266. Динаміка сукцесій та їх значення.
Матеріал
Урок №266. Динаміка сукцесій та їх значення.
Мета уроку: Мета уроку полягає в тому, щоб ознайомити учнів з процесами екологічної сукцесії, пояснити динаміку змін у спільнотах організмів від піонерних стадій до клімаксної екосистеми, розвиваючи розуміння взаємозв’язків у природі та їхнього значення для збереження біорізноманіття
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- Ціль 15 – збереження екосистем
- Ціль 11 – сталі міста
- Ціль 12 – відповідальне споживання
- Ціль 17 – партнерство
Ключові слова: екологічна сукцесія, піонерна спільнота, клімаксна екосистема, первинна сукцесія, вторинна сукцесія, біорізноманіття, стабільність екосистеми.
План уроку:
- Мотивація.
- Тобі може знадобитися.
- Життєва ситуація.
- Попрактикуймо самостійно.
- Рефлексія.
Очікувані результати для учнівства:
Очікувані результати для вчителя:
Що відбувається з природою після таких подій?
Чи може гола скеля перетворитися на густий ліс?
Чому деякі рослини з’являються першими, а інші – пізніше?
Динаміка спільнот — це зміни, які відбуваються в екосистемі з часом.
Це може бути зміна видового складу, кількості особин або їх взаємовідносин.
Шляхи переходу від піонерної до клімаксної екосистеми
Піонерна екосистема – перша стадія заселення території, ха ра стерні риси:
- Низька різноманітність видів
- Нестабільна
- Швидкі зміни
- Високий темп росту організмів
- Перші організми (піонерні види), такі як лишайники, мохи чи трави, які колонізують голу територію. Вони витривалі, швидко розмножуються, покращують ґрунт (наприклад, фіксують азот).
У цих змін є перехідні стадії:
- Рання сукцесія – домінування швидкоростучих видів
- Середня сукцесія – збільшення видової різноманітності
- Пізня сукцесія – встановлення стабільних зв’язків між організмами. З’являються чагарники, дерева, змінюється структура (від простої до складної).
- Клімаксна екосистема – стабільний кінцевий стан, характеристики:
- Висока біорізноманітність
- Складні трофічні мережі
- Стабільність у часі
- Ефективне використання ресурсів
Тобто, клімаксна екосистема – це стабільна спільнота, де види адаптовані до клімату, біорізноманіття високе, але зміни мінімальні (наприклад, дубовий ліс у помірному кліматі).
| Стадія | Приклади рослин | Чому саме вони? (особливості) | Які тварини можуть з’явитися? |
|---|---|---|---|
| Піонерна | Лишайники, мохи | Витримують посуху, ростуть на камінні, створюють тонкий шар ґрунту | Комахи, павуки, дрібні безхребетні |
| Рання | Трави, осоки, злаки | Швидко ростуть, утримують ґрунт, не вимагають багато ресурсів | Комахи-запилювачі, гризуни, птахи, що харчуються насінням |
| Пізня | Чагарники, молоді дерева | Дають затінок, збагачують ґрунт перегноєм | Більше комах, птахи, дрібні ссавці |
| Клімаксова | Дуб, бук, сосна, інші великі дерева | Стійкі угруповання, складна структура (яруси: дерева, підлісок, кущі, трави, підстилка) | Великі ссавці, хижі птахи, різноманітні комахи |
Яким чином відбуваються сукцесійні зміни:
- Модифікація середовища
- Піонерні організми поступово змінюють умови існування, створюючи можливості для появи інших видів.
- Відбувається накопичення органічної речовини.
- Формується шар ґрунту.
- Змінюється мікроклімат.
- Конкуренція
- Види змагаються за ресурси (світло, воду, поживні речовини).
- Менш стійкі поступаються місцем більш конкурентоспроможним.
- Відбувається розподіл і спеціалізація екологічних ніш.
- Взаємодія організмів
- Установлюються симбіотичні зв’язки.
