 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ
| Тема. Зміни біогеоценозу. Сукцесії
Мета:розширювати й поглиблювати знання про розвиток екосистем, закономірності формування стійких екосистем у природі; розвивати екологічне мислення, формувати цілісну картину світу. n IV. Вивчення нового матеріалу 1. Динаміка екосистем Будь-який біоценоз динамічний, у ньому постійно відбуваються зміни в стані та життєдіяльності його членів і співвідношенні популяцій. Усі різноманітні зміни, що відбуваються в будь-якому угрупованні, можна віднести до двох основних типів: циклічні та поступальні. Бесіда з демонстрацією таблиці, рисунка «Сукцесійні зміни від озерної екосистеми до лісової» Нестійкі екосистеми, у яких не збалансований кругообіг речовини, можна спостерігати на прикладі заростання ставків або маленьких озер. У таких водоймах, особливо якщо в них потрапляють змиті з навколишніх полів добрива, бурхливо розвиваються і прибережна рослинність, і різні водорості. Водні мешканці не встигають переробляти рослини, і вони, відмираючи, утворюють на дні шари торфу. Озеро міліє й поступово припиняє своє існування, перетворюючись спочатку на болото, а потім — на вологий луг. Якщо водойма невелика, такі зміни можуть протікати досить швидко, упродовж кількох років. Екосистеми, пристосовуючись до змін зовнішнього середовища, перебувають у стані динаміки. Ця динаміка може стосуватися як окремих ланок екосистем, так і системи в цілому. Динаміка пов’язана з адаптаціями до зовнішніх факторів і факторів, які створює й сама екосистема. Добовий тип динаміки пов’язаний зі змінами у фотосинтезі та випаровуванні води рослинами, з поведінкою тварин. Екосистеми змінюються й у багаторічному ряду. Періодично повторювана динаміка — циклічні зміни, або флуктуації, а спрямована динаміка — поступальна. 2. Характер змін у біогеоценозах У біогеоценозах можуть відбуватися зміни, що мають циклічний або поступальний характер.
3. Циклічні зміни В основі цього явища лежать адаптації популяцій окремих видів, які можуть проявлятися як періодичні зміни щільності окремих популяцій; зміни вікової структури популяцій; періодичні зміни активності особин різних популяцій тощо. Циклічні зміни угруповань відображають добову, сезонну й багаторічну періодичність зовнішніх умов та прояви ендогенних ритмів організмів. Багаторічна мінливість — це нормальне явище в житті будь-якого біоценозу. Вона залежить від зміни з роками метеорологічних умов (кліматичні флуктуації) або інших зовнішніх факторів, що впливають на угруповання (наприклад, ступеня розливу рік). Крім того, багаторічна періодичність може бути пов’язана з особливостями життєвого циклу рослин-едифікаторів, з повторенням масових розмножень тваринних або патогенних для рослин мікроорганізмів тощо. Сезонна мінливість біоценозів проявляється в зміні не тільки стану та активності, але й кількісного співвідношення окремих видів залежно від циклів їхнього розмноження, сезонних міграцій, відмирання окремих генерацій протягом року тощо. На певну пору року багато видів майже повністю «випадають» із життя угруповання, переходячи в стан глибокого спокою (заціпеніння, сплячки, діапаузи), переживаючи несприятливий період на стадії яєць і насіння, перекочовуючи або відлітаючи в інші біотопи або географічні райони. Сезонній мінливості підлягає найчастіше і ярусна структура біоценозу: окремі яруси рослин можуть повністю зникати у відповідні сезони року, наприклад трав’янистий ярус, що складається з однорічників. 