| омикрон | Date: Saturday, 24.09.2011, 11:36 | Message # 1 |
 40 лвл
Group: Администраторы
Messages: 240
Status: Offline
| Урок № 3-4.
Тип урока: урок усвоения новых знаний.
Тема 1.2. «Биосфера. Среды обитания. Экологические факторы. Толерантность. Адаптация. Закон лимитирующего фактора.»
Цели:
• Ввести понятия: среда, экологический фактор, абиотические, биотические, антропогенные, почва, гумус, конкуренция(прямая, косвенная) и т.д.
План урока.
1. Орг. момент - 5 мин.
2. Проверочная работа – 10 мин.
3. Объяснение нового материала – 60 минут.
4. Постановка домашнего задания – 5 мин.
Ход урока.
1. Орг. момент. - записать тему урока.
2. Проверочная работа - собрать конспекты.
3. Объяснение:
Классификация экологических факторов.
С экологических позиций среда - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых ли косвенных отношениях.
В пределах биосферы можно выделить четыре основных среды обитания. Это – водная среда, наземно-воздушная среда, почва и среда, образуемая самими живыми организмами.
Вода.
Вода обладает высокой теплоёмкостью, т.е. накапливает и удерживает тепло. Поэтому в ней не бывает резких перепадов температур.
Растения выживают только в фотической зоне-верхний слой воды, куда попадает свет-лучистая энергия, необходимая для фотосинтеза.
Т.к. вода отражает большую часть света, то максимальная фотическая зона не превышает 100м.
Количество растворённого в воде кислорода уменьшается с увеличением температуры. В морской воде кислород растворяется хуже, чем в пресной. Поэтому в полярный водах планктона больше.
Особое значение для организмов имеют иона Са –молюски и ракообразные.
Вода считает пресной, если в ней содержится менее 0,5 г. на литр растворённых солей. Морская вода содержит в средней 35 г. солей на литр.
Наземно-воздушная среда.
Температура воздуха меняется очень быстро, поэтому организмы приспособлены к резким изменениям температуры. Именно в этой среде появились теплокровные. У наземных обитателей развиты приспособления обеспечения организма водой - корневая система и водонепроницаемый слов на поверхности листьев у растений, у животных миграция к водопоям.
Состав воздуха – 79% азота, 21% кислорода, 0,03 % углекислого газа. Люди никогда не жили постоянно на высоте более 6000 м. над уровнем моря. Углекислый газ важен для фотосинтеза, азот для синтеза белков и нуклеиновых кислот.
Почва.
По мере погружения в почву колебания температур становятся менее заметными, быстро затухают суточные колебания, а по мере увеличения глубины и сезонные различия температур.
Даже на небольшой глубине в ней царит полная тьма. Кроме того, по мере погружения в почву содержание кислорода в ней уменьшается, а углекислого газа увеличивается.
Тела многих организмов тоже служат жизненной средой - паразиты.
Экологические факторы.
Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.
Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на 2 категории:
1) Факторы неживой природы (абиотические)
2) Факторы живой природы (биотические)
3) Антропогенные – деятельность человека, которая воздействует на окружающую среду (загрязнение).
Абиотические:
• климатические (свет, влага, давление, температура, движение воздуха)
• почвенные ( состав, влагоемкость, плотность, воздухопроницаемость)
• орографические (рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона)
• химические (составы газового воздуха , солевой состав воды, кислотность)
Биотические:
• фитогенные (растения)
• зоогенные (животные)
• микробиогенные (вирусы, бактерии)
Абиотические факторы наземной среды.
1) Лучистая энергия солнца.
Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза).
Количество энергии у поверхности Земли -21*10 кДж (солнечная постоянная) - на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха (чем больше пыли, тем меньше солнечной энергии). На основе радиационного режима выделяют климатические пояса (тундра, леса, пустыни и т. д.) (солнечная радиация).
2) Освещение.
Определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на:
• светолюбивые - растения открытых, хорошо освещаемых мест.
• тенелюбивые - нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник).
• тепловыносливые - хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Легко подстраиваются под световой режим.
Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим для ориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят ИК часть спектра, поэтому охотятся ночью.
3) Температура:
Один из важнейших абиотических факторов, прямо или косвенно влияющий на живые организмы.
Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает t на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. Например, у картофеля максимальная продуктивность фотосинтеза при +20°С, а при t = 48°С полностью прекращается.
В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся:
• Организмы, t тела= t окр. среды, т.е. меняется в зависимости от t окр. среды, нет механизма терморегуляции (эффективного) (растения, рыбы, рептилии...). Растения понижают t за счет интенсивного испарения, при достаточном снабжении водой в пустыне - уменьшается t листьев на 15°С.