- Розвивається мутуалізм.
- Поступово формується складна мережа взаємозв’язків між видами.
Людина може активно впливати на перебіг сукцесії в обох напрямках:
Прискорення сукцесії:
- Внесення органічних добрив
- Посів багаторічних трав
- Посадка дерев
- Захист від ерозії
- Штучне зрошення
Уповільнення сукцесії:
- Регулярне скошування
- Випасання худоби
- Застосування гербіцидів
- Механічні порушення ґрунту
Переривання сукцесії:
- Повторні пожежі
- Вирубка лісу
- Розорювання землі
- Забудова території
Спрямування сукцесії в потрібному людині напрямку:
- Селекційний відбір видів
- Інтродукція нових видів
- Створення лісових культур
- Формування паркових ландшафтів
Сукцесійні зміни після підриву Каховського водосховища
Раніше на тих місцях, що показані на фото, раніше була вода.
- Які сліди зміни екосистеми можна визначити за фото?
- Які організми з’являються першими?
- На якій стадії сукцесії перебуває ця територія?
- Поясни свій вибір (які ознаки це доводять?).
- Які види рослин можуть з’явитися тут наступними (через 5–10 років)?
- Які тварини зможуть заселити цю місцевість після появи рослинності?
- Чи можна вважати відновлення екосистеми після підриву Каховської ГЕС прикладом природної чи антропогенної сукцесії? Обґрунтуй
Інтерактив: «Хто коли приходить?»
Картки для гри «Хто коли приходить?»
Рослини
- Лишайник – не має коренів, може жити прямо на камені, перший руйнує породу й створює ґрунт.
- Мох – утримує вологу, нарощує тонкий шар ґрунту.
- Трава (злак) – швидко росте, розмножується насінням, закріплює ґрунт.
- Осока – витримує бідний ґрунт, допомагає накопичувати органіку.
- Кущ (жостір, ліщина) – створює тінь, утримує вологу, збагачує ґрунт перегноєм.
- Молоде дерево (береза, вільха) – росте на вже сформованому ґрунті, дає затінок.
- Дуб / бук – вимагають багатого ґрунту, формують зрілий ліс.
- Сосна – добре росте у зрілих лісах, створює верхній ярус.
Тварини
Вовк – з’являється у зрілому лісі, коли є достатньо великої здобичі.
Павук – може вижити серед каміння, харчується дрібними комахами.
Мураха – поселяється в трав’янистих ділянках, переносить насіння.
Метелик – потребує квітучих трав для харчування.
Миша – знаходить укриття серед трав і харчується насінням.
Соловей – співає і живе в чагарниках.
Олень – харчується пагонами кущів і молодих дерев.
Дятел – живе у великих деревах, шукає комах під корою.
Як провести:
- Роздати учням картки (по 1–2 на кожного).
- На дошці або великому аркуші зробити 4 «зони» (Піонерна, Рання, Пізня, Клімаксова стадія).
- Учні виходять і розкладають свої картки в правильній зоні, аргументуючи:
- Чому саме ця рослина/тварина може жити тут?
- Які умови їй потрібні?
- Хто приходить завдяки їй після цього?
Обговорення: Які закономірності вони побачили?
Аналіз даних і висновки
Дружня порада вчителю
Для завдань 1-3 опрацювання здійснюється в групах, вони представляють свої відповіді. Після цього ВСІМ групам пропонується завдання 4, яке групи виконують письмово, зберігають відповіді та/або здають учителю/вчительці, і лише після цього відбувається спільне обговорення відповідей.
Після цього групи здійснюють “роботу над успіхами й помилками”:
розмічають свої відповіді в три маркери: правильні міркування, частково правильні міркування або аргументи, які не доведено до висновку, і хибні міркування
1. Аналіз графіків:
- На якій стадії спостерігається найшвидший приріст біомаси?
- Чому біомаса стабілізується на пізніх стадіях?
- Які екологічні процеси відбуваються на кожній стадії?