4. Поступальні зміни Такі зміни можна спостерігати під час відновлення зруйнованих біогеоценозів (наприклад, відновлення лісів або степової рослинності на місці пожежі). Поступальні зміни в біогеоценозах можуть викликатися також процесами, що відбуваються в них самих, наприклад, унаслідок незавершеності кругообігу речовин. У результаті процесів життєдіяльності кожний організм змінює середовище свого існування, оскільки вибирає з нього певні речовини, а виділяє кінцеві продукти обміну речовин. Якщо такі зміни не будуть компенсуватися діяльністю інших організмів, із протилежними екологічними потребами, середовище існування може змінитися настільки, що існування даного виду (та інших, пов’язаних з ним) стане неможливим. Так, поглинання організмами в процесі дихання з атмосфери кисню й виділення вуглекислого газу компенсується зеленими рослинами, що виділяють кисень і поглинають вуглекислий газ у процесі фотосинтезу. Тим часом масове вирубування лісів призводить до накопичення в атмосфері вуглекислого газу й може вплинути на зміну клімату всієї планети. Крім того, у результаті незавершеності кругообігу речовин у біогеоценозі може накопичуватися значна маса незгілізованих редуцентами й консументами органічних решток. Така кормова база створює умови для поселення в біогеоценозі нових видів, що може призвести до змін у його видовій стратосфері. 5. Сукцесія Спрямовані послідовні зміни угруповань організмів, які можуть призвести до зміни біогеоценозу одного типу (фітоценозу, мікробного угруповання, біогеоценозу тощо) іншим на певній ділянці середовища в часі, називають сукцесією. Як головні можна назвати такі сукцесійні зміни: 1) види рослин і тварин у процесі сукцесії безупинно змінюються. Зміна видового складу часто визначається суперництвом різних видів за одні й ті самі харчові або інші ресурси; адже зміни екосистеми, що відбуваються в ході сукцесії, створюють сприятливі умови для колонізації угруповання новими видами; 2) сукцесійні зміни завжди супроводжуються підвищенням видового багатства, тобто різноманітністю організмів; 3) відбувається збільшення біомаси органічної речовини. Населення угруповання ніби ущільнюється в міру збільшення видового багатства. Згадайте, яким щільним килимом трави покривають лісові галявини, яким густим буває старий ліс, як багато там видів рослин, як тісно вони співіснують; 4) відбувається зниження швидкості приросту біомаси угруповання (продукції угруповання) і збільшення кількості енергії, необхідної для підтримання його життя. Це найважливіше явище сукцесії. На ранніх стадіях первинної сукцесії швидкість приросту біомаси рослинами висока, але на наступних стадіях вона знижується. ü Самостійна робота з використанням наочної таблиці, рисунка «Сукцесійні зміни Сукцесія (від латин. succesio — наступність) — це процес саморозвитку біогеоценозів, що відбувається внаслідок взаємодії живих організмів між собою та із середовищем існування. Теорію сукцесій спочатку розробляли геоботаніки, але потім почали широко досліджувати й інші екологи. Одним із перших теорію сукцесій розробляв Ф. Клементс, а після нього В. Сукачов, а потім С. Разумовський. Термін запровадив Ф. Клементс, для позначення угруповань, що змінюють одне одного в часі, утворюють сукцесійний ряд (серію), у якому кожна попередня стадія (серійне угруповання) формує умови для розвитку наступної.
Приклад сукцесії в наземній екосистемі
Приклад сукцесії у водній екосистемі
6. Класифікації сукцесій • За масштабом часу (швидкі, середні, повільні, дуже повільні); • за зворотністю (зворотні й незворотні); • за ступенем сталості процесу (постійні та непостійні); • за характером змін, що відбуваються під час сукцесії (автотрофні й гетеротрофні); • за тенденціями зміни продуктивності, за заключною стадією: прогресивні — корінне біотичне угруповання, яке колись існувало на даному місці і з якихось причин було видалене (вирубка) повністю, відновлюється; регресивні — не завершуються кінцевим клімаксом, корінна екосистема повністю зникає (наприклад, опустелювання); • за причинами, що викликають сукцесію: екзогенні сукцесії — пов’язані з дією зовнішніх факторів: — кліматичні; — ґрунтові; — геологічні; — антропогенні; ендогенні сукцесії — пов’язані з внутрішніми процесами екосистеми; • за характером біотопу: первинні — на територіях, що вперше освоюються організмами; вторинні — угруповання розвивається на тому місці, де раніше існувала добре розвинена екосистема.
