Пищевые связи, круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме.
план-конспект занятия по биологии (10 класс) на тему

Занятие № 34. Тема: «Пищевые связи, круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме»

Цель: сформировать представление об особенностях круговорота веществ и энергии в экосистемах; познакомить с  различными пищевыми цепями в разнообразных экосистемах; научить учащихся самостоятельно определять пищевые связи.

Задачи

Обучающие: познакомить учащихся с особенностями круговорота веществ и превращением энергии в экосистеме.

Развивающие: способствовать развитию умения составлять элементарные схемы переноса веществ и передачи энергии в экосистемах (цепи питания).

Воспитательные: способствовать экологическому воспитанию через демонстрацию  необходимости сохранения многообразия видов.

                                                                   План-конспект

1. Контроль знаний и умений учащихся по теме: «Экологические системы, их видовая и пространственная структура» - тест– 20 минут (Т07.01 – см. ФОС УМК)
2. Изучение нового материала по теме: «Пищевые связи, круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме»

Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга.

Основные звенья пищевой цепи.

В любом биогеоценозе можно выделить 4 структурных звена (см. схему ниже).

 Первое структурное звено – это абиотические факторы, которые находятся в постоянном обмене веществом и энергией с живым компонентом биоценоза.

 Второе звено составляют первичные продуценты, организмы, способные синтезировать органические соединения из неорганических. Это главным образом зелёные растения, в результате жизнедеятельности которых образуются органические вещества, служащие источником энергии для остального населения биогеоценоза. К первичным продуцентам относятся также фотосинтезирующие и хемосинтезирующие бактерии.

Третье структурное звено биогеоценоза составляют консументы или потребители, - организмы, живущие за счёт питательных веществ, созданных продуцентами, т.е. растительноядные организмы.

Четвёртое структурное звено – редуценты (разлагатели), - организмы, разлагающие мёртвое органическое вещество до неорганических соединений. К ним относятся бактерии, грибы, простейшие и многие многоклеточные животные, например дождевые черви.

Примеры пищевых цепей.

В водоеме продуцентами являются зеленые водоросли. Их поедают мелкие растительноядные ракообразные (дафнии, циклопы) - консументы (потребители) первого порядка. Этих животных потребляют в пищу плотоядные личинки различных водяных насекомых (например, стрекоз). Это консументы (потребители) второго порядка. Личинками питаются мелкие рыбы (например, плотва) - консументы (потребители) третьего порядка. А рыбы становятся добычей щуки - консумента (потребителя) четвертого порядка. Такую последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями.

Пищевые цепи состоят, как правило, из трех - пяти звеньев, например: растения овцы человек; растения кузнечики ящерицы орел; растения насекомые лягушки змеи орел.

Различают два типа трофических (пищевых) цепей. Пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищными или цепями выедания. Их примеры приведены выше. Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными, или цепями разложения. Например: мертвые ткани растений грибы многоножки кивсяки грибы ногохвостки коллемболы хищные клещи хищные многоножки бактерии.

Линейные пищевые цепи - большая редкость в природе. Как правило, пищевые цепи в экосистеме тесно переплетаются. Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети, в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей, то есть являются всеядными (например, медведь).

Интересный пример пищевых сетей можно обнаружить при прочтении стихотворения Э. Дарвина, деда знаменитого эволюциониста Ч. Дарвина:

"Свирепый волк с кормящею волчат волчицею - гроза невинных стад; 

Орел, стремясь из-под небес стрелою, грозит голубке смертью злою; 

Голубка ж, как овца, должна, кормясь, губить ростки и семена. 

Охотнице-сове, средь ночи темной, не жаль певца любви и неги томной, 

А соловей съедает светляка, не посмотрев на прелесть огонька. 

Светляк же, ночи светоч оживленный, вползая вверх, цветок съедает сонный". 

Из-за сложной структуры пищевой сети исчезновение вида, как правило, почти не сказывается на экосистеме. Питавшиеся особями этого вида организмы находят другие источники пищи. А пищу, которую потребляли животные исчезнувшего вида, начинают использовать другие потребители. Это обеспечивает экосистеме длительное и устойчивое существование. И чем богаче видовая структура экосистемы, тем она устойчивее.

Правило экологической пирамиды. Пищевые сети, возникающие в экосистеме, имеют структуру, для которой характерно определенное число организмов на каждом трофическом уровне. Замечено, что число организмов прямо пропорционально уменьшается при переходе с одного трофического уровня на другой. Такая закономерность получила название "правило экологической пирамиды". В данном случае рассмотрена пирамида чисел. Она может нарушаться, если мелкие хищники живут благодаря групповой охоте на крупных животных.

Для каждого трофического уровня характерна своя биомасса - суммарная масса организмов какой-либо группы. В пищевых цепях биомасса организмов на разных трофических уровнях различна: биомасса продуцентов (первый трофический уровень) значительно выше, чем биомасса консументов - растительноядных животных (второй трофический уровень). Биомасса каждого из последующих трофических уровней пищевой цепи также прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название пирамиды     биомасс.

 Экологическая пирамида численности для луга, поросшего злаками: цифры – число особей (по Н. И. Николайкину, 2004)

Аналогичную закономерность можно выявить при рассмотрении передачи энергии по трофическим уровням, то есть в пирамиде энергии. Растения усваивают в процессе фотосинтеза лишь незначительную часть солнечной энергии. Растительноядные животные, составляющие второй трофический уровень, усваивают лишь некоторую часть (20-60 %) от поглощенного корма. Усвоенная пища идет на поддержание процессов жизнедеятельности организмов животных и рост (например, на построение тканей, запасы в виде отложения жиров).

Организмы третьего трофического уровня (хищные животные) при поедании растительноядных животных вновь теряют большую часть заключенной в пище энергии. Количество энергии на последующих трофических уровнях вновь прогрессивно уменьшается. Результатом этих потерь энергии является небольшое число (три-пять) трофических уровней в пищевой цепи.

Подсчитано, что с одного трофического уровня на другой передается лишь около 10% энергии. Эта закономерность получила название "правило десяти процентов". 

Таким образом, пирамида чисел отражает число особей в каждом звене пищевой цепи. Пирамида биомасс отражает количество образованного на каждом звене органического вещества - его биомассу. Пирамида энергии показывает количество энергии на каждом трофическом уровне.

Графически это правило изображают в виде пирамид с широким основанием и узкой вершиной. Пирамиду составляют прямоугольники, которые изображают разные звенья пищевой цепи.

Круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме.

Фотосинтезирующие организмы образуют сложные органические вещества (глюкозу) из простых неорганических соединений (СО2 и Н2О), используя для этого энергию Солнца.

Таким образом, солнечная энергия превращается в энергию химических соединений. Энергия органических соединений используется гетеротрофными организмами при их расщеплении. При этом гетеротрофные организмы синтезируют новые органические соединения, а продукты их жизнедеятельности, в первую очередь СО2, используется автотрофами. В результате в границах биогеоценоза создаются круговорот биогенных элементов и поток энергии. Энергия Солнца поддерживает этот циклический процесс и компенсирует потери энергии в системе, возникающие в результате теплового излучения.

3. Закрепление изученного материала
4. Домашнее задание

1. Повторить лекционный материал по пройденной теме