240. Продуктивність екосистем.

Урок №240. Продуктивність екосистем.

---

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• ЦСР 2: Подолання голоду.
• ЦСР 13: Боротьба зі зміною клімату.
• ЦСР 15: Раціональне використання наземних екосистем.

Ключові слова: первинна продуктивність, вторинна продуктивність, біомаса, енергетичний потік, продуктивна зона, кліматичний чинник.

План уроку:

1. Мотивація 
2. Теоретичний матеріал 
3. Життєва ситуація
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

Очікувані результати для вчителя:

---

Уявіть, що ви фермер.
Ви маєте два однакових поля — однаковий розмір, однакова погода, однакові рослини.
Але з одного поля ви збираєте втричі більше врожаю, ніж з іншого. Як таке можливо?
Тепер уявіть собі тропічний ліс, де все буяє і росте, і — поруч — пустелю.
Чому одна екосистема «працює» на повну потужність, а інша — майже “вимкнена”?
Що визначає, наскільки “продуктивна” природа навколо нас?
Чому одні екосистеми дають багато енергії, а інші — майже нічого?

Сьогодні на уроці ми розберемося:

• Що таке продуктивність екосистем
• Які біоми є найбільш і найменш продуктивними
• І чому іноді людська діяльність може зменшити або підвищити цю природну продуктивність

Питання для  експрес-обговорення:

• Чи можна зробити пустелю продуктивною, як сад?
• Як ви думаєте, ми більше залежимо від продуктивності океанів чи лісів?
• Поле кукурудзи вирощує 10 000 кг/га за рік. Але у вигляді м’яса тварин на людину доходить менше 1000 кг, а часто — менше 100. Де зникає решта? Чому важливо розуміти, скільки енергії продукує екосистема?

Розуміння продуктивності як основи стійкого землеробства, збереження лісів, продовольчої безпеки.

---

Продуктивність екосистеми – швидкість утворення органічної речовини живими організмами в одиниці часу на одиниці площі.

Основні типи продуктивності:

Первинна продуктивність — кількість енергії, накопиченої продуцентами.

• Брутто-продуктивність — вся енергія, яку отримали рослини (вкл. на дихання)
• Нетто-продуктивність — енергія, яка залишилася й може перейти до консументів.

Вторинна продуктивність — кількість енергії, яку накопичують консументи в біомасі.
Фактор зменшення продуктивності — з кожним рівнем втрачається ~90% енергії.

Найпродуктивніші екосистеми світу:

• Тропічні ліси, коралові рифи, болота.
• Найменш продуктивні — пустелі, тундра.

Продуктивність = маса органіки / одиницю площі • рік (наприклад, г/м²•рік)

Продуктивність екосистеми залежить від багатьох внутрішніх і зовнішніх чинників, які впливають на здатність організмів, зокрема продуцентів, створювати органічну речовину (біомасу).

Основні чинники, від яких залежить продуктивність екосистеми:

1. Кліматичні умови
Світло — чим більше світла, тим активніше відбувається фотосинтез.
Температура — впливає на швидкість метаболізму; надто низька чи висока температура гальмує продуктивність.
Вологість і опади — вода необхідна для фотосинтезу, зволожені зони продуктивніші.

2. Доступність поживних речовин
На суходолі — родючість ґрунтів (наявність азоту, фосфору, калію).
У воді — вміст розчинених мінералів і органіки.

3. Тип екосистеми (біом)
Різні біоми мають різні умови (наприклад, тропічний ліс vs. тундра), що впливає на рівень продуктивності.

4. Сезонність
В екосистемах з чіткими сезонами (літо-зима), продуктивність змінюється протягом року.

5. Будова угруповання
Чим більше видове різноманіття та збалансовані харчові зв’язки, тим вища стабільність і продуктивність.

6. Людський вплив
Добрива, полив, вирубка лісів, забруднення, зміна клімату — все це може підвищити або зменшити продуктивність.

7. Фізичні характеристики середовища
Наприклад, глибина водойми, нахил схилів, наявність ґрунтового шару, альбедо поверхні (відбивання світла) тощо.

