Урок. "Загальна екологія. Біотичні, абіотичні та антропічні (антропогенні, техногенні) фактори. ."

                                                                                                9 клас. Біологія

                                                         Урок № 55

Тема.  Біотичні, абіотичні та антропічні (антропогенні, техногенні) фактори.

Мета уроку: ознайомити з різноманітністю екологічних факторів; сформувати поняття «біотичні фактори», «абіотичні фактори» та «антропогенні фактори», «паразитизм», «коменсалізм», «мутуалізм», «хижацтво», «конкуренція»; розкрити значення екологічних факторів для живих організмів і природи в цілому; поглибити знання про екосистеми .

Розвивати навички аналітичного і логічного мислення, вміння абстрагувати.

Виховання критичне сприйняття наданої інформації, толерантності, гуманізму.

Обладнання: таблиці, малюнки, підручник.

Міжпредметні зв’язки: фізика, хімія, географія, екологія, математика, основи здоров’я.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

 

                                       Хід уроку:

I.Організаційний етап

 

II. Актуалізація опорних знань

Питання для бесіди

1. На які екологічні групи поділяють живі організми в екосистемах?

2. Хто такі консументи?

3. Що таке харчовий ланцюг?

4. Які бувають ланцюги живлення?

5. В океанських западинах на глибині кількох кілометрів також існують екосистеми. Звідки вони можуть отримувати органічні речовини для своїх харчових ланцюгів?

6. Яке значення має колообіг речовин для нормального функціонування екосистем?

 

 

  ІІІ. Етап засвоєння нових знань

 

  Розповідь учителя з елементами бесіди

 

Екологічні фактори та їх класифікація.

Усі складові навколишнього середовища, які впливають на стан і властивості живих організмів та їхніх угруповань, називають екологічними факторами, або екологічними чинниками. Залежно від природи та особливостей дії їх ділять на абіотичні, біотичні та антропогенні .

 

 

 

Абіотичні фактори — це компоненти та властивості неживої природи

 

 

 

 

(температура, освітленість, вологість, газовий склад повітря, тиск, сольовий склад води, тип ґрунту тощо), які прямо або опосередковано впливають на окремі організми та їхні угруповання.

Біотичні фактори - це різні форми взаємодій між особинами в популяціях і між популяціями в угрупованнях. Будь-яка жива істота постійно взаємодіє з особинами свого (внутрішньовидові зв’язки) та інших (міжвидові зв’язки) видів. Будь-який організм унаслідок процесів своєї життєдіяльності змінює середовище життя як представників інших видів, так і власне: при цьому одні ресурси із середовища життя вилучаються, інші, навпаки, вносяться.

 

Антропогенні фактори - різні форми господарської діяльності людини, що змінюють стан середовища життя всіх видів живих істот, серед яких і сама людина. За відносно короткий період існування людини як біологічного виду її господарська діяльність докорінно змінила вигляд нашої планети, і щорічно цей вплив на природу зростає. Інколи антропогенний вплив набуває форми катастрофи, як, наприклад, вибух на Чорнобильській атомній електростанції в 1986 р. .

 

 

Інтенсивність дії екологічних факторів - це певні їхні кількісні значення (наприклад, показники температури, вологості, освітленості тощо). Інтенсивність дії деяких екологічних факторів може залишатися відносно постійною протягом тривалих історичних періодів розвитку біосфери, наприклад сонячне випромінювання, сила тяжіння, сольовий склад морської води, газовий склад атмосфери. Однак більшість з них має мінливу інтенсивність (температура, вологість тощо). Ступінь цієї мінливості залежить від особливостей середовища життя. Наприклад, температура на поверхні ґрунту може коливатись у значних межах залежно від пори року, часу доби тощо, тоді як на глибині понад 3 м такі перепади температури майже відсутні.

Зміни екологічних факторів можуть бути: періодичними, залежно від часу доби, пори року тощо; неперіодичними, наприклад виверження вулканів, землетруси, урагани, цунамі  тощо; спрямованими протягом значних історичних проміжків часу, наприклад зміни клімату.

 

 

1. Вулкан Сопутан в Індонезії, що діє (5 січня 2016 р.).
2.  Унаслідок землетрусу в Новій Зеландії утворилися «стіни» заввишки 5 м.
3. У грудні 2004 р. підводний землетрус зсунув тектонічні плити Індійського океану, що призвело до цунамі.
4. Тайфун на Філіппінах

 

 

Виділяють стабільні фактори – ті, що не змінюються протягом тривалого часу (земне тяжіння, сонячна стала, склад атмосфери тощо , періодичні - первинні періодичні фактори: явища пов’язані із обертанням Землі – зміна сезонів року, добова зміна освітлення. Ці фактори проявлялись іще до появи живого на Землі, тому утворені організми одразу мали адаптуватися до таких умов.

