Занятие "Экологическая сукцессия"
план-конспект занятия (9, 10, 11 класс)

Занятие «Экологическая сукцессия»

Цель занятия: изучение нового теоретического материала и формирование понятийного аппарата обучающихся.

Задачи:  

1. ознакомление обучающихся со следующими понятиями: экологическая сукцессия, первичная и вторичная сукцессии, автотрофная сукцессия, гетеротрофная сукцессия, равновесие, климакс.                                                                                                                                        
2. формирование навыков работы с информацией, навыков составления конспекта;
3. воспитание интереса к изучению экологических закономерностей и природы Земли в целом.

Оборудование:

1. тетради, ручки;
2. учебная литература по экологии и биологии.

Ход занятия.

1. Организационная часть занятия. Приветствие.
2. Основная часть занятия.

Теоретическая часть занятия.

Если прекратить возделывать пахотное поле, то лес, ранее занимавший эту территорию, вновь вернется сюда. Однако прежде на этом месте возникает ряд сообществ, которые, сменяя друг друга, подготовят условия для возвращения леса.

Сообщества изменяются во времени. При этом изменяется их видовой состав, обилие тех или иных групп организмов, трофическая структура, продуктивность и другие показатели. Речь идет о внесезонных процессах, которые представляют собой определенную последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном местообитании. Эти процессы носят название экологическая сукцессия (последовательность) и являются закономерными. Сукцессия управляется самим сообществом и не зависит от местоположения или видовой принадлежности составляющих его организмов.

Представим себе сообщество, в котором валовая (суммарная) продукция автотрофов в энергетическом выражении точно соответствует энергозатратам на обеспечение жизнедеятельности составляющих его организмов. Суммарные энергозатраты назовем общим дыханием сообщества. Такое сообщество подобно заводу, в котором затраты на производство в точности равны получаемой прибыли. В этом идеальном случае не может происходить ни накопления биомассы, ни ее потерь. Поэтому биомасса организмов в такой системе остается постоянной, а сама система неизменной, или равновесной, в ней процессы продуцирования уравновешиваются процессами дыхания.

Если «общее дыхание» меньше валовой первичной продукции, в экосистеме будет происходить накопление органического вещества, а если больше – его исчезновение. Эти процессы приводят к изменениям сообщества. При избытке ресурса всегда найдутся виды для его усвоения. При недостатке ресурса часть вида вымрет. Такие изменения составляют сущность экологической сукцессии.

В природе существуют как стабильные, так и не стабильные экосистемы. Дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги – это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем. Пустоши, сырые луга, мелкие водоемы быстро изменяются. Они зарастают другой растительностью, заселяются другими животными и превращаются в экосистемы иного типа. На месте болота вырастает лес, на заброшенных пашнях восстанавливается степь и т.д.

Основная причина неустойчивости экосистем – несбалансированность круговорота веществ. Если в биоценозах деятельность одних видов не компенсирует деятельность других, то условия среды изменяются. Популяции меняют среду в неблагоприятную для себя сторону и вытесняются другими видами, для которых новые условия среды экологически более выгодны. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сформируется уравновешенное сообщество, которое способно подержать баланс веществ в экосистеме. Таким образом в природе происходит развитие экосистем от неустойчивого состояния к устойчивому. Этот процесс сукцессией. Например, зарастание небольших озер можно проследить на протяжении одного или нескольких поколений людей. Из-за недостатка кислорода в придонных слоях организмы-разлагатели не в состоянии обеспечить полный распад отмирающих растений. Образуются торфянистые отложения. Озеро мелеет, зарастает и превращается в болото. Болото сменяется мокрым лугом, луг зарастает кустарниками. Затем на этом месте появляется лес.

Развитие леса на оставленном поле является примером сукцессии, происходящей с автотрофными организмами. Такая сукцессия носит название автотрофной. Видовой состав сообщества постепенно меняется, в сообществе идет накопление органического вещества. Автотрофная сукцессия представляет собой широко распространенное в природе явление.

Примером гетеротрофной сукцессии является река, загрязненная большим количеством органических отбросов (например, вблизи находится свиноферма). Избыточное органическое вещество начинает активно использоваться гетеротрофами. При этом органическое вещество потребляется быстрее, чем создается, то есть происходит постоянное убывание органического вещества. Гетеротрофная сукцессия характеризуется начальным преобладанием гетеротрофных организмов и встречается в тех случаях, когда среда перенасыщена органическим веществом. Энергетические запасы снижаются в ходе гетеротрофной сукцессии. Поток энергии, проходящий через сообщество, в ходе гетеротрофной сукцессии падает. Она завершается после того, как исчерпан излишек органического вещества. В автотрофной же сукцессии, наоборот, поток энергии может возрастать.