- У який період відбувається найшвидший приріст біомаси? Чому саме тоді?
- Чому біомаса не зростає безкінечно, а виходить на плато?
- Уяви, що після 50-го року знову сталася пожежа. Як зміниться крива?
- Як змінюється різноманіття видів у порівнянні з біомасою?
Намалюй орієнтовну криву різноманіття на цьому ж графіку.
2. Аналіз змін видового складу у сукцесіях:
| Стадія сукцесії | Характерні організми | Кількість видів | Індекс Шеннона (H’) |
|---|---|---|---|
| Піонерна (0–20 р.) | Лишайники, синьо-зелені водорості, бактерії | 5 | 0.5 |
| Рання (20–80 р.) | Мохи, невибагливі трави (осоки, злаки) | 15 | 1.2 |
| Пізня (80–200 р.) | Багаторічні трави, чагарники, молоді дерева | 30 | 2.5 |
| Клімаксова (200+ р.) | Високі дерева, складні лісові угруповання | 20 | 2.0 |
Індекс Шеннона (H’) – математичний показник біорізноманіття екосистеми.
Він враховує два аспекти:
- Кількість видів – скільки різних видів є в угрупованні.
- Рівномірність – наскільки рівномірно розподілені особини між видами.
Як читати індекс Шеннона:
- H’ ≈ 0 → майже немає різноманіття (наприклад, один вид домінує).
- H’ від 1 до 2 → помірне різноманіття.
- H’ > 2 → високе різноманіття, екосистема більш стабільна і стійка
Питання до таблиці:
- Як змінюється кількість видів на різних стадіях сукцесії?
- Чому на клімаксовій стадії кількість видів менша, ніж на пізній стадії?
- На якій стадії біорізноманіття (за індексом Шеннона) є найвищим? Чому?
- Поясни, чому індекс Шеннона на піонерній стадії дуже низький.
- Який вплив на сукцесію мали б:
- повторне виверження вулкану;
- завезення інвазивних видів?
- Порівняй: яка з двох характеристик — чисельність видів чи біорізноманіття — краще відображає стійкість екосистеми?
- Побудуйте графік залежності кількості видів від часу
- Які екологічні фактори впливають на зміну видового складу?
3. Аналіз динаміки енергетичних потоків в сукцесіях:
- На якій стадії сукцесії чиста продукція є найбільшою? Чому саме там?
- На якій стадії сукцесії дихання екосистеми найінтенсивніше? Як це пояснити?
- Де ми бачимо найбільшу первинну продукцію? Які фактори це забезпечують?
- Чому на стадії зрілого лісу чиста продукція значно менша, ніж на стадії чагарникової?
- Порівняй значення чистої продукції та дихання на стадії молодого лісу.
Який висновок можна зробити? - Чому на стадії зрілого лісу дихання перевищує чисту продукцію?
- Яка різниця між піонерною та зрілою стадіями у співвідношенні між продукцією і диханням?
- Як змінюється баланс між продукцією і диханням від початку до кінця сукцесії?
- Поясни, чому піонерні види мають низьку первинну продукцію, але відносно високу чисту продукцію.
- Як можна пояснити, що в чагарниковій стадії чиста продукція максимальна?
- Які фактори (світло, щільність рослин, конкуренція, розмір біомаси) впливають на зменшення чистої продукції в зрілому лісі?
- Як би змінилася картина, якби у зрілому лісі відбулася вирубка дерев і сукцесія почалася знову?
4. Порівняння природної сукцесії і сільськогосподарських угідь
Проаналізуйте наведені вище дані про етапи сукцесії (1-3) і порівняйте один з типів агроценозів (пшеничне поле, картопляний город, фруктовий сад, соняшникове / кукурудзяне поле тощо).
Якому з етапів сукцесії відповідає обраний тип угідь? За якими ознаками?
Чому людина підтримує цю штучну екосистему саме на цьому етапі сукцесії?