Вторинні періодичні фактори – наслідок первинних: вологість, температура, опади та ін.

Неперіодичні фактори – це фактори у яких нема правильної періодичності, циклічності: такі наприклад грунтові фактори, стихійні явища, антропогенні впливи, наявність хімічних речовин у повітрі, воді, грунтах в залежності від інтенсивності діяльності промислових підприємств та ін.

Внаслідок діяльності людини змінюються фактори середовища, а організмам для закріплення адаптації необхідний тривалий час еволюції – десятки і сотні поколінь морфологічно та генетично різноякісних індивідуумів.

Зрозуміло, що певний фактор має впливати на організми з певною періодичністю. Оскільки динаміка природних періодичних факторів є однією з рушійних сил відбору та еволюції, то живі організми, як правило, не встигають пристосуватися до різких змін, однак мікроорганізмів це не стосується.

Таким чином більшість високоорганізованих живих організмів складно пристосовуються до неперіодичних факторів. Вплив людини на оточуюче середовище і полягає в першу чергу у зміні режиму більшості біотичних та абіотичних факторів за ті межі які зазвичай відповідають екологічним вимогам живих організмів.

Будь-якому живому організму необхідні не загалом температура. Вологість, мінеральні та органічні речовини або інші фактори, але їх певний режим, т.т. існують деякі верхні та нижні межі амплітуди припустимих змін цих факторів. Чим ширші межі фактора, тим вища стійкість, толерантність даного організму, тобто його здатність витримувати відхилення екологічних факторів від оптимальних для нього. Для нормального існування, розвитку, розмноження організм потребує існування всього набору необхідних факторів в оптимальних режимах і достатніх кількостях.

 

АБІОТИЧНІ ФАКТОРИ

Абіотичні фактори наземного середовища являють собою сукупність кліматичних та ґрунтових факторів.

Кліматичні фактори:

Енергія Сонця. Кількість енергії сонця, що потрапляє до земної поверхні постійна 21*1023кДж – сонячна постійна. Як вам відомо внаслідок шароподібної форми Землі сонячна радіація розподіляється по її поверхні неоднаково, це створює певні специфічні умови для існування живих організмів.

Освітленість земної поверхні, пов’язана із променистою енергією і визначається тривалістю та інтенсивністю світлового потоку, внаслідок обертання Землі існує освітлена і темна частина доби, що відіграє значну роль у добових ритмах існування живих організмів. Майже у всіх організмів існують циркадні (добові) режими активності. По відношенню до світла всі рослини поділяють на світлолюбові та тіньовитривалі.

Вологість атмосферного повітря, пов’язана із насиченням повітря водяною парою. Від чого залежить вологість повітря, пригадайте. Дефіцит вологи – головний екологічний параметр, він характеризує температуру та вологість повітря, чим вищий дефіцит вологи, тим по сухіше і тепліше і навпаки. Так, наприклад зростання дефіцита вологи призводить до значного розмноження комах, зростання плодоношення у рослин та ін., тому цей екологічний показник широко застосовують для прогнозу негативних явищ.

Опади, тісно пов’язані із вологістю повітря. Режим опадів – головний фактор, що визначає міграцію забруднюючих речовин у біосфері. Кількість опадів також є екологічним фактором, оскільки визначає певні умови існування живих організмів.

Газовий склад атмосфери, відносно постійний і є необхідною і визначальною умовою існування живих організмів. Зміни якості повітря значно впливають на функціонування живих організмів.

Температура земної поверхні, внаслідок розподілу сонячної променистої енергії по поверхні Землі, виділяють теплі та холодні широти.

Атмосферний тиск – нормальним вважається тиск = 750,1 мм рт.ст.

Вітер, особливий вплив спричиняє у приземному шарі атмосфери, особливо тісно пов’язаний із режимами температури, вологості, випаровування. Із вітром пов’язані цикли меридіональної циркуляції, які періодично змінюються із сходу на захід та з півночі на південь і навпаки. Із типами атмосферної циркуляції іноді пов’язують періоди одночасної активності багатьох видів тварин, наприклад масове розмноження комах.

