Харчові зв`язки, потоки енергії та кругообіг речовин у екосистемах.

Тема. Харчові зв`язки, потоки енергії та кругообіг речовин у екосистемах.

Цілі уроку:

• освітня: розглянути особливості харчових зв’язків між організмами та кругообігу речовин і потоку енергії в екосистемах, проаналізувати вплив людської діяльності на ці процеси,  використовувати правила екологічної піраміди для побудови пірамід різних типів;
• розвивальна:  розвивати усвідомлення економічної оцінки природних екосистем, математичну компетентність, вміння роботи в групах;
• виховна: на прикладі взаємодії живих організмів між собою та з навколишнім середовищем виховувати розуміння єдності всіх біологічних процесів і важливості цих процесів для існування життя.

Матеріали й обладнання: таблиці зі схемами кругообігу різних елементів у екосистемах.

Основні терміни: харчові зв’язки, харчовий ланцюг, екологічна піраміда.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Ключові компетентності: спілкування державною мовою, основні компетентності у природничих науках і технологіях, екологічна грамотність і здорове життя, інформаційно-цифрова компетентність,  математична компетентність, уміння вчитися впродовж життя.

Хід уроку

                                                                       У природі все мудро продумано та влаштовано,

                                                                       усякий має займатися своєю справою,

                                                                       і у цій мудрості – найвища справедливість життя.

                                                                                                                                                                                                        Леонардо да Вінчі

І. Організаційний етап.

ІІ. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів.

Фронтальна бесіда

1. Які приклади екосистем вам відомі?
2. Чи можуть екосистеми залишатися незмінними?
3. Які фактори впливають на розвиток екосистем?

Завдання  «Кластер»

З метою створення мотивації у учнів їм пропонується вчителем із поданих слів утворити ланцюги живлення. Учні працюють у парах і свої ланцюги прикріплюють на дошці .

Слова: сонечко, яструб, попелиці, водорості, карась, дафнії, миша, лисиці, комахоїдні птахи, їжак, людина,  коров'ячий послід,  рослинний перегній, личинки мух, хижаки, рослини, щука, зернівка пшениці, дощовий черв’як, кріт.

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

(Розповідь учителя з елементами бесіди)

Біологічний кругообіг – це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які відбуваються в біосфері. Причина кругообігу – обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів.

У біосфері відбувається постійний колообіг елементів, які переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму. Елементи, які вивільняються мікроорганізмами під час гниття, надходять у ґрунт і атмосферу, знову включаються в колообіг речовин біосфери, поглинаючись живими організмами.

Для функціонування екосистем найважливішими є колообіги речовин, які є основними компонентами живих організмів — Карбону, Нітрогену, Оксигену, Сульфуру, Фосфору.

(Робота з підручником)

Завдання  «Запитайте у автора»

Учні опрацьовують текст підручника  «Колообіг  речовин». Працюючи у парах, готують запитання по тексту, а саме запитання до автора.

(Перегляд презентації підготовленої учнями)

(Розповідь учителя з елементами бесіди)

Харчові зв’язки та потік енергії в екосистемах

Відповідно до способу отримання органічних речовин живі організми в екосистемах поділяють на екологічні групи: продуценти, консументи і редуценти. Поїдаючи один одного, живі організми стають ланками харчових ланцюгів.

 Харчовий ланцюг — це взаємини між організмами під час перенесення енергії їжі від її джерела (автотрофного організму) через низку організмів, що відбувається шляхом поїдання одних організмів іншими з більш високих трофічних рівнів. Екологічна піраміда є графічним відображенням трофічної структури ланцюга живлення.

У ланцюзі харчування кожен вид займає певну ланку. Зв’язки між видами в харчовому ланцюзі називаються трофічними, а ланки — трофічними рівнями. На початку ланцюгів живлення, як правило, перебувають продуценти, тобто автотрофні організми, які продукують органічні речовини. Наступні ланки ланцюга становлять консументи. Залежно від місця ланки розрізняють консументів різних порядків. Так, травоїдні, які споживають продуцентів, є консументами І порядку. Хижаки, які їдять травоїдних, — консументами ІІ порядку. А паразити, які живуть в організмі хижаків, — консументами ІІІ порядку. Редуценти руйнують мертві залишки й продукти життєдіяльності організмів усіх трофічних рівнів.

В органічних речовинах автотрофні організми запасають енергію, яку й використовують гетеротрофи. Під час перенесення цієї енергії від ланки до ланки харчового ланцюга переважна її частина (80-90 %) губиться у вигляді теплоти.

У кінці ланцюга живлення енергія, яка ще зберігається в мертвій органіці, остаточно розсіюється у вигляді тепла, коли її руйнують редуценти.

Потоки енергії в екосистемі

Енергія в екосистемах може надходити з двох джерел. Перше — від живих організмів — продуцентів. Друге — від мертвої органіки. Відповідно, існують ланцюги живлення двох типів — пасовищний (ланцюг виїдання) і детритний (ланцюг розкладання) (від латин. де-тритус — подрібнений). Останній розпочинається від подрібнених решток мертвих організмів.