• Организмы с постоянной t тела (млекопитающие, птицы), более высокий уровень обмена веществ. Существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), t =36-40°C.
• Организмы с постоянной t (еж, барсук, медведь), период активности - const t тела, зимняя спячка -значительно уменьшается (низкие потери энергии).
Также выделяют организмы, способные переносить колебания t0 в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных t0 (глубоководные организмы, водоросли полярных льдов).
4) Влажность атмосферного воздуха.
Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50 всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от t воздуха.
5) Атмосферные осадки.
Это дождь, снег, град и т.д. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, т.к. объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: t воздуха, движение воздуха, рельеф.
Существуют следующие зоны в распределении осадков по земной поверхности:
• Влажная экваториальная.
Осадков более 2000 мм/год, например, бассейны рек Амазонка, Конго. Максимальное количество осадков - 11684 мм/год - о. Кауан (Гавайские о-ва), 350 дней в году дождь. Здесь располагаются влажные экваториальные леса - самый богатый тип растительности (более 50 тысяч видов).
• Сухая зона тропического пояса.
Осадков менее 200 мм/год. Пустыня Сахара и т.д. Минимальное количество осадков - 0,8 мм/год -пустыня Атакама (Чили, Южная Америка).
• Влажная зона умеренных широт. Осадков более 500 мм/год. Лесная зона Европы и Северная Америка, Сибирь.
• Полярная область.
Незначительное количество осадков до 250 мм/год (низкая t воздуха, низкое испарение). Арктические пустыни с бедной растительностью.
6) Газовый состав атмосферы.
Состав ее практически постоянен и включает: N -78%, 0 -20,9%, СО , аргон и другие газы, частицы воды, пыль.
7) Движение воздушных масс (ветер).
Максимальная скорость ветра примерно 400 км/час -ураган (штат Нью-Гемпшир, США).
Ветровой напор - направление ветра в сторону меньшего давления. Ветер переносит примеси в атмосфере.
8) Давление атмосферы.
760 мм ртутного столба или 10 кПа.
Абиотические факторы почвенного покрова.
Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой.
Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва является составной частью биосферы и энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы.
Состав почвы: твердые частицы, жидкость (вода), газы (воздух- О , СО ), растения, животные, микроорганизмы, гумус.
Толщина почвы; 0,5м - тундра, горы; 1,5м - на равнинах.
1 см почвы образуется примерно за 100 лет.
Типы почв:
1. Арктические и тундровые (гумус до 1 -3 
2. Подзолистые (хвойные леса, гумус до 4-5 %).
3. Черноземы (степь, гумус до 10 %).
4. Каштановые (в сухих степях, гумус до 4%).
5. Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумус 1-1,5%).
6. Красноземы (влажный субтропический лес, гумус до 6 %).
Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается, поэтому необходимо вносить различные удобрения.
Физические свойства:
1. Механический состав - содержание частиц различного диаметра.
2. Плотность.
3. Теплоемкость, теплопроводность.
4. Влагоемкость, влагопроницаемость (у песка выше влагопроницаемость, у глины - влагопроницаемость).
5. Аэрация - способность насыщения почвы воздухом (рыхление почвы).
Химические свойства:
1. Химический состав:
• до 50 % SiO - кремнезем
• до 25 % Al O - глинозем
• до 10 %- оксиды Fe
• остальное - оксиды Са, К, Mg, Р и т.д.
2. Кислотность
3. Содержание вредных веществ (пестициды, тяжелые металлы и т.д.)
Влияние кислотности на растения:
• Обитают на кислых почвах (рН < 6,7) карликовая береза, хвощ, некоторые мхи
• Нейтральные (рН 6,7 - 7,0) большинство культурных растений
• На щелочных почвах (рН > 7,0) степные и пустынные растения (лебеда, полынь...)
• Могут расти на любой почве (ландыш, вьюн, земляника лесная)
Абиотические факторы водной среды.
Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % земной поверхности). Средняя глубина - 3554м, вес 0,022 % веса планеты, площадь - 1350 млн. кв. км -океаны, 35 млн. кв. км - пресные воды.
Абиотические факторы водной среды - это физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов.
Физические свойства:
1. Плотность.
Плотность как экологический фактор определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и т.д.), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон).
2. Температура.
Изменение t° в зависимости от глубины и колебания (суточные и сезонные).
Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды. Например, колебания t° верхних слоев океана -10-15°С, более глубокие слой 3 -4°С.
3. Световой режим.
Играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м, а туда доходит всего 5*10-6 солнечной радиации.