• ЛІСИ, ЩО ЗУПИНЯЮТЬ ЦУНАМІ

Висновок:
Продуктивність екосистеми — це результат взаємодії кліматичних, біологічних, хімічних і антропогенних чинників. Найпродуктивнішими є екосистеми з теплим, вологим кліматом, високою біомасою і достатком поживних речовин
https://earthobservatory.nasa.gov/topic/image-of-the-day – супутникові карти продуктивності 
https://www.globalforestwatch.org/ моніторинг лісових екосистем
Ocean Productivity – дані про продуктивність океанів
MODIS – архів супутникових знімків

---

Завдання 1:

Ознайомтеся із порівняльною таблицею продуктивності екосистем і дайте відповіді на питання наведені нижче.
Значення наведено орієнтовно в г/м²•рік, що є загальноприйнятою одиницею в екології:
Порівняння продуктивності основних біомів:

Біом	Брутто-продуктивність (БПП) г/м²•рік	Нетто первинна продуктивність (г/м²•рік)	Характеристика продуктивності
Тропічний дощовий ліс	4000 – 6000	2 000 – 3 000	Найвища продуктивність, стабільний клімат, висока біомаса
Саванна	2000–3000	800 – 1 500	Сезонні дощі, велика частка продуктивності — трав’яниста
Тайга	1800–3000	800 – 1 200	Холодний клімат, повільний обіг речовин
Помірний листяний ліс	2000–3800	1 200 – 2 000	Висока біомаса, сезонність, достатньо вологи
Степ (помірні трави)	1200–2500	600 – 1 000	Родючі ґрунти, залежить від кількості опадів
Пустеля	200–400	50 – 200	Низька вологість, екстремальні температури
Тундра	500–900	100 – 400	Коротке літо, вічна мерзлота, низька біомаса
Шельф океану (мілководдя)	1000–2800	500 – 1 500	Висока доступність світла й поживних речовин
Коралові рифи	2500–5000	1 500 – 2 500	Висока локальна продуктивність, симбіоз водоростей і коралів
Естуарії, мангри	3000–5000	1 500 – 2 500	Живильні багаті зони, часто впливають припливи й річки
Відкритий океан	400–800	80 – 150	Найбільша площа, але низька продуктивність на м²
Сільськогосподарське поле	2000–4000	1 000 – 2 500	Штучно підвищена продуктивність завдяки удобренню та зрошенню

Питань для аналізу таблиці:

1. Який біом має найвищу нетто-продуктивність? А який — найнижчу?
2. Чим пояснюється низька продуктивність пустель і тундри?
3. Порівняйте продуктивність тайги та помірного листяного лісу. У чому відмінність і чим вона зумовлена?
4. Чому сільськогосподарське поле має подібну або вищу продуктивність, ніж природні біоми?
5. Порівняйте коралові рифи і відкритий океан. Як різниться їх продуктивність і чому?
6. Який біом має високу брутто-продуктивність, але низьку нетто-продуктивність? Що це означає?
7. Чи завжди висока брутто-продуктивність означає високу нетто-продуктивність? Наведіть приклади з таблиці.
8. Як кліматичні умови (волога, температура, сезонність) впливають на продуктивність біому?
9. Які біоми можуть бути найбільш вразливими до змін клімату, враховуючи їх продуктивність?
10. Чому важливо зберігати біорізноманіття навіть у біомах з низькою продуктивністю?

Нанесіть будь-які чотири екосистеми з таблиці на контурну карту.

Завдання 2:

Дві країни:

• Країна А має тропічні ліси з НПП = 1000 г/м²•рік.
• Країна Б має пустелі, де НПП = 90 г/м²•рік.

Запитання:

• Які наслідки це має для виробництва їжі?
• Де легше підтримувати популяції диких тварин?
• Що буде, якщо зрубати ліси в Країні А?
  

Завдання 3:

Проаналізуйте наступку ситуацію:
Уряд вирішив вирощувати в пустелі кукурудзу для експорту.
Було витрачено великі ресурси на зрошення, але врожайність залишалася низькою.

