Назовите причины по которым городская экосистема не может существовать

Методическая разработка урока «Город как экосистема»

по курсу биологии для 9 класса.

Цель урока:

Сформировать у учащихся знания о городе как антропогенной экосистеме — урбосистеме.

Задачи:

1.Ззакрепить знания учащихся об экосистемах, их характере и признаках, расширить и систематизировать эти знания;

отработать ведущие экологические понятия, необходимые для характеристики биологических систем надорганизменного уровня.

Сформировать у учащихся понятие о городе как об экосистеме в ходе изучения специфических особенностей городской среды, её компонентов, их качества и факторов.

2. Развивать умения: сравнивать экосистемы, выявлять результаты деятельности человека на состояние окружающей среды, анализировать и объективно оценивать информацию, обосновывать меры, направленные на сохранение среды обитания, пригодной для жизни.

3. Прийти к пониманию учащимися причин экологических проблем города как экосистемы для их устранения и обеспечения условий стабильности функционирования урбосистемы.

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Возможные приёмы и методы.

Технология РКМ.

Актуализация уже имеющихся знаний по теме «Экосистемный уровень», активизация учащихся, мотивация для дальнейшей работы.

I. Стадия вызова.

Ученики вспоминают, что им известно по изучаемому вопросу (делают предположения), систематизируют информацию, задают уточняющие вопросы.

Составление списка известной информации, рассказ – предположение по ключевым терминам, систематизация материала (графическая): кластеры. Индукция (предъявление намёка на предполагаемый результат). Индивидуальная работа (самоконструкция).

Сохранение интереса к теме при непосредственной работе с новой информацией, постепенное продвижение от знания «старого» к «новому». Типы вопросов: простые, уточняющие, интерпретационные, творческие, оценочные, практические.

II. Стадия осмысления.

Класс делится на группы. Группам выдаются блоки (кластеры) различного содержания. В группах происходит обмен информацией всех участников рабочей группы. Обмен информацией разных групп по отдельным блокам, благодаря чему должно сложиться общее представление по изучаемому вопросу. Таблица

Линия сравнения

Экосистема

Урбосистема

Заполнение «концептуальной таблицы» с целью сравнения характеристик естественной экосистемы и урбосистемы.

Социализация (предъявление результатов своей работы другим, обсуждение, оценка).

Групповая работа (социоконструкция).

Вернуть учащихся к первоначальным исходным данным по изучаемой проблеме, внести изменения, дополнения, дать творческие, исследовательские задания на основе изученной информации.

III. Стадия рефлексии.

Учащиеся соотносят «новую» информацию со «старой», используя знания, полученные на стадии осмысления.

Творческая переработка, анализ, интерпретация изученной информации, работа ведётся в парах и в группах

Установление причинно- следственных связей между блоками информации; возврат к ключевым терминам, ответы на поставленные вопросы, обобщение и формулирование выводов. Социализация (обсуждение, оценка)

I. Стадия вызова.

Цель нашего урока выяснить: можно ли ГОРОД назвать ЭКОСИСТЕМОЙ? Если можно, то каковы особенности такой антропогенной системы.

Давайте уточним:

1. Что такое «экосистема»? (Сообщество живых организмов вместе с физической средой их обитания, объединённые обменом веществ и энергии в единый комплекс).

Сравнивать можно только сравнимое. Каковы же критерии для сравнения, т.е. признаки, характеризующие экосистему? Мы обсуждали их на предыдущих уроках.

ЭКОСИСТЕМА

________________________________________________________________________________________

↓ ↓ ↓

СОСТАВ СТРУКТУРА ПРОДУКТИВНОСТЬ

1. