Лабораторная работа по экологии «Сукцессии в лесной экосистеме и динамика лесного фонда» (8–10 класс)

Полная версия 46 (час) лабораторных работ с видеоматериалами

Тип урока – комплексное применение ЗУН учащихся

Метод обучения - основаны на самостоятельном проведении учащимися экспериментов, исследований и выдвижение гипотезы. Определение путей ее реализации, подбор необходимых приборов и материалов самими учащимися.

Формы организации деятельности учащихся

 

Аутэкология — раздел экологии, изучающий влияние факто­ров окружающей среды на отдельные организмы (растения, жи­вотные, грибы, бактерии). Задача аутэкологии — выявление фи­зиологических, морфологических и других приспособлений (адаптаций) видов к различным экологическим условиям: режиму увлажнения, высоким и низким температурам, засолению почвы и т.д. В последние годы у аутэкологии появилась новая задача — изучение механизмов реагирования организмов на различные ан­тропогенные загрязнения: физические, химические и биологиче­ские.

Среда, условия существования организмов, экологические факторы.

Среда — это все, что окружает организм и прямо или косвенно влияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размно­жение и многое другое.

Условия существования или условия жизни — это совокуп­ность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существо­вать не может.

Закономерности взаимодействия организмов и экологиче­ских факторов.

Любой организм в среде своего обитания подвергается воздей­ствию самых разнообразных экологических факторов: климати­ческих, эдафических и биотических.

Несмотря на очень большое разнообразие экологических фак­торов в природе можно выявить общие закономерности их воз­действия на организм и ответных реакций организма на них.

Эффект воздействия экологических факторов среды зависит от их характера, дозы, воспринимаемой организмом (высокая или низкая температура, яркий свет или темнота, дефицит или избы­ток влаги), его физиологического состояния и возраста.

Для каждого организма существуют наиболее благоприятные конкретные значения факторов, при которых все процессы его жизнедеятельности осуществляются наиболее активно. Наиболее благоприятное значение факторов для жизнедеятельности полу­чило название точки оптимума. При изменении экологического фактора как в сторону снижения от точки оптимума, так и увели­чения жизнедеятельность организм будет угнетаться

Сукцессии в лесной экосистеме и динамика лесного фонда

Цель работы: изучение сукцессии в лесной экосистеме и ди­намики лесного фонда.

При количественном изучении динамики растительного по­крова для получения целостной картины необходимо подразде­лять множество типов растительности на более или менее укруп­ненные единицы и изучать их взаимопревращения от времени. Примером такого процесса прогрессивного развития раститель­ного покрова является классическая сукцессия (смена пород) по­сле вырубки площади, занятой климаксом (коренным) типом леса, например: ельник, вырубка, трава и кустарники лиственный лес ельник.

При большом n анализ динамики лесного фонда с помощью уравнения требует применения компьютеров. Рассмотрим упрощенный случай, когда n=3 и весь лесной фонд классифицируется на три категории состояния: вырубки и гари, лиственные леса промежуточных стадий сукцессии и хвойные насаждения. Их взаимные переходы описываются схемой:

m l

S1 S2 S3

k

Здесь m - интенсивность зарастания вырубок или гарей лиственными лесами промежуточных стадий сукцессии; l - интенсивность смены насаждений лиственных пород хвойными; k - интенсивность вырубки хвойных лесов.

В этом случае динамика переходов площадей из состояния в состояние

удовлетворяет следующей системе уравнений:

dS1

= k ⋅ S 3 − m ⋅ S1

dt

dS 2

= m ⋅ S1 − l ⋅ S 2

dt

dS 3

= l ⋅ S 2 − k ⋅ S3

dt

Кроме того, выполняется соотношение баланса площадей:

S = S1 + S 2 + S 3 (

Из соотношений при заданных m, l, k можно определить распределение площадей лесного фонда по трем типам состояний и наоборот, зная динамику площадей можно оценить параметры математической модели. Представляет особый интерес стационарное распределение площадей лесного фонла

dS i

которое реализуется в том случае, если = 0 , i=1, 2, 3. Такое распределение еще называют финальным, так как оно является предельным распределением площадей лесного фонда при бесконечном или очень большом времени переходов для любого начального распределения площадей. Из соотношений и условия стационарности распределения легко получить следующие выражения для стационарных площадей:

k1 ⋅ l ⋅ S m⋅k ⋅S m⋅l ⋅ S

S1 = ; S2 = ; S3 =

P P P

где Si – стационарная площадь i-го типа лесонасаждений;

P=(ml+mk+lk).

