Урок-практикум «Оценка видового разнообразия сообществ»

Практикум по экологии

Цель: усвоение умений самостоятельно в комплексе применять знания, умения и навыки, осуществлять их перенос в новые условия практической работы

Задачи:

Образовательные: освоение содержания экологического образования, смысл которого заключается в понимании естественных законов природы и их соотнесение с «искусственными законами» развития социума.

Развивающие: развитие ключевых компетентностей школьников на примере содержания экологического образования; развитие исследовательских умений учащихся по оценке состояния различных компонентов окружающей среды.

Воспитательные: формирование системы базовых ценностей (жизнь, здоровье, человек, сохранение биологического разнообразия, культурного наследия и др.), создание условий для творческой самореализации и саморазвития школьников.

УУД

Регулятивные: организовывать своё рабочее место под руководством учителя; определять план выполнения заданий на уроке, оценивать результат своей деятельности.

Коммуникативные: выработанные умения и навыки экологически грамотного поведения в окружающей среде, с другими людьми, гармоничное взаимодействие и устойчивое развитие в системе « Природа - Общество».

Планируемые результаты

Познавательные: осмысление учащимися ценностей феномена жизни, ценности каждой формы существования жизни; ценности существования человека, его здоровья, социо-космической значимости; формирование ключевых компетентностей на содержании экологического образования;

Предметные: формирование природосообразного стиля поведения человека в окружающей среде, базирующегося на знании законов взаимодействия человека с окружающей средой; развитие экологического мышления –предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития окружающей среды;

Личностные: развитие экологического мышления – гибкого вероятностного мышления, предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития, окружающей среды; развитие исследовательских умений по оценке и системному анализу состояния окружающей среды.

Метапредметные: связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география - будут способствовать более высокому уровню владения навыками по данному курсу и реализации задач предпрофильной подготовки школьников.

Тип урока – КОМПЛЕКСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЗУН

Форма – групповая

Методы: выполнения программированных заданий, частично-поисковый, самостоятельного проведении учащимися экспериментов, исследований и т.п.

Цель работы: рассчитать видовое разнообразие различных со­обществ с использованием разных индексов.

Материалы и оборудование: геоботанические описания не­скольких фитоценозов, калькулятор

Контроль над биологическим разнообразием требует его изме­рения, а измерение только тогда становится возможным, когда каче­ственные признаки могут быть описаны количественно в величинах, которые можно сравнивать.

На уровне интуиции кажется, что разнообразие сообщества тро­пического леса больше разнообразия сообщества тайги. Видимая про­стота оценки разнообразия, однако, не позволяет удовлетвориться каче­ственными сравнениями: более разнообразное и менее разнообразное сообщество. В экологии и математике разработано множество моделей и индексов для измерения разнообразия, которые требуют различной интерпретации.

Оценивание биологического разнообразия имеет важное при­кладное значение, так как:

позволяет контролировать сохранение генетического потен­циала;

дает представление о состоянии экосистем на определенной территории;

служит основой для разработки системы менеджмента отдель­ных видов.

Одна из важных задач экологии - оценка разнокачественности, разнообразия сообществ. Любое сообщество - не просто сумма обра­зующих его видов, но и совокупность взаимодействий между ними. Одним из важных свойств сообщества, которое отражает его слож­ность и структурированность, принято считать его разнообразие. Ви­довое разнообразие отражает сложность строения и структуру сооб­щества. Понятие биоразнообразия, хотя и является сложным, много­гранным и достаточно неопределенным, описывается двумя компо­нентами: числом видов (видовое богатство) и относительным оби­лием видов.

Разнообразие принято оценивать либо путем цодсчета видов, измерения их относительного обилия, либо мерой, объединяющей эти два компонента. Однако оценка разнообразия только простым под­счетом видов малоинформативна, так как ни одно сообщество не со­стоит из видов равной численности. Из общего числа видов какого- либо трофического уровня или сообщества в целом обычно лишь не­многие бывают доминирующими, т. е. имеют значительную числен­ность (большую биомассу, продуктивность или другие показатели), подавляющая же часть относится к редким видам (т. е. имеет низкие показатели «значительности»). Таким образом, большинство видов в сообществе малочисленны, численности других умеренны и лишь не­многие обильны.