 

Абіотичні фактори ґрунтового покриву

Грунт – трьохфазне середовище, включає рідкі, тверді та газоподібні компоненти. Грунт являє собою продукт фізичного, хімічного, біологічного перетворення гірських порід, т.т. формується у результаті складної взаємодії клімату, рослин, тварин та мікроорганізмів. Грунт постійно розвивається і змінюється, внаслідок чого існує велике різноманіття його типів. Внаслідок руху і перетворення речовин грунт розподіляється на декілька шарів – горизонтів: від поверхні горизонт А гумусовий, під ним Б ілювіальний, вмивний, в ньому накопичуються мінеральні і органічні речовини, нижче горизонт С – материнська порода, на якій формується грунт. Механічний, хімічний склад грунтів, щільність, аерація визначають його родючість, яка в свою чергу є визначальним фактором існування рослин, тому і тварин і людини.

 

Абіотичні фактори водного середовища

Вода, як середовище існування живих організмів характеризується такими властивостями:

Щільність, в’язкість, рухливість, температурна стратифікація, температурний режим, прозорість, солоність. Всі ці властивості і є визначальними факторами середовища, так наприклад, в залежності від прозорості води виділяють евфотичну зону, де переважають процеси фотосинтезу над процесами дихання. Солоність води визначає існування певних видів тварин (морські та прісноводні) та ін.

 

 БІОТИЧНІ ТА АНТРОПОГЕННІ ФАКТОРИ.

Біотичні фактори – сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на інші. Взаємовідношення між тваринами, рослинами, мікроорганізмами надзвичайно різноманітні, їх можна поділити на прямі та опосередковані. Перші – прямі – пов’язані із безпосередніми впливами одних організмів на інші; другі – опосередковані – проявляються в тому, що рослини своєю присутністю змінюють режими абіотичних факторів середовища існування тварин та інших рослин (існування певних видів тварин в умовах лугу, лісу, степу). Будь-яка рослинна спільнота впливає на сукупність абіотичних факторів.

Взаємодію живих організмів класифікують за їх реакцією на цю взаємодію, так виділяють гомотипічні реакції – взаємодія між організмами одного виду, та гетеротипічні – між організмами різних видів.

Біотичні фактори взаємодії живих організмів поділяють на: мутуалізм (при дії двох організмів без шкоди – запилення квіток комахами); коменсалізм (нахлібництво) – рибка-прилипайко; паразитизм (постійний, тимчасовий); хижацтво (одні організми вбивають інших і живляться ними); антибіоз (фітонциди, токсини); конкуренція (боротьба між представниками різних видів за їжу, повітря, воду, світло, життєвий простір; боротьба тим жорстокіша, чим більш споріднені і близькі за вимогами до умов середовища конкуруючі види організмів).

Рослини створюють первинну органічну речовину і являють собою їжу для інших організмів. Трофічний фактор може різнитися в залежності від кількості, якості та доступності їжі. Всі види тварин і рослин характеризуються чіткою вибірковістю щодо складу їжі, так, серед тварин виділяють монофаги (живляться лише одним видом рослин чи тварин), поліфаги (живляться декількома видами), а також олігофаги (живляться у більш-менш обмеженому асортименті).

У будь-якому випадку всі живі організми виступають в якості факторів середовища, оскільки в тому чи іншому ступені створюють умови існування один одного.

До антропогенних факторів належать усі види створених технікою і безпосередньо людиною впливів, які пригнічують природу:

- забруднення (внесення в середовище нехарактерних для нього нових фізичних, хімічних чи біологічних агентів або перевищення наявного природного рівня цих агентів);

- технічні перетворення й руйнування природних систем ландшафтів ( у процесі добування природних ресурсів, будівництва тощо);

- вичерпання природних ресурсів (корисні копалини, вода, повітря);

- глобальні кліматичні впливи (зміна клімату в зв’язку із діяльністю людини;

- естетичні впливи (зміна природних форм, несприятливих для візуального та іншого сприймання.

Антропогенні фактори – це впливи людини на екосистему, що зумовлюють у її компонентів (абіотичних, біотичних) суттєві відгуки (реакції). Вони можуть бути фізичними, хімічними, кліматичними, біотичними, а за характером зв’язків – вітальними і сигнальними, за часом дії – постійними і періодичними, ледве помітними і катастрофічними.

До випадкових належать впливи, які є наслідком діяльності людини, але не були наперед передбачені або заплановані: випас худоби, невипадкове завезення насіння бур’янів, розорювання земель.

Негативні антропогенні фактори: урбогенні (теплові, хімічні, радіаційні, електромагнітні, світлові, звукові, вібраційні тощо) та техногенні процеси, які часто діють сумісно.

Позитивні антропогенні фактори: інтродукція, фітомеліорація, біологічні методи боротьби із шкідниками.