Питання:

• Чому ця ідея провалилася?
• Як пов’язано з продуктивністю?
• Що могло б бути кращим рішенням?

Порівняння продуктивності лісу та степу за організмами-індикаторами

Завдання:
Перед вами — дані про наявність певних видів рослин і тварин, які є біоіндикаторами продуктивності екосистеми. Уважно проаналізуйте таблицю й зробіть висновки, заповніть останній стовпчик:

Організм-індикатор	Наявність у лісі	Наявність у степу	Що це означає для продуктивності
Дерева з широким листям	є	немає
Багаторічні трави	є	є
Лишайники	є	немає
Гриби (мікоризоутворюючі)	є	немає
Великі травоїдні ссавці	є	немає
Рівень гумусу в ґрунті	Високий	Середній
Збереження вологи в ґрунті	Високе	Низьке

---

Завдання 1:

Уяви, що ти дослідник, який порівнює дві екосистеми: тропічний ліс і тундру. Обери з переліку 4 чинники, які, на твою думку, найбільше впливають на відмінність у продуктивності між ними. Поясни свій вибір.

Чинники:

• температура
• сезонність
• тип ґрунту
• кількість сонячного світла
• видове різноманіття
• вологість
• наявність хижаків

Завдання 2:

Учні діляться на групи, кожна з яких отримує свою картку. Завдання проаналізувати інформацію, зазначену на картках  — визначити рівень очікуваної продуктивності (висока, середня, низька) та вказати причини.
Картка 1: Клімат спекотний і сухий, дощі рідкі, ґрунт піщаний, рослинність розріджена.
Картка 2: Багато світла, температура постійно +25°C, багато опадів, ґрунти кислі.
Картка 3: Холодно більшість року, коротке літо, мохи та лишайники.
Картка 4: Наявні припливи, річкові води приносять поживні речовини, ростуть мангри.

Завдання 3:

Уяви, що у тундрі раптово встановився клімат, як у тропічному лісі.
Запитання:

• Як це вплине на продуктивність?
• Які зміни відбудуться в рослинності та тваринному світі?

Завдання 4:

Проаналізуйте графік де  зображено залежність продуктивності від температури та вологості.
Завдання:

• Визначити, які точки відповідають яким біомам.
• Пояснити, чому в певних умовах продуктивність висока/низька.

“Оціни продуктивність власної місцевості”:
Опиши місцеву екосистему (поле, ліс, берег, ставок…).

• Припусти, яка в неї нетто-продуктивність.
• Що впливає на неї найбільше: температура? дощі? ґрунт?
• Як зміна клімату може вплинути на її продуктивність?

Порівняйте екосистему і агроценоз
Познач, кому належить кожна властивість:
П — природній екосистемі, А — агроценозу, обидвом — П + А.

№	Властивість	П	А	П + А
1	Наявність біотичних і абіотичних компонентів
2	Широке видовe різноманіття
3	Здатність до саморегуляції
4	Залежність від втручання людини
5	Циклічність колообігу речовин
6	Висока продуктивність одного виду
7	Стійкість до змін середовища
8	Енергетична залежність від зовнішніх джерел
9	Присутність продуцентів, консументів і редуцентів
10	Створена природним шляхом

---

1. Що таке продуктивність екосистеми?
2. Як називається процес створення органічної речовини із неорганічних речовин?
3. Що таке первинна продуктивність?
4. Що таке вторинна продуктивність?
5. Яка одиниця вимірювання продуктивності екосистеми?
6. Який тип екосистем має найвищу первинну продуктивність?
7. Чому пустелі мають низьку продуктивність?
8. Як впливає температура на продуктивність екосистеми?
9. Що обмежує продуктивність морських екосистем?
10. Як називається частина продуктивності, яка використовується організмами?

Додатково: Чи може малопродуктивна екосистема бути важливою для природи?

---

Створи/намалюй/опиши уявну екосистему з надвисокою продуктивністю.
Опиши:

• який там клімат;
• які там рослини;
• які умови живлення;
• чи є люди, і як вони впливають на продуктивність.

Урок №240. Продуктивність екосистем.

