииПоследовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга сообществ в сукцессии Автотрофная система Гетеротрофная система

Автотрофная сукцессия Первые поселенцы быстро размножаются, толерантны к абиотическим условиям (R- стратегия, рост численности)Первые поселенцы быстро размножаются, толерантны к абиотическим условиям (R- стратегия, рост численности) Возрастает видовое разнообразие, увеличивается значение К-фактора (ограничитель роста)Возрастает видовое разнообразие, увеличивается значение К-фактора (ограничитель роста) R- = К- стабильное сообщество, климаксное, «самоподдерживающееся сообщество, находящееся в равновесии с физическим местообитанием» (Ю.Одум, 1975)R- = К- стабильное сообщество, климаксное, «самоподдерживающееся сообщество, находящееся в равновесии с физическим местообитанием» (Ю.Одум, 1975) Отмершая органика – источник минеральных веществ для биогеохимического круговоротаОтмершая органика – источник минеральных веществ для биогеохимического круговорота

Гетеротрофная сукцессия Приток мертвого органического вещества не восполняет его запасы, т.к. участвуют в сукцессии только гетеротрофные организмыПриток мертвого органического вещества не восполняет его запасы, т.к. участвуют в сукцессии только гетеротрофные организмы Количество энергии уменьшаетсяКоличество энергии уменьшается Система (организмы) погибаетСистема (организмы) погибает По Ю.Одуму – ассоциация с эксплуатацией залежей горючих полезных ископаемых человекомПо Ю.Одуму – ассоциация с эксплуатацией залежей горючих полезных ископаемых человеком

Закономерности биоценозов в ходе сукцессии Постепенное увеличение видового разнообразияПостепенное увеличение видового разнообразия Смена доминирующих видовСмена доминирующих видов Усложнение цепей питанияУсложнение цепей питания Увеличение в сообществах доли видов с длительными циклами развитияУвеличение в сообществах доли видов с длительными циклами развития Усиление взаимовыгодных связей в биоценозах и др.Усиление взаимовыгодных связей в биоценозах и др.

Сохранение биоразнообразия Ранние стадии сукцессионной серии – продукции много. Изымание ее не подрывает продуктивность экосистемыРанние стадии сукцессионной серии – продукции много. Изымание ее не подрывает продуктивность экосистемы Изъятие в климаксных сериях – следует сохранять способность к самовозобновлениюИзъятие в климаксных сериях – следует сохранять способность к самовозобновлению Полнота сукцессий и видовое разнообразие возможны в случае надежной «работы» круговорота питательных веществ и в стабильной экосистемеПолнота сукцессий и видовое разнообразие возможны в случае надежной «работы» круговорота питательных веществ и в стабильной экосистеме

Умение управлять процессами саморазвития и самовосстановления экосистем – важная задача современной хозяйственной деятельности человекаУмение управлять процессами саморазвития и самовосстановления экосистем – важная задача современной хозяйственной деятельности человека Ускорять формирование стабильных сообществУскорять формирование стабильных сообществ Задерживать процессы в сообществах на нужной стадии развитияЗадерживать процессы в сообществах на нужной стадии развития

Вопросы В чем причина неустойчивости экосистем?В чем причина неустойчивости экосистем? Ответ: несбалансированность круговорота веществОтвет: несбалансированность круговорота веществ Укажите общие закономерности саморазвития биоценозовУкажите общие закономерности саморазвития биоценозов Ответ: увеличение видового разнообразия, смена доминирующих видов, усложнение цепей питания, усиление взаимовыгодных связей, увеличение общей биомассы и продукции сообщества, увеличение расхода продукции в цепях питанияОтвет: увеличение видового разнообразия, смена доминирующих видов, усложнение цепей питания, усиление взаимовыгодных связей, увеличение общей биомассы и продукции сообщества, увеличение расхода продукции в цепях питания

Вопросы Каковы факторы стабилизации экосистем?Каковы факторы стабилизации экосистем? Ответ: уравновешивание процессов создания и разрушения органического вещества автотрофами и гетеротрофами за счет деятельности видовОтвет: уравновешивание процессов создания и разрушения органического вещества автотрофами и гетеротрофами за счет деятельности видов Укажите причины, которые могут помешать самовосстановлению биоценозовУкажите причины, которые могут помешать самовосстановлению биоценозов Какова роль зрелых сообществ в природе?Какова роль зрелых сообществ в природе?

Домашнее задание Параграф 19, вопросы 1-5, стр. 142Параграф 19, вопросы 1-5, стр. 142 ЗаданиеЗадание ДискуссииДискуссии