Інтродукція – переселення видів рослин і тварин, у місця, де вони раніше не існували. Наприклад, види пшениці, ячменю, гороху завезені в Європу із Закавказзя, картопля з Південної Америки, більшість співучих птахів Гаваїв – інтродуковані.Фітомеліорація – це процес використання природної перетворювальної функції рослинності в оптимізації ноосфери.

Біологічні методи боротьби із шкідниками – це використання живих організмів (хижих комах, мікробіологічних препаратів, генетичних методів, фітофагів проти бур’янів, рослинних пестицидних препаратів, використання загиблих комах-шкідників) для зменшення або повного усунення шкоди, яку наносять шкідники тваринам, людині, сільськогосподарським культурам.

 

ПОНЯТТЯ ЛІМІТУЮЧОГО ФАКТОРУ

Існування організмів залежить від комплексу певних умов. Будь-яка умова, що наближується до межі толерантності або перевищує її, називається лімітуючим фактором. При стаціонарному стані лімітуючим фактором буде та життєво важлива речовина, доступна кількість якої найбільше близька до необхідного мінімуму. Ця концепція відома під назвою «закон мінімуму Лібіха», але вона менше застосовується до перехідних станів, коли кількість та ефект багатьох складових швидко змінюються.

Ідея про те, що витривалість організму визначається самим слабким місцем у ланцюгу екологічних потреб вперше була запропонована Ю. Лібіхом у 1840 р. Він помітив при своїх дослідженнях впливу різноманітних факторів на ріст рослин, що врожай культур часто лімітується не тими елементами живлення, які необхідні у великих кількостях (вода, двуокісь вуглецю, оскільки їх у середовищі достатня кількість), а тими які необхідні у надто малих дозах (цинк), але їх і в грунті надто мало. Таким чином був виведений закон мінімуму.

Пізніше до цього закону додали два принципи:

1. Пр-п обмеження, закон Лібіха можна застосовувати лише за умови стаціонарного стану, збалансованості потоків енергії та речовини. Так, наприклад, уявимо гіпотетичне озеро, головний лімітуючий фактор в ньому це кількість двоокису вуглецю, який потрапляє від розпаду органічних речовин. Всі інші елементи містяться у надлишку. Під час бурі у воді розчиниться додаткова кількість СО₂, внаслідок – продуктивність озера зміниться і почне залежати від інших факторів (оскільки СО₂ уже не міститься в мін.кількостях). Таким чином, поки змінюється швидкість процесів, стаціонарний стан відсутній закон мінімуму не працює, результат (продуктивність) залежить від концентрації усіх компонентів, а в перехідний період швидкість концентрації відрізняється від тієї з якою потрапляє до озера найменше концентрований елемент. По мірі витрат різних компонентів продуктивність швидко змінюється доти, доки один із компонентів не стає лімітуючим (міститься в невеликих кількостях). Все повертається до початку.

2. Пр-п взаємодії факторів. Так, висока концентрації чи доступність однієї речовини або дія другого (не мінімального) фактору може змінити швидкість поглинання елементу живлення, що міститься у мінімальних кількостях. Іноді організм здатний замінювати дефіцитний елемент іншим, хімічно близьким. Так, наприклад, у місцевостях із великою кількістю стронція, у мушлях молюсків кальцій в деякому ступені замінюється стронцієм. Також, доведено, що деяким рослинам необхідно менше цинку, якщо вони ростуть не на сонці, а в тіні.

Пізніше встановили, що лімітуючим фактором може бути не лише нестача (за Лібіхом), але й надлишок таких факторів як, наприклад, тепло, світло, вода. Таким чином, організми характеризуються екологічним мінімумом та екологічним максимумом; діапазон між цими двома величинами утворює межі толерантності. Уявлення про лімітуючий вплив максимума поряд із мінімумом ввів В. Шелфорд у 1913 р. Відомі ситуації, коли всі фізичні умови не виходять за межі толерантності, а організм не може до них адаптуватися внаслідок дії різного роду біологічних взаємодій.

Отже існує також декілька принципів, що доповнюють закон толерантності.

1. Організми можуть мати широкий діапазон толерантності по відношенню до одних факторів та вузький по відношенню до інших

2. Організми з широким діапазоном толерантності до всіх факторів зазвичай найбільш розповсюдженні.

3. Якщо умови по одному екологічному фактору не оптимальні для виду, то може звузитися і діапазон толерантності до інших факторів (при низькому вмісті азоту необхідна більша кількість води для злакових рослин).

4. Період розмноження зазвичай є критичним, в цей період багато факторів середовища часто стають лімітуючими.