---

Цілі сталого розвитку: 

Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:

• ЦСР 2: Подолання голоду.
• ЦСР 13: Боротьба зі зміною клімату.
• ЦСР 15: Раціональне використання наземних екосистем.

Ключові слова: первинна продуктивність, вторинна продуктивність, біомаса, енергетичний потік, продуктивна зона, кліматичний чинник.

План уроку:

1. Мотивація 
2. Теоретичний матеріал 
3. Життєва ситуація
4. Попрактикуймо самостійно
5. Рефлексія

Очікувані результати для учнівства:

---

Уявіть, що ви фермер.
Ви маєте два однакових поля — однаковий розмір, однакова погода, однакові рослини.
Але з одного поля ви збираєте втричі більше врожаю, ніж з іншого. Як таке можливо?
Тепер уявіть собі тропічний ліс, де все буяє і росте, і — поруч — пустелю.
Чому одна екосистема «працює» на повну потужність, а інша — майже “вимкнена”?
Що визначає, наскільки “продуктивна” природа навколо нас?
Чому одні екосистеми дають багато енергії, а інші — майже нічого?

Сьогодні на уроці ми розберемося:

• Що таке продуктивність екосистем
• Які біоми є найбільш і найменш продуктивними
• І чому іноді людська діяльність може зменшити або підвищити цю природну продуктивність

Питання для  експрес-обговорення:

• Чи можна зробити пустелю продуктивною, як сад?
• Як ви думаєте, ми більше залежимо від продуктивності океанів чи лісів?
• Поле кукурудзи вирощує 10 000 кг/га за рік. Але у вигляді м’яса тварин на людину доходить менше 1000 кг, а часто — менше 100. Де зникає решта? Чому важливо розуміти, скільки енергії продукує екосистема?

Розуміння продуктивності як основи стійкого землеробства, збереження лісів, продовольчої безпеки.

---

Продуктивність екосистеми – швидкість утворення органічної речовини живими організмами в одиниці часу на одиниці площі.

Основні типи продуктивності:

Первинна продуктивність — кількість енергії, накопиченої продуцентами.

• Брутто-продуктивність — вся енергія, яку отримали рослини (вкл. на дихання)
• Нетто-продуктивність — енергія, яка залишилася й може перейти до консументів.

Вторинна продуктивність — кількість енергії, яку накопичують консументи в біомасі.
Фактор зменшення продуктивності — з кожним рівнем втрачається ~90% енергії.

Найпродуктивніші екосистеми світу:

• Тропічні ліси, коралові рифи, болота.
• Найменш продуктивні — пустелі, тундра.

Продуктивність = маса органіки / одиницю площі • рік (наприклад, г/м²•рік)

Продуктивність екосистеми залежить від багатьох внутрішніх і зовнішніх чинників, які впливають на здатність організмів, зокрема продуцентів, створювати органічну речовину (біомасу).

Основні чинники, від яких залежить продуктивність екосистеми:

1. Кліматичні умови
Світло — чим більше світла, тим активніше відбувається фотосинтез.
Температура — впливає на швидкість метаболізму; надто низька чи висока температура гальмує продуктивність.
Вологість і опади — вода необхідна для фотосинтезу, зволожені зони продуктивніші.

2. Доступність поживних речовин
На суходолі — родючість ґрунтів (наявність азоту, фосфору, калію).
У воді — вміст розчинених мінералів і органіки.

3. Тип екосистеми (біом)
Різні біоми мають різні умови (наприклад, тропічний ліс vs. тундра), що впливає на рівень продуктивності.

4. Сезонність
В екосистемах з чіткими сезонами (літо-зима), продуктивність змінюється протягом року.

5. Будова угруповання
Чим більше видове різноманіття та збалансовані харчові зв’язки, тим вища стабільність і продуктивність.

6. Людський вплив
Добрива, полив, вирубка лісів, забруднення, зміна клімату — все це може підвищити або зменшити продуктивність.

7. Фізичні характеристики середовища
Наприклад, глибина водойми, нахил схилів, наявність ґрунтового шару, альбедо поверхні (відбивання світла) тощо.