С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция).
4. Подвижность - постоянное перемещение водных масс в пространстве.
5. Прозрачность.
Зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое - море Уэддела в Антарктиде, видимость 80м (прозрачность дистиллированной воды).
Химические свойства:
1.Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море - 19 г/л.
Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские - в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки.
2. Количество растворенного О и СО . О - для дыхания.
3. Кислая, нейтральная, щелочная среда.
Все обитатели приспособились к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов.
Биотические факторы.
Биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.
Классификация биотических взаимодействий:
1. Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую.
2. Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса ддя другого организма.
Конкуренция бывает внутривидовая и межвидовая. Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции.
Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к. каролинская белка оказалась более конкурентоспособной.
Конкуренция бывает прямая и косвенная.
Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.)
Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижали содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затенял травы, не давая им произрастать из-за нехватки света.
3. Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. Паразитов различают по месту обитания:
• находятся на поверхности хозяина. Блохи, вши, клещи - животные. Тля, мучнистая роса - растения. У паразита имеются специальные приспособления (крючки, присоски и т.п.)
• внутри хозяина. Вирусы, бактерии, примитивные грибы - растения. Глисты - животные. Высокая плодовитость. Не приводят к гибели хозяина, но угнетают процессы жизнедеятельности
4. Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником).
Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную.
Хищники часто нападают на слабые жертвы. Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает.
Поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва-хищник.
5. Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов при котором организмы приносят друг другу пользу. По степени партнерства симбиоз бывает:
Комменсализм - один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда. Рак - актиния. Актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи.
Мутуализм - оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Лишайник - гриб + водоросль. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его.
В естественных условиях один вид не приведёт к уничтожению другого вида.
Закон лимитирующего фактора.
.
Проведены следующие лабораторные исследования. Растения выращивают в различных камерах, где контролируются все абиотические факторы. При этом один фактор изменяется, а остальные остаются неизменными. В данном случае изменяется температура / Результаты показывают, что по мере повышения температуры от некоторой величины, ниже которой рост вообще не возможен,,. растение развивается всё лучше и лучше, пока скорость роста не достигнет максимального значения. При дальнейшем повышении температуры растение будет чувствовать себя всё хуже и хуже и в конечном итоге погибнет. Графически это можно изобразить следующим образом .
Кривая – толерантности ( толеранция(греч.) – терпение, устойчивость). Вершина кривой -оптимальные условия.
Адаптация или акклиматизация – сдвиг купола кривой (если условия изменились).
У каждого фактора, влияющего на рост, размножение и выживание организма, есть оптимум, зона стресса и далее зона, в которой существование данного организма не возможно.
Зона оптимума - это обычно диапазон температур, а не конкретная величина т.е. диапазон температур, при которых максимальна скорость роста.
Слева и справа от зоны оптимума находятся зоны стресса, в них растение испытывает стресс с скорость роста резко уменьшается.
Диапазон устойчивости - диапазон температур, в котором возможен рост растения.
Предел устойчивости - минимальная и максимальная температура пригодная для жизни.
Сходные эксперименты можно провести и дня проверки влияния других факторов, причём результаты графически всегда одинаковы.
Подобные эксперименты показывают, что виды могут существенно различаться с точки зрения оптимальных условий и пределов устойчивости. Например, количество воды оптимальное для одного вида вызывает стресс у другого и приводит к гибели третий вид. Некоторые растения вообще не переносят заморозков (t<0°C), это ведёт к их гибели, другие растения способны выжить при небольших холодах, а есть растения, для которых несколько недель отрицательных температур - необходимое условие завершения жизненного цикла. То же самое справедливо и для других экологических факторов.
В описанном выше эксперименте изменялся только один фактор, а остальные как бы соответствовали зоне оптимума. Таким образом мы наблюдали действие закона лимитирующего фактора.
Даже единственный фактор за пределами своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, а в пределе - к его гибели.
Такой фактор называется лимитирующим. Это относится к любому влияющему на рост параметру, которого «слишком мало» или «слишком много». Например, гибель растений вызывается и чрезмерным поливом и избытком удобрений, так и недостатком воды и питательных веществ. Это известно садоводам.
Закон лимитирующего фактора был сформулирован Либихом в 1840 году в ходе его наблюдений за влиянием на растения минеральных удобрений. Он обнаружил, что ограничение дозы любого удобрения ведёт к одинаковому результату - замедлению роста.
Дальнейшие наблюдения показали, что он относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть и конкуренция, хищничество и паразитизм.
4. Постановка д/з. – выучить конспект, подготовиться к проверочной работе.
|
| |
| |
