Кругообіг речовин і потік енергії у водних екосистемах. Практична робота «Складання схем колообігу хімічних елементів у водних екосистемах».

     Бінарний урок з біології та хімії

 

Кругообіг речовин і потік енергії у водних екосистемах. Практична робота «Складання схем колообігу хімічних елементів у водних екосистемах».

 

 

 

 

Тема:Кругообіг речовин і потік енергії у водних екосистемах. Практична робота «Складання схем колообігу хімічних елементів у водних   екосистемах».

Мета уроку: розглянути особливості кругообігу речовин і потоку енергії уводних екосистемах та вплив людської діяльності на ці процеси, порівняти продуктивність різних екосистем; розвивати навички аналізу й синтезу інформації; виховувати розуміння єдності всього живого на нашій планеті.

Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації зі схемами кругообігу різних елементів у екосистемах, таблиці з даними щодо продуктивності різних екосистем, фотографії або рисунки різних екосистем, презентація, схеми, завдання.

Базові поняття й терміни: кругообіг Карбону, кругообіг Оксигену, кругообіг Нітрогену, екосистема, продуктивність, видовий склад, природні умови, сонячна радіація.

                                                               Природа – це вічне життя.

                                                               становлення і рух.

                                                                                   І. Гете.

Хід уроку

І. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

1. Біологічна розминка.

1. Що називається екосистемою?

2.  Які типи взаємодії живих організмів у екосистемах вам відомі?

2. Які приклади взаємодії організмів у екосистемі можна назвати хижацтвом?

3. Які приклади взаємодії організмів у екосистемі можна назвати паразитизмом?

4. Чим мутуалізм відрізняється від коменсалізму?

( Мутуалізм – взаємовигідність. Приклад: актинія і рак – самітник, бульбочкові бактерії у клітинах кореневої системи рослин.

Коменсалізм – один використовує іншого, не завдаючи шкоди, але і не приносить користі.Приклад: орхідеї на стовбурах дерев, інфузорії у шлунку жуйних, краб – мелія з актиніями).

Мешканці однієї екосистеми впливають один на одного. Між ними утворюютьсярізнівзаємозв'язки, щозабезпечуютьїхнеспівіснування. Пригадайте, яківзаємовигіднізв'язки є міжрослиною, щоцвіте, і бджолою. Такісамі «добрісусіди» береза та гриб підберезник. Та в екосистемахбувають й іншівзаємозв'язки. Наприклад, заєць живиться рослинноюїжею. Сам заєцьможе стати здобиччювовка. Це є прикладом взаємозв'язків, щовиникаютьміжорганізмамиекосистемивнаслідок потреби кожного з них у поживнихречовинах та енергії.

Отже, екосистема – цесукупністьживихорганізмів, якіпристосувалися до спільногопроживання в певному середовищі існування, утворюючи з ним єдинеціле.

Екосистемибуваютьприродні та штучні (створенілюдиною).

2. Гра «Доповніть схему: «Різновиди екосистем».»

До добре відомих вам природнихекосистем належать ліс, лука, степ, річка, озеро. Лісвиніколи не сплутаєте з лукою, а річку - зі степом. Чому? Тому щокожну з цихекосистемнаселяютьвластивіїйживіістоти.

Штучні: ставок, поле.

3. Структура екосистеми.

Екосистема: абіотична частина ( вода, кисень, повітря, грунт ).

 Біотична: продуценти, консументи, редуценти.

4. Задача. Біомаса планктону на 1 м² становить 400 г. за правилом екологічної піраміди визначте площу відповідного біоценозу, у якому може прогодуватися один королівський пінгвін масою 50 кг. Ланцюг живлення: планктон – риба – пінгвін. Із вказаних значень біомаси живих істот 60% припадає на Н₂ О.

Розв’язок:

1. Визначаємо частку органічної речовини в тілі пінгвіна:

100% - 60% = 40%

2. Визначаємо  масу  органічної речовини в тілі пінгвіна:

50 кг – 100%                         х кг – 40%

         50 х 40%

х =   ------------- = 20 (кг)

          100%

3. Визначаємо  масу  органічної речовини в першій ланці ланцюга живлення:

Планктон – риба – пінгвін

2000кг       200кг      20кг

4. Визначаємо площу біоценозу:

          2000 кг

S = --------------- =  5000 м²

       0, 4 кг/ м²

Відповідь: потрібно 0, 5 га такого біоценозу.

 

5. Озеро та річка як прикладиприроднихводнихекосистем

Пригадайте, що називають озером і річкою та що впливає на рослинний і тваринний світ водойм.