• ЛІСИ, ЩО ЗУПИНЯЮТЬ ЦУНАМІ

Висновок:
Продуктивність екосистеми — це результат взаємодії кліматичних, біологічних, хімічних і антропогенних чинників. Найпродуктивнішими є екосистеми з теплим, вологим кліматом, високою біомасою і достатком поживних речовин
https://earthobservatory.nasa.gov/topic/image-of-the-day – супутникові карти продуктивності 
https://www.globalforestwatch.org/ моніторинг лісових екосистем
Ocean Productivity – дані про продуктивність океанів
MODIS – архів супутникових знімків

---

Завдання 1:

Ознайомтеся із порівняльною таблицею продуктивності екосистем і дайте відповіді на питання наведені нижче.
Значення наведено орієнтовно в г/м²•рік, що є загальноприйнятою одиницею в екології:
Порівняння продуктивності основних біомів:

Біом	Брутто-продуктивність (БПП) г/м²•рік	Нетто первинна продуктивність (г/м²•рік)	Характеристика продуктивності
Тропічний дощовий ліс	4000 – 6000	2 000 – 3 000	Найвища продуктивність, стабільний клімат, висока біомаса
Саванна	2000–3000	800 – 1 500	Сезонні дощі, велика частка продуктивності — трав’яниста
Тайга	1800–3000	800 – 1 200	Холодний клімат, повільний обіг речовин
Помірний листяний ліс	2000–3800	1 200 – 2 000	Висока біомаса, сезонність, достатньо вологи
Степ (помірні трави)	1200–2500	600 – 1 000	Родючі ґрунти, залежить від кількості опадів
Пустеля	200–400	50 – 200	Низька вологість, екстремальні температури
Тундра	500–900	100 – 400	Коротке літо, вічна мерзлота, низька біомаса
Шельф океану (мілководдя)	1000–2800	500 – 1 500	Висока доступність світла й поживних речовин
Коралові рифи	2500–5000	1 500 – 2 500	Висока локальна продуктивність, симбіоз водоростей і коралів
Естуарії, мангри	3000–5000	1 500 – 2 500	Живильні багаті зони, часто впливають припливи й річки
Відкритий океан	400–800	80 – 150	Найбільша площа, але низька продуктивність на м²
Сільськогосподарське поле	2000–4000	1 000 – 2 500	Штучно підвищена продуктивність завдяки удобренню та зрошенню

Питань для аналізу таблиці:

1. Який біом має найвищу нетто-продуктивність? А який — найнижчу?
2. Чим пояснюється низька продуктивність пустель і тундри?
3. Порівняйте продуктивність тайги та помірного листяного лісу. У чому відмінність і чим вона зумовлена?
4. Чому сільськогосподарське поле має подібну або вищу продуктивність, ніж природні біоми?
5. Порівняйте коралові рифи і відкритий океан. Як різниться їх продуктивність і чому?
6. Який біом має високу брутто-продуктивність, але низьку нетто-продуктивність? Що це означає?
7. Чи завжди висока брутто-продуктивність означає високу нетто-продуктивність? Наведіть приклади з таблиці.
8. Як кліматичні умови (волога, температура, сезонність) впливають на продуктивність біому?
9. Які біоми можуть бути найбільш вразливими до змін клімату, враховуючи їх продуктивність?
10. Чому важливо зберігати біорізноманіття навіть у біомах з низькою продуктивністю?

Нанесіть будь-які чотири екосистеми з таблиці на контурну карту.

Завдання 2:

Дві країни:

• Країна А має тропічні ліси з НПП = 1000 г/м²•рік.
• Країна Б має пустелі, де НПП = 90 г/м²•рік.

Запитання:

• Які наслідки це має для виробництва їжі?
• Де легше підтримувати популяції диких тварин?
• Що буде, якщо зрубати ліси в Країні А?
  

Завдання 3:

Проаналізуйте наступку ситуацію:
Уряд вирішив вирощувати в пустелі кукурудзу для експорту.
Було витрачено великі ресурси на зрошення, але врожайність залишалася низькою.