Из приведенных выше формул видно, что финальное распределение площадей по категориям состояния определяется величинами кинетических коэффициентов модели, которые играют решающую роль в динамике лесного фонда. Так, если положить m=0.02, l=0.01, k=0.1, то получим, что в пределе площадь под вырубками будет составлять 31.3% всей площади лесов, площадь под лиственными породами промежуточных стадий сукцессии - 62.6%, а под наиболее ценными, хвойными породами - 61.6% всех лесных площадей.

Величина кинетического коэффициента показывает долю площади соответствующего типа лесонасаждений, переходящую за год в следующее сукцессионное состояние. Так, в приведенном выше примере k= 0.1 говорит о том, что за год вырубается десятая часть площади хвойных насаждений, что довольно много, поэтому в финальном распределении площадей лесного фонда доля хвойных пород так мала.

Сформулируем теперь общее правило составления уравнений, описывающих сукцессионные смены пород. В левой части каждого из них стоит производная по времени величины площади какого-то (i-го) типа насаждений.

В правой части – сумма произведений площадей всех типов насаждений, которые могут переходить в данное, на интенсивности переходов, минус суммарная интенсивность всех переходов, выводящих насаждение из данного состояния, умноженная на его площадь.

Данные об интенсивности переходов в процессе сукцессионных смен

пород можно получить из табл.

Таблица

Времена переходов насаждений из состояния в состояние в процессе сукцессионных смен пород в различных условиях рельефа местности приангарской тайги

Вариант 1

Насаждения 1 2 3 4 5

1 – вырубки, гари 5

2 – осиновый лес 60

3 – пихтово-осиновый лес 115 100

4 – осиново-пихтовый лес 50

5 – пихтовый лес 100 50

Вариант 2

Насаждения 1 2 3 4 5

1 – вырубки, гари 10

2 – лиственно-осиновый лес 90 650

3 – пихтово-кедровый лес 7

4 – пихтовый лес 75

5 – кедрово-пихтовый лес 100 25

Вариант 3

Насаждения 1 2 3 4 5

1 – вырубки, гари 50 100

2 – березовый лес 60

3 – пихтово-березовый лес 100 30

4 – березово-пихтовый лес 55

5 –пихтовый лес 100 40

Вариант 4

Насаждения 1 2 3 4 5

1 – вырубки, гари 60 300

2 – елово-березово-пихтовое редколесье 70

3 – елово-кедрово-лиственничный лес 100

4 – кедрово-елово-пихтовый лес 100 30

Модели динамики лесного фонда позволяют учитывать отчуждение лесных площадей под жилищное, транспортное, промышленное строительство и для нужд сельского хозяйства, являясь хорошим инструментом для прогноза последствий таких изъятий. На их основе возможна постановка задач оптимального управления процессами эксплуатации лесов.

Контрольное задание.

1) Определить финальное распределение площадей лесного фонда по трем типам состояний, если процесс зарастания вырубок древостоями лиственных пород занимает срок 60 лет, затем хвойные сменяют лиственные за 110 лет и один раз в 100 лет все площади, занятые хвойными породами, вырубаются.

2) Допустим, что процесс зарастания вырубок древостоями лиственных пород занимает срок 50 лет, хвойные сменяют лиственные за 100 лет. Необходимо, чтобы площадь вырубок в составе всего лесного фонда не превосходила 8%, какова для выполнения этого условия должна быть интенсивность рубок в хвойной части лесонасаждений.

3) По данным таблицы 11 построить систему уравнений, описывающую динамику смены пород для каждого типа рельефа, определить финальное распределение площадей по видам насаждений при суммарной площади S=100 ед.

Список литературы

1. Алексеев А.С. Математические модели и методы в лесном хозяйстве. Л.:

ЛТА, 1988, 88 с.

2. Соловьев В.А. Популяция и биоценоз Л.: ЛТА, 1985. 92 с.

3. Соловьев В.А., Зайцева В.К., Алексеев А.С. Экологические основы охра-

ны природы. Лабораторный практикум. Л. ЛТА, 1982ю 84 с

Смена биоценозов. Сукцессии

 

 

 

Презентация Экологические сукцессии

 

   

 

Лесной фонд России

 

 

 

Вырубки

 

 

 

Последовательность самовосстановления елового леса при вторичной сукцессии

 

 

 

Саморазвитие экосистемы. Биология 9 класс.

 

 Ресурсы:

 ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ Н.А. Иванова, Т. В. Сторчак, Э.Р. Юмагулова

(Учебно-методическое пособие)

Сайт YouTube: https://www.youtube.com/

Хостинг презентаций

-http://ppt4web.ru/nachalnaja-shkola/prezentacija-k-uroku-okruzhajushhego-mira-vo-klasse-chto-takoe-ehkonomika.html