Що відрізняє агроценози від природних екосистем цього етапу природної сукцесії?
Чому в агроценозах людина витрачає багато зусиль на боротьбу зі шкідниками й бур’янами?
- Які фактори визначають швидкість сукцесії?
- Як людина може керувати сукцесійними процесами?
- Чому важливо розуміти динаміку екосистем?
Самооцінка:
- Наскільки добре я зрозумів матеріал? (1-10)
- Що мене найбільше зацікавило?
- Над чим мені потрібно ще попрацювати?
Перегляньте документальний фільм “The Serengeti Rules” про динаміку екосистем
The Serengeti Rules (2019) | Full Documentary
Відео
Проведіть експеримент:
посадіть насіння в горщики з різними умовами (голим ґрунтом vs. добривом) і спостерігайте за “сукцесією” протягом тижня.
Результати представьте у вигляді фото звіту
Урок №266. Динаміка сукцесій та їх значення.
Мета уроку: Мета уроку полягає в тому, щоб ознайомити учнів з процесами екологічної сукцесії, пояснити динаміку змін у спільнотах організмів від піонерних стадій до клімаксної екосистеми, розвиваючи розуміння взаємозв’язків у природі та їхнього значення для збереження біорізноманіття
Цілі сталого розвитку:
Які цілі сталого розвитку (в порядку пріоритетності) опрацьовуємо на уроці:
- Ціль 15 – збереження екосистем
- Ціль 11 – сталі міста
- Ціль 12 – відповідальне споживання
- Ціль 17 – партнерство
Ключові слова: екологічна сукцесія, піонерна спільнота, клімаксна екосистема, первинна сукцесія, вторинна сукцесія, біорізноманіття, стабільність екосистеми.
План уроку:
- Мотивація.
- Тобі може знадобитися.
- Життєва ситуація.
- Попрактикуймо самостійно.
- Рефлексія.
Очікувані результати для учнівства:
Що відбувається з природою після таких подій?
Чи може гола скеля перетворитися на густий ліс?
Чому деякі рослини з’являються першими, а інші – пізніше?
Динаміка спільнот — це зміни, які відбуваються в екосистемі з часом.
Це може бути зміна видового складу, кількості особин або їх взаємовідносин.
Шляхи переходу від піонерної до клімаксної екосистеми
Піонерна екосистема – перша стадія заселення території, ха ра стерні риси:
- Низька різноманітність видів
- Нестабільна
- Швидкі зміни
- Високий темп росту організмів
- Перші організми (піонерні види), такі як лишайники, мохи чи трави, які колонізують голу територію. Вони витривалі, швидко розмножуються, покращують ґрунт (наприклад, фіксують азот).
У цих змін є перехідні стадії:
- Рання сукцесія – домінування швидкоростучих видів
- Середня сукцесія – збільшення видової різноманітності
- Пізня сукцесія – встановлення стабільних зв’язків між організмами. З’являються чагарники, дерева, змінюється структура (від простої до складної).
- Клімаксна екосистема – стабільний кінцевий стан, характеристики:
- Висока біорізноманітність
- Складні трофічні мережі
- Стабільність у часі
- Ефективне використання ресурсів
Тобто, клімаксна екосистема – це стабільна спільнота, де види адаптовані до клімату, біорізноманіття високе, але зміни мінімальні (наприклад, дубовий ліс у помірному кліматі).
| Стадія | Приклади рослин | Чому саме вони? (особливості) | Які тварини можуть з’явитися? |
|---|---|---|---|
| Піонерна | Лишайники, мохи | Витримують посуху, ростуть на камінні, створюють тонкий шар ґрунту | Комахи, павуки, дрібні безхребетні |
| Рання | Трави, осоки, злаки | Швидко ростуть, утримують ґрунт, не вимагають багато ресурсів | Комахи-запилювачі, гризуни, птахи, що харчуються насінням |
| Пізня | Чагарники, молоді дерева | Дають затінок, збагачують ґрунт перегноєм | Більше комах, птахи, дрібні ссавці |
| Клімаксова | Дуб, бук, сосна, інші великі дерева | Стійкі угруповання, складна структура (яруси: дерева, підлісок, кущі, трави, підстилка) | Великі ссавці, хижі птахи, різноманітні комахи |
Яким чином відбуваються сукцесійні зміни:
- Модифікація середовища
- Піонерні організми поступово змінюють умови існування, створюючи можливості для появи інших видів.