7. Первинні й вторинні сукцесії Первинна сукцесія — розвиток відбувається на безжиттєвому субстраті (наприклад, занедбані піщані кар’єри). Сукцесійні ряди закінчуються екосистемами, що відносно мало змінюються. Їх називають клімаксними. Характерні закономірності сукцесії полягають у тому, що кожній з них притаманний набір видів, властивих для даного регіону й найбільш пристосованих до певної стадії розвитку сукцесійного ряду. Різними є й завершальні угруповання. Видовий склад клімаксних угруповань може істотно відрізнятися. Спільне — екосистеми об’єднує подібність видів-едифікаторів. Перш ніж сформується клімаксне угруповання (екосистема), йому передує ряд проміжних стадій. В одному й тому самому районі може сформуватися кілька завершальних екосистем (теорія поліклімаксу). Наприклад, у лісовій зоні як клімаксні розглядають лугові екосистеми. Прихильники теорії моноклімаксу (одне угруповання) уважають, що луги в лісовій зоні існують тривалий час тільки в результаті їхнього використання (скошування). При припиненні таких впливів на зміну їм прийдуть лісові угруповання. Сукцесійні зміни пов’язують із виснаженням ґрунту та вимиранням у ньому організмів (ґрунтовтома). Разом із природними факторами причиною динаміки екосистем є людина. Саме вона зруйнувала багато корінних екосистем. До змін екосистем, наприклад, відносять такі види діяльності людини, як осушення боліт, надмірне вирубування лісу тощо. Вторинні сукцесії відрізняються від первинних тим, що починаються не з нульових значень, а виникають на місці зруйнованих або порушених екосистем (після вирубування лісів, пожеж). Основна відмінність цих сукцесій: протікають швидше від первинних, тому що починаються із проміжних стадій (трав, чагарників). Завдання Складіть порівняльну характеристику первинних і вторинних сукцесій. Порівняльна характеристика первинних і вторинних сукцесій
8. Етапи сукцесійного процесу Процес сукцесії, за Ф. Клементсом, складається з кількох етапів: 1) виникнення не зайнятої життям ділянки; 2) міграції на неї різних організмів або їхніх зародків; 3) приживання їх на даній ділянці; 4) їхні конкуренції між собою та витіснення окремих видів; 5) перетворення живими організмами місцеіснування, поступова стабілізації умов та взаємозв’язків. ü Розв’язання проблемних задач у групах 1. Згоріла ділянка хвойного лісу, де едифікатором була ялиця, але росли також сосна сибірська та модрина. Причина пожежі — блискавка. Умови: вологість, схил північний. Який біоценоз займе місце згорілого через 10–15 років? Яка порода дерев може стати видоутворювальною? Відповідь обґрунтуйте. (Осика.) 2. Людина на схилі гори вирубала березовий гай і побудувала гірськолижну трасу. Умови: сухо, південний схил. Який біоценоз займе місце попереднього через 1–2 роки? Яка рослина може стати видоутворювачем? Відповідь обґрунтуйте. (Злаки, подорожник.) 3. Чому тропічні ліси не відновлюються в колишньому вигляді, якщо їх знищити? (Занесення спор, насіння рослин, проникнення тварин на звільнену ділянку мають здебільшого випадковий характер і залежать від того, які види є в навколишніх біотопах. Із числа видів, що потрапили в нове місцеіснування, приживаються лише ті, екологічна валентність яких відповідає даному комплексу абіотичних умов. Види, що прижилися, поступово займають весь новий біотоп, вступаючи в конкуренцію один з одним. Як наслідок, відбувається перебудова видового складу та кількісних співвідношень різних форм. Паралельно йде процес перетворення самого місцеіснування під впливом угруповання, що розвивається. Процес завершується формуванням більш-менш стабільної системи з урівноваженим типом біологічного кругообігу.) ü Активізація навчально-пізнавальної діяльності 1. Чому рослини-бур’яни першими освоюють оголені ділянки суші? 2. Чому «чужоземні» види рослин найчастіше проникають у місцеву рослинність на узбіччях доріг, насипах, берегах рік та інших місцеіснуваннях і не приживаються в лісах, на лугах або в степах? 3. Саморозвиток угруповань на скелях — тривалий багатовіковий процес. Якими способами його можна прискорити? 4. Чому при саморозвитку угруповань темпи сукцесії поступово вповільнюються? 5. Чому луги в лісосмузі зустрічаються здебільшого вздовж рік?