  Важливим чинником для екосистеми озера чи річки є світло. У водоймах найбільше світла проникає у верхні шари. До того ж там найтепліше і найбільший вміст кисню, тому й найбагатший рослинний світ. Рослини прісних водойм доситьрізноманітні. Тут ростуть очерет, нижняя частина якого перебуває у воді, а верхня - над водою; латаття біле і глечики жовті, листки яких плавають на поверхні води (пригадайте особливості розташування на їхніх листках продихів), і маленька ряска. Навколо озера поблизу води ростуть вологолюбні калюжниця, аїр, осока. Є рослини, що повністю ростуть під водою –це здебільшого водорості. Типовими мешканцями мілководної частини озера є жаба, рак, моллюски, ставковик і жабурниця, водомірка, жук-плавунець, личинки бабок і комарів та інших комах. У товщі води в завислому стані переміщується безліч дуже дрібних рослинних і твариннихорганізмів. Їхня спільна назва - планктон. Ним живляться пуголовки, мальки риб та деякі дорослі риби, як-от карась і короп. У водоймах поширені й хижі риби - щука та окунь.

Річка як природна екосистема багато в чому подібна до озера за складом рослинних і тваринних організмів та ланцюгами живлення. Проте має і своїособливості. На відміну від озера вода у річці постійнот ече, тобто переміщується. Тому тварини змушені триматись у потоці води, інакше їх зноситиме течією. Також тваринам доводиться більше рухатися, щоб отримати корм.

Пригадайте, які ви знаєтерічки Чернігівщини..

У природних екосистемах - водоймах–склалися різноманітні ланцюги живлення.

6. Колообіг речовин.

Рослини і тварини не вічні. Рослини проростають з насінини, ростуть і розвиваються, а потім відмирають. Тварини також народжуються, ростуть і розвиваються, а потім вмирають. Куди ж в екосистемі лісу зникають минулорічна трава та опале листя, рештки померлих тварин? Вони стають поживою для деяких жуків, черв'яків, грибів і бактерій, які мешкають у ґрунті та перетворюють рештки рослинних і тваринних організмів на неорганічні речовини. Ці речовини з ґрунту знову надходять до рослин. Так у природі відбувається колообіг речовин .

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 кругообіг 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 кругообіг речовин біосфери, поглинаючись живими організмами. Весь цей процес і буде біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерним є накопичення хімічних елементів у живих організмах, а також їх вивільнення в результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція викликається трьома процесами:

•            обміном речовин в організмах;
•            ростом;

                  розмноженням. 

Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами життя, дав B. I. Вернадський (Закон біогенної міграції атомів). Біогенна міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона, пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери й атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію.

З екологічної точки зору, найважливішими є кругообіги речовин, які є основними компонентами живої речовини:кругообіг Оксигену;

•     кругообіг Карбону;
•     кругообіг Нітрогену;
•     кругообіг Сульфуру;
•     кругообіг Фосфору;
•     кругообіг води.

Кругообіг Оксигену

Оксиген поширений у живих організмах у складі хімічних сполук, а в атмосфері він представлений двома простими речовинами — киснем О2 і озоном О3. Кисень потрапляє в атмосферу внаслідок фотосинтезу, коли виділяється як побічний продукт фотохімічної реакції. Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери внаслідок поглинання киснем ультрафіолетового випромінювання Сонця. Живі організми використовують кисень у процесі дихання для окиснення органічних сполук до карбон(IV) оксиду й води, які потім знову можуть використовуватися у процесі фотосинтезу.

Кругообіг Карбону

Природні сполуки, до складу яких входить Карбон, постійно зазнають змін, унаслідок яких здійснюється кругообіг Карбону. Важлива роль у кругообігу Карбону належить карбон(IV) оксиду, який входить до складу атмосфери. Цей газ надходить в атмосферу внаслідок багатьох процесів —виверження вулканів, горіння палива, розкладання вапняку, дихання живих організмів, процесів бродіння і гниття.

З повітря СО2 у значних кількостях поглинається наземними рослинами та фітопланктоном Світового океану. Процес поглинання СО2 відбувається тільки на світлі — фотосинтез, унаслідок якого утворюються органічні сполуки, що містять Карбон.

Із рослин, які поїдаються тваринами, Карбон переходить у тваринні організми. Тварини виділяють Карбон у вигляді вуглекислого газу під час дихання. Рослини і тварини з часом відмирають, починають гнити, окиснюватись і частково перетворюватися на СО2, що повертається у повітря й знову поглинається рослинами. А частково рослинні та тваринні рештки у ґрунті перетворюються на горючі копалини — кам’яне вугілля, нафту, природний газ. Горючі копалини використовують як паливо, внаслідок згоряння якого СО2 знову повертається в атмосферу.

Кругообіг Нітрогену

У природі Нітроген трапляється як у вільному стані, так і у зв’язаному. У вільному стані Нітроген у вигляді азоту входить до складу повітря (об’ємна частка N2 становить 78 %, масова — 75,6 %). Оскільки азоту з повітря витрачається мало, його запаси в атмосфері залишаються сталими. У складі неорганічних сполук Нітроген у невеликих кількостях є в ґрунті. Проте у складних органічних сполуках — білках — він входить до складу всіх живих організмів, беручи участь у їх життєдіяльності.