Питання:

• Чому ця ідея провалилася?
• Як пов’язано з продуктивністю?
• Що могло б бути кращим рішенням?

Порівняння продуктивності лісу та степу за організмами-індикаторами

Завдання:
Перед вами — дані про наявність певних видів рослин і тварин, які є біоіндикаторами продуктивності екосистеми. Уважно проаналізуйте таблицю й зробіть висновки, заповніть останній стовпчик:

Організм-індикатор	Наявність у лісі	Наявність у степу	Що це означає для продуктивності
Дерева з широким листям	є	немає
Багаторічні трави	є	є
Лишайники	є	немає
Гриби (мікоризоутворюючі)	є	немає
Великі травоїдні ссавці	є	немає
Рівень гумусу в ґрунті	Високий	Середній
Збереження вологи в ґрунті	Високе	Низьке

---

Завдання 1:

Уяви, що ти дослідник, який порівнює дві екосистеми: тропічний ліс і тундру. Обери з переліку 4 чинники, які, на твою думку, найбільше впливають на відмінність у продуктивності між ними. Поясни свій вибір.

Чинники:

• температура
• сезонність
• тип ґрунту
• кількість сонячного світла
• видове різноманіття
• вологість
• наявність хижаків

Завдання 2:

Учні діляться на групи, кожна з яких отримує свою картку. Завдання проаналізувати інформацію, зазначену на картках  — визначити рівень очікуваної продуктивності (висока, середня, низька) та вказати причини.
Картка 1: Клімат спекотний і сухий, дощі рідкі, ґрунт піщаний, рослинність розріджена.
Картка 2: Багато світла, температура постійно +25°C, багато опадів, ґрунти кислі.
Картка 3: Холодно більшість року, коротке літо, мохи та лишайники.
Картка 4: Наявні припливи, річкові води приносять поживні речовини, ростуть мангри.

Завдання 3:

Уяви, що у тундрі раптово встановився клімат, як у тропічному лісі.
Запитання:

• Як це вплине на продуктивність?
• Які зміни відбудуться в рослинності та тваринному світі?

Завдання 4:

Проаналізуйте графік де  зображено залежність продуктивності від температури та вологості.
Завдання:

• Визначити, які точки відповідають яким біомам.
• Пояснити, чому в певних умовах продуктивність висока/низька.

“Оціни продуктивність власної місцевості”:
Опиши місцеву екосистему (поле, ліс, берег, ставок…).

• Припусти, яка в неї нетто-продуктивність.
• Що впливає на неї найбільше: температура? дощі? ґрунт?
• Як зміна клімату може вплинути на її продуктивність?

Порівняйте екосистему і агроценоз
Познач, кому належить кожна властивість:
П — природній екосистемі, А — агроценозу, обидвом — П + А.

№	Властивість	П	А	П + А
1	Наявність біотичних і абіотичних компонентів
2	Широке видовe різноманіття
3	Здатність до саморегуляції
4	Залежність від втручання людини
5	Циклічність колообігу речовин
6	Висока продуктивність одного виду
7	Стійкість до змін середовища
8	Енергетична залежність від зовнішніх джерел
9	Присутність продуцентів, консументів і редуцентів
10	Створена природним шляхом

---

1. Що таке продуктивність екосистеми?
2. Як називається процес створення органічної речовини із неорганічних речовин?
3. Що таке первинна продуктивність?
4. Що таке вторинна продуктивність?
5. Яка одиниця вимірювання продуктивності екосистеми?
6. Який тип екосистем має найвищу первинну продуктивність?
7. Чому пустелі мають низьку продуктивність?
8. Як впливає температура на продуктивність екосистеми?
9. Що обмежує продуктивність морських екосистем?
10. Як називається частина продуктивності, яка використовується організмами?

Додатково: Чи може малопродуктивна екосистема бути важливою для природи?

---

Створи/намалюй/опиши уявну екосистему з надвисокою продуктивністю.
Опиши:

• який там клімат;
• які там рослини;
• які умови живлення;
• чи є люди, і як вони впливають на продуктивність.