- Відбувається накопичення органічної речовини.
- Формується шар ґрунту.
- Змінюється мікроклімат.
- Конкуренція
- Види змагаються за ресурси (світло, воду, поживні речовини).
- Менш стійкі поступаються місцем більш конкурентоспроможним.
- Відбувається розподіл і спеціалізація екологічних ніш.
- Взаємодія організмів
- Установлюються симбіотичні зв’язки.
- Розвивається мутуалізм.
- Поступово формується складна мережа взаємозв’язків між видами.
Людина може активно впливати на перебіг сукцесії в обох напрямках:
Прискорення сукцесії:
- Внесення органічних добрив
- Посів багаторічних трав
- Посадка дерев
- Захист від ерозії
- Штучне зрошення
Уповільнення сукцесії:
- Регулярне скошування
- Випасання худоби
- Застосування гербіцидів
- Механічні порушення ґрунту
Переривання сукцесії:
- Повторні пожежі
- Вирубка лісу
- Розорювання землі
- Забудова території
Спрямування сукцесії в потрібному людині напрямку:
- Селекційний відбір видів
- Інтродукція нових видів
- Створення лісових культур
- Формування паркових ландшафтів
Сукцесійні зміни після підриву Каховського водосховища
Раніше на тих місцях, що показані на фото, раніше була вода.
- Які сліди зміни екосистеми можна визначити за фото?
- Які організми з’являються першими?
- На якій стадії сукцесії перебуває ця територія?
- Поясни свій вибір (які ознаки це доводять?).
- Які види рослин можуть з’явитися тут наступними (через 5–10 років)?
- Які тварини зможуть заселити цю місцевість після появи рослинності?
- Чи можна вважати відновлення екосистеми після підриву Каховської ГЕС прикладом природної чи антропогенної сукцесії? Обґрунтуй
Інтерактив: «Хто коли приходить?»
Як провести:
- Роздати учням картки (по 1–2 на кожного).
- На дошці або великому аркуші зробити 4 «зони» (Піонерна, Рання, Пізня, Клімаксова стадія).
- Учні виходять і розкладають свої картки в правильній зоні, аргументуючи:
- Чому саме ця рослина/тварина може жити тут?
- Які умови їй потрібні?
- Хто приходить завдяки їй після цього?
Обговорення: Які закономірності вони побачили?
Аналіз даних і висновки
1. Аналіз графіків:
- На якій стадії спостерігається найшвидший приріст біомаси?
- Чому біомаса стабілізується на пізніх стадіях?
- Які екологічні процеси відбуваються на кожній стадії?
- У який період відбувається найшвидший приріст біомаси? Чому саме тоді?
- Чому біомаса не зростає безкінечно, а виходить на плато?
- Уяви, що після 50-го року знову сталася пожежа. Як зміниться крива?
- Як змінюється різноманіття видів у порівнянні з біомасою?
Намалюй орієнтовну криву різноманіття на цьому ж графіку.
2. Аналіз змін видового складу у сукцесіях:
| Стадія сукцесії | Характерні організми | Кількість видів | Індекс Шеннона (H’) |
|---|---|---|---|
| Піонерна (0–20 р.) | Лишайники, синьо-зелені водорості, бактерії | 5 | 0.5 |
| Рання (20–80 р.) | Мохи, невибагливі трави (осоки, злаки) | 15 | 1.2 |
| Пізня (80–200 р.) | Багаторічні трави, чагарники, молоді дерева | 30 | 2.5 |
| Клімаксова (200+ р.) | Високі дерева, складні лісові угруповання | 20 | 2.0 |
Індекс Шеннона (H’) – математичний показник біорізноманіття екосистеми.