9. Види зміни біогеоценозу
ü Бесіда — Наведіть приклади поступової та стрибкоподібної зміни біогеоценозу. У чому їхня подібність і відмінність? Антропогенні впливи призводять до спрощення екосистем, дигресій. 10. Дигресії Причиною спрямованих змін угруповань у природі може стати не їхній саморозвиток, а тривалий вплив руйнівних факторів, наприклад забруднення водойм, витоптування лісів, посилений випас худоби. При цьому угруповання проходять ніби дорогу назад, від складних до простих, відбувається їхня поступова деградація. Наприклад, на степових пасовищах з піщаними ґрунтами дерновники багаторічних злаків — ковили й типчака — розбиваються копитами худоби й потім майже зникають. Розвиваються дволітні й однолітні бур’яни. Потім їх змінюють види, характерні для сипучих та слабозарослих пісків: куничник, осока піщана тощо, а на останній стадії руйнування угруповання виникають голі піски лише з поодинокими рослинами. Поступальні зміни в угрупованні призводять зрештою до його заміщення іншим, з іншим набором домінантних видів. Причиною таких змін можуть бути зовнішні стосовно ценозу фактори, що тривалий час діють в одному напрямку, наприклад зростання в результаті меліорації висушування болотних ґрунтів, збільшення забруднення водойм, посилений випас худоби, витоптування лісопарків населенням міст тощо. Заміщення одного біоценозу іншим, що при цьому виникають, називаються екзогенетичними. Якщо при цьому посилений вплив фактора призводить до поступового спрощення структури угруповань, збіднення їхнього складу, зниження продуктивності, то такі зміни називають дигресійними або дигресіями. Наприклад, пасовищні дигресії на терасових пісках Нижнього Дніпра розвиваються в такий спосіб. При помірному випасанні степ перебуває в стадії дернових злаків. Переважають типчак, костриця овеча, житняк, ковила. При подальшому посиленому випасанні виникає стадія стрижнекореневих дводольних з домінуванням найчастіше молочаю, а також дворічників та однорічників. Дерновинки злаків розбиваються копитами худоби, а потім майже зовсім зникають. На третій стадії кореневищних рослин з’являються злаки, характерні для сипучих та слабозарослих пісків: піщаний пирій, куничник, осока піщана. На наступній стадії виникають голі піски з поодинокими заростями псамофітів, характерних для попереднього етапу. Таким чином, ковилово-типчаковий степ замінюється сипучими пісками. Відповідно змінюється й характер тваринного населення. ü Робота із зошитом Заповніть таблицю. Розвиток біогеоценозу
11. Охорона біогеоценозів ü Розповідь учителя Учитель розповідає про важливість розуміння законів екологічних сукцесій для багатьох аспектів діяльності людини, про перетворення лісів людиною, про нестійкість штучних екосистем, про керування сукцесіями як про один з основних шляхів екологічно грамотної співпраці з природою. Сукцесії будь-якого масштабу й рангу характеризуються цілим рядом спільних закономірностей, багато з яких надзвичайно важливі для практичної діяльності людини. Завдання Складіть правила охорони біогеоценозів n V. Закріплення знань, формування вмінь ü Фронтальне опитування 1. У чому проявляється саморегуляція в екосистемі? (Чисельність популяцій будь-якого виду в біогеоценозі залишається досить стабільною, контролюється «знизу» та «згори».) 2. Завдяки чому здійснюється контроль чисельності «знизу» та «згори»? («Знизу» її контролюють життєві ресурси, «згори» — організми наступного трофічного рівня.) 3. Від чого залежить стійкість екосистеми? (Чим більше видів містить біогеоценоз, тим складніша сітка живлення, тим він стійкіший.) 4. Чому поява кроликів в Австралії призвела до екологічної катастрофи? (Не було достатнього контролю «згори».) 5. До яких наслідків може призвести відсутність контролю «згори»? (До інтенсивного розмноження й зростання чисельності, знищення кормової бази, поширення інфекційних захворювань та різкого скорочення чисельності.) 6. Що таке сукцесія? (Закономірна зміна біогеоценозу.) 7. Яке угруповання називають клімаксним? (Це стабільне угруповання (стійке для даних екологічних умов), що виникає на завершення зміни фітоценозу (рослинного угруповання).) 8. Яку сукцесію називають первинною? (Сукцесію, що розвивається на позбавленій життя території: скелях, урвищах, наносах рік, сипучих пісках, на застиглій лаві тощо.) 9. Яку сукцесію називають вторинною? (Сукцесію, що розвивається на ділянці, де колись існував рослинний покрив, а потім був знищений.) 10. Як змінюється чисельність видів у результаті сукцесії? (Сукцесійні зміни завжди супроводжуються підвищенням видового багатства, тобто різноманітності організмів.) 11. Що відбувається з біомасою в результаті сукцесії? (Збільшується біомаса органічної речовини.) 12. Як змінюється швидкість приросту біомаси в результаті сукцесії? (Відбувається зниження швидкості приросту біомаси угруповання (продукції угруповання) і збільшення кількості енергії, необхідної для підтримання його життя. Це найважливіше явище сукцесії. На ранніх стадіях первинної сукцесії швидкість приросту біомаси рослинами висока, але на наступних стадіях вона падає.)
|