У будь-якому біогеоценозі різні ланцюги живлення не існують окремо один від одного, а перетинаються між собою. Це відбувається тому, що організми певного виду можуть бути ланками різних ланцюгів живлення. Наприклад, пуголовки жаб живляться водоростями і є консументами I порядку, а дорослі особини цього виду їдять комах і є консументами II порядку. Переплітаючись, різні ланцюги живлення формують трофічну сітку екосистеми.

Правило екологічної піраміди

Різні біогеоценози відрізняються за своєю продуктивністю. Ви вже знаєте, що є різні ланцюги живлення, але всім їм властиві певні співвідношення продукції, тобто біомаси з енергією, що витрачається і запасається на кожному з трофічних рівнів. Ці закономірності дістали назву правила екологічної піраміди: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси й енергії, які запасаються організмами за одиницю часу, значно більші, ніж на наступному (у середньому в 5-10 разів).

Графічно це правило можна зобразити у вигляді піраміди, складеної з окремих блоків. Кожний блок такої піраміди відповідає продуктивності організмів на кожному з трофічних рівнів. Отже, екологічна піраміда є графічним відображенням трофічної структури ланцюга живлення.

IV.  Розв`язування задач.

1. Визначте масу компонентів ланцюга живлення, якщо відомо, що маса консументу 3-го порядку становить 8 кг. Складіть даний ланцюг.
2. Визначте, яку кількість сичів може прогодувати ланцюг живлення, якщо відомо, що загальна маса продуцента становить 8000 кг, а маса одного сича – 0,2 кг.
3. Яка площа екосистеми потрібна, щоб прогодувати одного хижака масою 100 кг, 30% від якої становить суха речовина? Хижак перебуває на четвертому трофічному рівні (первинна продуктивність екосистеми – 200 г/м2).
4. Визначте максимально можливу чисельність популяції лисиць (маса однієї лисиці – 10 кг) у біоценозі з трофічним ланцюгом: рослини - … - лисиця, якщо біомаса рослин становить 100т.

V.  Закріплення  вивченого матеріалу.

(Робота у групах)

Вправа  «Логічний ланцюжок»

Учні діляться на 3 групи. Кожній групі  пропонуються  цитати з тексту, які потрібно поєднати в логічний текст.

Група 1 «Піраміда біомаси»

• Піраміда біомаси - показує співвідношення загальної кількості живої речовини на трофічних рівнях харчового ланцюга (5)
• Піраміда біомаси відрізняється проміжним характером в озерах і ставках, так як тут рівноцінні ролі продуцентів, тобто великих прикріплених рослин і мікроскопічних водоростей (1)
• Може мати два графічних різновиди - правильна і обернена (2)
• У молодих екосистем вершина піраміди вужча, ніж у зрілих; піраміда може бути оберненою у відкритих і глибоких водах, де продуценти невеликі за розміром і живуть недовго (3) 
• Спостерігаються наступні закономірності: піраміди з широкою основою і вузькою вершиною характерні для наземних і мілководних екосистем, в яких продуценти мають великі розміри і живуть порівняно довго (2)

Група 2 «Піраміда енергії»

• Тому піраміда енергії є найбільш універсальною характеристикою для порівняння потоку енергії, що проходить через різні рівні, а також для порівняння однієї екосистеми з іншою (5)
• На відміну від піраміди чисел або біомаси, що характеризують статику екосистеми, піраміда енергії характеризує динаміку проходження маси їжі через харчовий ланцюг (2)
•  Піраміда енергії — величина потоку енергії, що проходить через різні трофічні рівні (1)
•  Крім того, піраміда чисел перебільшує роль дрібних організмів, піраміда біомаси перебільшує роль великих (4)
• На її форму не впливають ні розміри особин, ні інтенсивність їх метаболізму (3)

Група 3. «Піраміда чисел»

• Друга піраміда - обернена, так як в лісових пасовищних харчових ланцюгах продуценти - це дерева, а первинні консументи - це комахи (5)
• Піраміда чисел - відображає кількісний розподіл окремих організмів на трофічних рівнях (1)
• Для будь-якого хижака існує нижня і верхня межа розмірів їх жертв, кожному хижакові служать їжею жертви певного розміру (4)
•  Ця закономірність пояснюється тим, що в будь-якій екосистемі дрібні тварини чисельно перевершують великих і розмножуються швидше (3)
• Особливістю такої піраміди є зменшення чисельності організмів при русі від продуцентів до консументів (2)
• Рівень первинних консументів за чисельністю перевищує рівень продуцентів (6)

VІ. Домашнє завдання.

Завдання для всіх учнів: опрацювати параграф 49 - 50, записати біологічний словник, вивчити терміни, виконати завдання на картках.

VІІ. Підбиття підсумків.

Вправа  «Аркуш самооцінювання»

Учні отримують аркуші самооцінювання та за 3-бальною системою оцінюють свої знання та визначають, чого вони навчилися на уроці

Аркуш самооцінювання