Основну увагу слід приділяти тим факторам, які функціонально важливі для організму на певних етапах його життєвого циклу.

 

  Одним з основоположних принципів екології є принцип єдності організмів та їхнього середовища життя, який полягає в тому, що особини кожного виду протягом тривалого історичного розвитку пристосовуються до певного середовища життя, при цьому у них виникають пристосування (адаптації).

Пригадайте: адаптації визначають можливість існування живих істот у найрізноманітніших умовах довкілля. За час існування виду залежно від змін впливів екологічних факторів одні адаптації з’являються, а ті, що втратили своє значення, зникають.

Закономірності впливу екологічних факторів на живі організми. Хоча екологічні фактори дуже різноманітні за своєю природою та характером впливу на біологічні системи, існують закономірності їхнього впливу на живі істоти, а також реакцій організмів на їхню дію. Згідно з правилом екологічної індивідуальності, кожний вид пристосований до певної сукупності умов існування особливим чином, тобто не існує двох близьких видів з повністю однаковими адаптаціями . Добра пристосованість організмів до певного фактора довкілля не означає такої самої адаптованості до інших. Наприклад, лишайники здатні витримувати значні коливання температури та вологості, але чутливі до забруднення повітря.

Кожний з факторів має лише певні межі позитивного впливу на організми (закон оптимуму).

Сприятливі для істот певного виду інтенсивності впливу екологічного фактора мають назву зони оптимуму.

Що більше інтенсивність дії певного екологічного фактора відхилятиметься від оптимальної в той чи інший бік, то більше буде виражений його негативний вплив на організми (зони пригнічення). Значення інтенсивності дії екологічного фактора, за якими існування організмів стає неможливим, називають верхньою та нижньою межами витривалості, або толерантності (критичні точки максимуму і мінімуму) . Відстань між межами витривалості визначає діапазон інтенсивності дії екологічного фактора, у якому можливе існування особин певного виду (так звані межі витривалості виду) .

 

                          

1. Юстус фон Лібіх (1803-1873) - видатний німецький учений, автор одного з перших екологічних законів - закону мінімуму: ріст рослини залежить від того елемента живлення, який перебуває в довкіллі у мінімальній кількості.

2. Віктор Ернест Шелфорд(1877-1968) - відомий американський зоолог та еколог, автор закону толерантності: можливість існування виду за певних умов може визначатись як надлишком, так і нестачею будь-якого з екологічних факторів, чия інтенсивність дії. наближатиметься до критичних точок мінімуму та максимуму (верхньої та нижньої межі толерантності)

 

Окремі фактори діють на організми не ізольовано, а спільно: унаслідок цього вплив котрогось із них може дещо пом’якшуватись або, навпаки, підсилюватись. Наприклад, у суху безвітряну погоду легше витримувати низькі температури. Це означає, що зона оптимуму та межі витривалості стосовно дії певного фактора можуть зсуватися в певний бік залежно від того, з якою силою і в якому поєднанні діють інші чинники. Ця закономірність дістала назву явище взаємодії екологічних факторів.

Закон взаємокомпенсації факторів стверджує, що відсутність або нестача деяких екологічних факторів може бути частково компенсована завдяки іншим подібним чинникам. Так, нестача світла в житті рослин може бути частково компенсована надлишком карбон(ІІ) оксиду. Але взаємокомпенсація екологічних факторів має певні межі, і жоден із життєво важливих факторів не може бути повністю замінений іншими: якщо інтенсивність дії хоча б одного з них виходить за межі витривалості, існування виду стає неможливим, незважаючи на оптимальну інтенсивність дії інших. У місцях, де багато стронцію, молюски під час росту їхніх черепашок здатні лише частково замінювати ним кальцій у карбонатах. Нестача води гальмуватиме процес фотосинтезу навіть за оптимальних освітленості та концентрації СO₂ в атмосфері.

 

 

  IV. Узагальнення й закріплення знань

 Запитання на закріплення

1. На чому ґрунтується явище взаємодії екологічних факторів?

2. Чому взаємокомпенсація екологічних факторів обмежена?

3. Які біотичні фактори вам відомі?

4. Що таке паразитизм, мутуалізм, симбіоз?

5. Які абіотичні фактори вам відомі?

6. Чому антропогенні фактори виділяють в окрему групу?

7. Як організми пристосовуються до існування в різних середовищах?

8. Яке значення мають біологічні ритми для живих організмів?

 

 

V. Домашнє завдання

 Опрацювати §50, конспект уроку.

 Повторити  §25.

 

 

VI. Підсумок  уроку   

-         аналіз роботи на уроці

-         виставлення та коментар оцінок.