Структура и иерархия экосистем

 По отношению к  наземным животным как синоним  термина «местообитание» чаще  употребляется термин «стация»  — участок пространства с совокупностью  условий, необходимых для обитания животного вида, например стация белки, стация зайца – русака и т. д.

 Территориальная совокупность  биотопов образует более крупные  подразделения. Сравнительно однородные  биотопы объединяются в биохоры.  Так, биотопы песчаных, глинистых,  каменистых, галечниковых и других пустынь составляют биохору пустынь, биотопы хвойных и листопадных лесов – биохору лесов умеренного пояса. Биохора по своему содержанию близка к природной зоне, выделяемой географами. Биохоры объединяются в жизненные области: сушу, море и внутренние водоемы – наиболее крупные подразделения биосферы со свойственным только им набором абиотических факторов. Биотоп и биоценоз являются составными частями экосистемы – природного комплекса, образованного живыми организмами (биоценозом) и средой их обитания (биотопом), которые связаны между собой обменом веществ и энергией. Экосистема не имеет строгой таксономической определенности, и ею могут быть объекты разной сложности и размерности – от кочки до материка, от небольшого водоема до Мирового океана. Вместе с тем экосистема – основная функциональная и структурная природная система биосферы, так как ее составляют взаимозависимые организмы и абиотическая среда, поддерживающие жизнь в той форме, в какой она существует на Земле.

 При полевых исследованиях  границы биоценоза устанавливают  по фитоценозу, имеющему легко  распознаваемые черты. Например, луговое сообщество легко отличить от лесного, еловые леса – от  сосновых верховое болото – от низинного. Фитоценоз является экологическим каркасом биоценоза, обусловливающим его видовой состав и структуру. Представляя собой ведущий структурный компонент биоценоза, фитоценоз определяет видовой состав зооценоза и микробоценоза. Выполнять свои функции по оздоровлению измененной среды они могут только под защитой фитоценоза. Поэтому без создания экологического каркаса не может быть и речи об охране и рациональном использовании земельных ресурсов сельскохозяйственных районов. Ветровая эрозия, загрязнение подземных вод пестицидами и нитратами, сокращение численности вплоть до полного исчезновения животного населения могут быть значительно уменьшены при наличии этого каркаса. В структуре биоценоза находят отражение и отношения между организмами, которые невероятно сложны. В первую очередь это внутривидовые и межвидовые биотические отношения всех типов и трофические. В биоценозе организмы связаны также топическими, форическими и фабрическими отношениями (Воронов, 1987). При технических один вид предоставляет себя для поселения другого вида (деревья используются птицами для гнездования). Вступая в форические отношения, организм одного вида способствует перемещению в пространстве организма другого вида (перенос малярийными комарами возбудителей малярии, птицами – пухоедов, млекопитающими – клещей, блох и других паразитов). При фабрических отношениях один вид применяет другой для строительства жилья, гнезд, убежищ и т. д. (бобр создает плотины и хатки, используя растительный материал) [19].

Любой биоценоз обладает сложной внутренней структурой и  каждый компонент биоценоза, как и биогеоценоза (растительный покров в том числе), может быть объектом внимания с этой точки зрения.

Вырабатывается структура  в течение длительного времени  формирования биогеоценоза. Каждая стадия развития биогеоценоза характеризуется определенной структурой, элементы ее занимают определенное пространство. Те или другие формы проявления структуры являются внешним выражением конкретных условий среды. Отдельные ее проявления могут расцениваться, как результат сложных непрерывно изменяющихся взаимоотношений отдельных растений, их групп, как между собой, так и с внешними условиями. Исходя из этого, структура биогеоценоза характеризуется не просто как пространственная или временная, а как пространственно-временная.

Структура биогеоценоза - очень широкое понятие. Оно развилось из фитоценологии и биоценологии и рассматривается как состав подчиненных систем, компонентов, элементов, а также различные взаимоотношения между ними и взаимное расположение и все это – в динамике, с изменениями, как в пространстве, так и во времени. В зависимости от цели исследований структура биогеоценоза может рассматриваться с компонентно-организационной, эколого-биологической, конституционной, функциональной, энергетической и динамической сторон.