Каждая стадия сукцессий представляет собой определенное сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм. Отдельные стадии развития сукцессий называют сериальными стадиями, а состояние окончательного развития – климаксом. Сукцессия, которая начинается на лишенном жизни месте (например, в горах, на песчаной дюне), называется первичной сукцессией. Термин «вторичная сукцессия» относится к сообществам, которые развиваются на месте уже существовавшего ранее сообщества.

Первичная сукцессия: накипные лишайники на камнях – кустистые лишайники – мхи – травы – кустарнички – кустарники – деревья.

Вторичная сукцессия: запашка площадей после сведения леса, когда распаханный участок впоследствии не обрабатывается. Скорость изменений при вторичной сукцессии гораздо выше, чем при первичной. Это объясняется тем, что первичные сообщества оставляют после себя достаточное количество питательных веществ и развитую почву, что значительно ускоряет рост и развитие новых поселенцев. Таким образом, саморазвитие экосистем осуществляется через отношения между видами и их воздействие на среду обитания, т.е. через закономерные изменения биоценозов.

Смена биоценозов в сукцессиях всегда идет от наименее устойчивого состояния к наиболее устойчивому. Скорость этих изменений постепенно замедляется. Замедление темпов – одна из главных особенностей сукцессий. Приближаясь к устойчивому состоянию, они могут надолго задерживаться на отдельных стадиях. Мелкий водоем зарастает быстрее, чем березовый лес заменяется ельником.

Неустойчивые стадии при смене биоценозов называют незрелыми сообществами, устойчивые – зрелыми.

Для развития биоценозов в ходе сукцессии характерен целый ряд общих закономерностей: постепенное увеличение видового разнообразия, смена доминирующих видов, усложнение цепей питания и т.д.

Постепенно нарастают общая биомасса и продукция растений, но также растут и масштабы использования этой продукции в цепях питания. Это приводит к замедлению темпов изменений и к установлению стабильных экосистем. В зрелых устойчивых сообществах все, что наращивают растения, используется гетеротрофами -  это главная причина стабилизации экосистем.

Деятельность людей постоянно приводит к сменам различных биоценозов в результате рубок леса, осушения, обводнения земель, прокладки дорог. Самовосстановление биоценозов часто тормозится внешними причинами. Постоянная вспашка полей предотвращает восстановление естественной растительности на этой территории. Пустыри могут десятилетиями не заселяться растениями или животными, если какой-либо фактор сильно отклоняется от нормы, например, сильно токсичны породы, высока плотность грунта и др. Замедление самовосстановления биоценозов может происходить и по другой причине – из-за снижения видового разнообразия окружающей природной среды. Если неоткуда взяться семенам растений или видам животных, играющих важную роль на соответствующих этапах развития сообществ, экосистема остается на менее устойчивой стадии.

Умение управлять процессами саморазвития и самовосстановления экосистем – очень важная задача современной хозяйственной деятельности.

Американский ботаник Ф. Клементс в начале 20 века впервые разработал теорию сукцессий. Он установил, что вначале неустойчивые сообщества, возникающие в разных условиях – на скалах, песках, отмелях сильно отличаются по составу видов. По мере развития они включают все большее число общих видов, и в конце концов эти смены заканчиваются формированием одного и того же типа устойчивого биоценоза. Например, дубравы могут возникнуть и на месте бывшего водоема, и на месте голых песков, и на заброшенной пашне. По Клементсу, каждому типу климата соответствует свой основной тип устойчивого сообщества.

Развитие и самовосстановление сообществ со сменами видов происходят в природе в очень разных масштабах. Эти процессы можно наблюдать на выбросах кротов. Их зарастание идет через последовательные этапы и занимает несколько лет. Более длителен процесс восстановления сообщества на обнажениях в лесах, образующихся в результате вывалов старых деревьев, которые падают от сильного ветра. Такие участки леса возвращаются в прежнее состояние по растительности и животному населению через десятки лет. Чем крупнее масштабы нарушений и сдвигов равновесия в природе, тем более длительное время занимают процессы восстановления. Крупные вырубки и пожарища требуют для восстановления устойчивого сообщества 100-200 лет.

Практическая часть занятия: самостоятельная работа с литературой

3. Заключительная часть занятия. Подведение итогов занятия.