Безпосередньо з повітря Нітроген у вигляді азоту засвоюють лише деякі бактерії, а всі інші організми здатні засвоювати Нітроген тільки у складі сполук. Рослини засвоюють Нітроген неорганічних сполук, як і у ґрунті, у вигляді йонів NH4 і NO3. У рослинах здійснюється синтез білків. Рослини частково поїдаються травоїдними тваринами, і білкові речовини потрапляють до організму тварин. Під час гниття залишків рослин і тварин під впливом спеціальних бактерій відбуваються складні біохімічні процеси, внаслідок яких органічні сполуки, що містять Нітроген, перетворюються на неорганічні сполуки Нітрогену, які повертаються в ґрунт.

Потік енергії в екосистемах, продуктивність екосистем

У біогеоценозі енергія накопичується у вигляді хімічних зв’язків органічних сполук, синтезованих продуцентами з неорганічних речовин. Далі вона проходить через організми консументів і редуцентів, але при цьому на кожному з трофічних рівнів частково розсіюється у вигляді тепла. Харчовий (трофічний) ланцюг — взаємини між організмами під час перенесення енергії їжі від її джерела (зеленої рослини) через низку організмів, що відбувається шляхом поїдання одних організмів іншими з більш високих трофічних рівнів. У ланцюзі харчування кожен вид займає певну ланку. Зв’язки між видами в харчовому ланцюзі називаються трофічнимиПід час перенесення енергії від ланки до ланки харчового ланцюга переважна її частина (80–90 %) губиться під час виділення теплоти.

Кожен ланцюг живлення складається з певної кількості видів, тобто окремих ланок. При цьому кожен з цих видів займатиме в ланцюзі живлення певне положення, або трофічний рівень. На початку ланцюгів живлення, як правило, перебувають продуценти, тобто автотрофні організми. А трофічний рівень консументів (гетеротрофних організмів) визначають тією кількістю ланок, через яку вони дістають енергію від продуцентів.

Так, рослиноїдні тварини займають трофічний рівень, наступний за продуцентами. Тому їх називають консументами І порядку. Далі йде рівень хижаків, які живляться рослиноїдними видами (консументи II порядку) тощо. Якщо консументи споживають різні види їжі, то в різних ланцюгах живлення вони можуть займати різні трофічні рівні.

Частина біомаси відмерлих продуцентів (наприклад, листяний опад), яка до цього не була спожита консументами, а також рештки чи продукти життєдіяльності самих консументів (наприклад, трупи, екскременти тварин), є кормовою базою редуцентів. Редуценти дістають необхідну їм енергію, розкладаючи органічні сполуки до неорганічних.

Наприкінці ланцюга живлення енергія, яка зберігається в мертвій органіці, остаточно розсіюється у вигляді тепла під час руйнування її редуцентами.

Енергія в біогеоценозах ніби поділяється на два потоки: один починається з живих організмів — продуцентів, другий — від мертвої органіки. Унаслідок цього в біогеоценозах формуються два типии ланцюгів живлення: пасовищного (ланцюги виїдання) і детритного (детрит (від лат. детритус— подрібнений) — подрібнені рештки організмів) (ланцюги розкладання).

Ланцюги живлення пасовищного типу починаються з продуцентів і включають послідовно ланки консументів І, II та інших порядків і завершуються редуцентами. Ланцюги живлення детритного типу починаються зі споживачів мертвої органіки, далі ведуть до видів, які ними живляться, і завершуються також редуцентами.

У будь-якому біогеоценозі різні ланцюги живлення не існують окремо один від одного, а переплітаються між собою. Це відбувається тому, що організми певного виду можуть бути ланками різних ланцюгів живлення. Наприклад, особини одного виду птахів можуть споживати як рослиноїдні (консументи II порядку), так і хижі види комах (консументи III порядку) тощо. Переплітаючись, різні ланцюги живлення формують трофічну сітку біогеоценозу.

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 витрачаються й запасаються 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.Кожен блок такої піраміди відповідає продуктивності організмів на кожному з трофічних рівнів певного ланцюга живлення. Отже, екологічна піраміда є графічним зображенням трофічної структури ланцюга живлення.

 

IV. Практична робота

Виконання практичної роботи.

Підсумки
1. Екосистема - сукупність живих організмів, які взаємодіють між собою та з умовами середовища.
2.  Обов'язковою умовою існування будь-якої екосистеми є забезпечення всіх організмів, які входять до її складу, поживними речовинами та енергією.
3. Ланцюгживлення–такапослідовність організмів, коли кожнийпопереднійорганізм є їжею для наступного.
4. Ліс, степ, озеро, річка–природніекосистеми.
5. Кожнуприроднуекосистемунаселяютьхарактернідлянеїрослинні та тваринніорганізми, міжякими є певнівзаємозв'язки.

V. Домашнє завдання

Вивчити відповідний параграф підручника

Задача.  Суха маса тіла вусатого кита становить 20 т. Він живиться крилем, який, у свою чергу, поїдає фітопланктон. На 1 м² поверхні моря за рік утворюється 10 г сухої маси фітопланктону, яка споживається крилем. Яка площа моря потрібна для того, щоби прогодувати цього кита, за умови, що на наступний трофічний рівень у екосистемі переходить 10 % речовини?