Таким образом,  структурно – функциональная единица биоценоза, включающая самостоятельно существующее зеленое растение и все организмы, связанные с ним трофическими, топическими, форическими и фабрическими отношениями, называется консорцией. Самостоятельно существующее, т. е. не нуждающееся в опоре и не поселяющееся на другом виде, автотрофное растение является центром консорции, или детерминантой, по отношению к которой связанные с ним виды именуются консортами. Консортами могут быть паразиты и полупаразиты из мира растений, грибы, эпифиты, лианы, птицы, насекомые и животные – фитофаги, исключая консументов второго порядка, поедающих растительноядных животных [22].

Отношения между организмами  в биоценозе определяются также  временем их нахождения в сообществе.

 Они могут быть постоянными (сессильными) и временными (вагильными). Постоянство характеризует главным образом растения, так как животные в большинстве случаев пребывают в сообществе временно в течение суток, сезона или в период миграции.

Итак, биоценоз - это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема)[18].

Каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. Но мы знаем, что особи одного вида объединяются в природные системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания. В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории - фитоценоз, совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, - зооценоз, микробоценоз - совокупность микроорганизмов, населяющих почву, и микоценоз - совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.

 

1.4. Основные среды жизни

 

Основные среды жизни: водная, наземно-воздушная, почва и  живые организмы как среда  обитания.

Водную среду обитания образуют важнейшие компоненты гидросферы Земли входят: Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. К континентальным водам относятся реки, озера и ледники. Водная среда обитания является исходной для всех земных форм жизни. Подавляющее большинство организмов – первично-водные, то есть сформировавшиеся именно в водной среде обитания. Постоянные обитатели гидросферы называются гидробионты [22].

Рассмотрим особенности  водной среды обитания на примере  Мирового океана. В Мировом океане различают две экологические  области: бенталь – дно океана и пелагиаль – толщу воды.

В соленых водах (гипертоническая  среда) возникает проблема сохранения воды в пределах организма. У Одноклеточных  животных реже сокращаются сократительные вакуоли, у Многоклеточных – развиваются  дистальные (всасывающие) части почечных канальцев, нефридиев и других органов выделения. У костистых рыб избыток солей выделяется через жабры.

В пресных водах (гипотоническая среда) возникает проблема удаления воды из организма. У Одноклеточных  животных чаще сокращаются сократительные вакуоли, у Многоклеточных – развиваются почечные (мальпигиевы) клубочки, проксимальные части почечных канальцев, нефридиев и других органов выделения, обеспечивающие интенсивное образование разбавленной мочи.

Наземно-воздушная обитания – самая сложная по экологическим условиям. Выход в наземно-воздушную среду обитания у разных групп организмов оказался возможным благодаря появлению специфических адаптаций, в том числе, и ароморфного характера. Постоянные обитатели наземно-воздушной среды обитания называются аэробионты.

Особенности наземно-воздушной  среды обитания и приспособленность  организмов к специфическим экологическим  факторам [22].

1. Недостаток воды  часто является лимитирующим  фактором для наземных организмов.

2. Низкая теплоемкость  и низкая теплопроводность воздуха приводит к значительным перепадам температуры: при изменении прямой освещенности, суточные перепады, сезонные перепады (сезонность характерна для умеренных и высоких широт). В то же время, низкая теплоемкость и теплопроводность воздуха делают возможным развитие теплокровности  у птиц и млекопитающих.

3. Низкая вязкость  и низкая плотность воздуха  позволяет приобретать разнообразную  форму тела у животных. В то  же время лимитирующим фактором  становится гравитация. Для летающих  животных необходимо формирование обтекаемой формы тела и крыльев. Для крупных животных необходимо формирование скелета. Для растений необходимо наличие механических тканей и определенной формы кроны.

4. Поглощение света  происходит за счет топических  межвидовых взаимодействий, что приводит к появлению ярусности.

5. Высокое содержание  кислорода при низкой влажности  воздуха приводит к появлению  у животных разнообразных органов  дыхания (трахеи, легкие).

6. Неравномерное распределение  элементов минерального питания сказывается, в первую очередь, на растениях, что приводит к мозаицизму.

Почва, или педосфера  – это рыхлый поверхностный слой суши, обладающий плодородием. Почва  представляет собой трехфазную систему, в которой твердые частицы  окружены воздухом и водой. В состав почвы входят разнообразные типы вещества: живое вещество (живые организмы), биогенное вещество (органические и неорганические вещества, происхождение которых связано с деятельностью живых организмов), косное вещество (горные породы) и другие. Поэтому почва представляет собой особый тип вещества в биосфере – биокосное вещество [18].