При оценке альфа-разнообразия принимаются во внимание два фактора: видовое богатство и выравнениость обилия видов. Видо­вое богатство - число видов, для сравнения отнесенное к определен­ной площади. Выравненность - равномерность распределения видов по их обилию в сообществе.

Видовое разнообразие увеличивается при увеличении размеров изучаемой площади. Маргалеф на примере изучения планктонных со­обществ показал, что при увеличении объема выборки разнообразие также увеличивается.

Распределение видового богатства на Земле меняется по долго­те, высоте над уровнем моря, в градиенте увлажнения, солености, со­держания калия в почве и др. Уиттекер пришел к выводу, что разно­образие увеличивается от холодного к теплому климату и от морского к континентальному. Видовое разнообразие увеличивается при про­движении от высоких широт к экватору. Максимум видового разно­образия наблюдается в большинстве случаев в «мезофитных» сооб­ществах. В сообществах, подвергающихся стрессовым воздействиям, видовое разнообразие уменьшается; но, кроме того, оно может сни­жаться в результате обострения видовой конкуренции в климаксовых сообществах, существующих в стабильной физической среде.

Высокую выравненность принято считать эквивалентной высо­кому разнообразию. Например, в двух выборках может быть равное число видов и особей, большая выравненность одной из выборок де­лает ее разнообразие более высоким. Рассмотрим теоретический пример.

На рис. 1.5 показаны два гипотетических сообщества, у которых равное число видов и особей (4 вида: А, В, С, О - по 12 особей в каж­дом). Выравненность сообщества 2 выше, чем сообщества 1. Сообще­ство 2, характеризующееся максимальной выравненностью и отсутст­вием доминирования, принято считать более разнообразным, так как все виды имеют равную численность.

СООБЩЕСТВО 1 СООБЩЕСТВО 2

Выравненность максимальна, если все виды в сообществе име­ют равное обилие, и минимальна, когда один вид имеет обилие, пре­вышающее обилия всех остальных видов, которые имеют только по единице обилия.

Выравненность - это единственный серьезный показатель струк­туры сообщества. Выравненность, как правило, высока и постоянна .среди популяций птиц (это может быть объяснено их территориаль­ным поведением), а различия этого показателя в разных сообществах и географических зонах определяются, главным образом, видовым богатством. Напротив, у растений и фитопланктона выравненность в среднем низка, и оба компонента подвержены значительным ва­риациям.

Имеется группа индексов, которые называют индексами неод­нородности, так как они учитывают одновременно и выравненность, и видовое богатство.

Индекс Шеннона-Уивера. Теория информации основывается на изучении вероятности наступления цепи событий. Результат выра­жается в единицах неопределенности или информации. Шеннон в 1949 году вывел функцию, которая стала называться индексом разно­образия Шеннона. Расчеты индекса разнообразия Шеннона предпола­гают, что особи попадают в выборку случайно из «неопределенно большой» (т. е. практически бесконечной) генеральной совокупности, причем в выборке представлены все виды генеральной совокупности. Неопределенность будет максимальной, когда все события N будут иметь одинаковую вероятность наступления:

Она уменьшается по мере того, как частота некоторых событий возрастает по сравнению с другими, вплоть до достижения мини­мального значения (нуля), когда остается одно событие и есть уве­ренность в его наступлении.

При расчете индекса Шеннона часто используется двоичный ло­гарифм, но приемлемо также использовать и другие основания лога­рифма (десятичный, натуральный).

Индекс Шеннона обычно варьирует в пределах от 1,5 до 3,5, очень редко превышая 4,5. С увеличением числа видов в сообществе 5 максимальное значение индекса увеличивается.

Для получения не зависящих от числа видов 5 характеристик прибегают к нормированию путем деления на максимальное значение того или иного показателя.

Ресурсы:

«Практикум по экологии» сост.: П.А. Феклистов, Д.П. Дрожжин, Н.В. Гласова. - Архангельск: Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2007г.

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

Хостинг презентаций

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