Він враховує два аспекти:
- Кількість видів – скільки різних видів є в угрупованні.
- Рівномірність – наскільки рівномірно розподілені особини між видами.
Як читати індекс Шеннона:
- H’ ≈ 0 → майже немає різноманіття (наприклад, один вид домінує).
- H’ від 1 до 2 → помірне різноманіття.
- H’ > 2 → високе різноманіття, екосистема більш стабільна і стійка
Питання до таблиці:
- Як змінюється кількість видів на різних стадіях сукцесії?
- Чому на клімаксовій стадії кількість видів менша, ніж на пізній стадії?
- На якій стадії біорізноманіття (за індексом Шеннона) є найвищим? Чому?
- Поясни, чому індекс Шеннона на піонерній стадії дуже низький.
- Який вплив на сукцесію мали б:
- повторне виверження вулкану;
- завезення інвазивних видів?
- Порівняй: яка з двох характеристик — чисельність видів чи біорізноманіття — краще відображає стійкість екосистеми?
- Побудуйте графік залежності кількості видів від часу
- Які екологічні фактори впливають на зміну видового складу?
3. Аналіз динаміки енергетичних потоків в сукцесіях:
- На якій стадії сукцесії чиста продукція є найбільшою? Чому саме там?
- На якій стадії сукцесії дихання екосистеми найінтенсивніше? Як це пояснити?
- Де ми бачимо найбільшу первинну продукцію? Які фактори це забезпечують?
- Чому на стадії зрілого лісу чиста продукція значно менша, ніж на стадії чагарникової?
- Порівняй значення чистої продукції та дихання на стадії молодого лісу.
Який висновок можна зробити? - Чому на стадії зрілого лісу дихання перевищує чисту продукцію?
- Яка різниця між піонерною та зрілою стадіями у співвідношенні між продукцією і диханням?
- Як змінюється баланс між продукцією і диханням від початку до кінця сукцесії?
- Поясни, чому піонерні види мають низьку первинну продукцію, але відносно високу чисту продукцію.
- Як можна пояснити, що в чагарниковій стадії чиста продукція максимальна?
- Які фактори (світло, щільність рослин, конкуренція, розмір біомаси) впливають на зменшення чистої продукції в зрілому лісі?
- Як би змінилася картина, якби у зрілому лісі відбулася вирубка дерев і сукцесія почалася знову?
4. Порівняння природної сукцесії і сільськогосподарських угідь
Проаналізуйте наведені вище дані про етапи сукцесії (1-3) і порівняйте один з типів агроценозів (пшеничне поле, картопляний город, фруктовий сад, соняшникове / кукурудзяне поле тощо).
Якому з етапів сукцесії відповідає обраний тип угідь? За якими ознаками?
Чому людина підтримує цю штучну екосистему саме на цьому етапі сукцесії?
Що відрізняє агроценози від природних екосистем цього етапу природної сукцесії?
Чому в агроценозах людина витрачає багато зусиль на боротьбу зі шкідниками й бур’янами?
- Які фактори визначають швидкість сукцесії?
- Як людина може керувати сукцесійними процесами?
- Чому важливо розуміти динаміку екосистем?
Самооцінка:
- Наскільки добре я зрозумів матеріал? (1-10)
- Що мене найбільше зацікавило?
- Над чим мені потрібно ще попрацювати?
Перегляньте документальний фільм “The Serengeti Rules” про динаміку екосистем
The Serengeti Rules (2019) | Full Documentary
Відео
Проведіть експеримент:
посадіть насіння в горщики з різними умовами (голим ґрунтом vs. добривом) і спостерігайте за “сукцесією” протягом тижня.
Результати представьте у вигляді фото звіту
Ділись та обговорюй важливе