Особенности действия экологических  факторов в почве:

– достаточно высокое  и стабильное содержание воды и разнообразных  газов (промежуточное между водной и наземно-воздушной средой);

– высокая концентрация органических и неорганических веществ;

– стабильный температурный  режим;

– низкая освещенность (за исключением самых поверхностных  слоев) – лимитирующий фактор для  фотосинтезирующих организмов;

– неоднородность почвы  по вертикали и горизонтали создает условия для формирования множества экологических ниш.

Экологические группы животных. Экологические группы животных выделяют по размерам тела. В состав почвенной  фауны входят: микрофауна, мезофауна, макрофауна и мегафауна.

Микрофауна включает мельчайших животных, населяющих водную фазу почвы. В сущности, это водные организмы. Представители микрофауны способны переносить промерзание зимой  и высыхание летом в состоянии  анабиоза.

Мезофауна включает более  крупных беспозвоночных. Лимитирующим фактором для этих организмов является содержание влаги: при недостатке влаги им угрожает пересыхание, а при избытке влаги – гибель от недостатка воздуха.

Любой организм (даже самый  мелкий) представляет собой сложную  систему, которая обеспечивает разнообразные условия обитания для других организмов. Если организмы одного вида используют организм другого вида как среду обитания, то между ними возникают разнообразные биотические взаимодействия.

Совместное существование  двух и более разноименных видов называется симбиоз (в широком смысле этого слова). В простейшем случае формируется двухкомпонентная система из двух организмов разных видов. В зависимости от типа взаимоотношений между симбионтами возможны частные типы симбиотических взаимодействий: комменсализм, паразитизм, мутуализм (подробно эти типы взаимодействий были рассмотрены в главе 4).

Организм как среда  обитания имеет ряд преимуществ  перед другими средами обитания: большое количество доступных пищевых  ресурсов для гетеротрофных организмов, защищенность обитателей организмов, стабильность водного режима, температурного режима, водно-солевого режима (сходство с водной средой обитания). Положительные стороны организма как среды обитания приводят к дегенерации тела эндосимбионтов (яркий пример – постепенная редукция систем органов у сосальщиков и ленточных червей); как правило, наблюдается гигантизм – эндосимбионтные формы значительно крупнее, чем родственные им свободноживущие формы.

В то же время организм как среда обитания имеет и  отрицательные стороны: ограниченность жизненного пространства, недостаток кислорода, трудности с распространением от одной особи хозяев к другой, защитные реакции организма хозяина, недостаток света для фотоавтотрофных организмов.

Итак, сходство организма как среды обитания с водной средой обитания позволяет многим видам совершить переход из водной среды обитания в организм как среду обитания без существенных морфологических и физиологических изменений.

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Формирование знаний об экосистемах в курсе Окружающий мир (УМК «Школа 2100»)

 

1. Анализ УМК «Школа 2100» с 1 по 4 классы по курсу «Окружающий мир»

 

Для построения средства самостоятельного поиска знаний, необходимо определить слово для исследования. Отнестись к выбору слова нужно  неформально: Вы должны осознать потребность в постижении общекультурного значения слова, в расширении его смыслового пространства. Слово может быть любым (семья, любовь…), лишь бы оно было выбрано не на авось. Далее следует вооружиться словарями: «Толковым словарем живого великорусского языка» В.И. Даля (обязательно!), любым толковым словарем, например «Толковым словарем русского языка» С.И. Ожегова и Н.Ю. Шведовой, словарем иностранных слов (если слово иноязычного происхождения), этимологическим, энциклопедическим и другими словарями.

Работа с понятием происходит следующим образом. К  исследуемому слову из всех словарей выписываются все значения, и таким  образом заполняется первый ряд знаний о составляющих слова. Из первого ряда нужно выделить заинтересовавшие Вас значения слова, смыслы которых необходимо вновь выписать из словарей, - так выстраивается второй ряд. И так до удовлетворения интереса к данному понятию.

Важнейшие задачи образования  в начальной школе (формирование предметных и универсальных способов действий, обеспечивающих возможность продолжения образования в основной школе; воспитание умения учиться – способности к самоорганизации с целью решения учебных задач; индивидуальный прогресс в основных сферах личностного развития – эмоциональной, познавательной, саморегуляции) реализуются в процессе обучения всем предметам. Однако каждый из них имеет свою специфику.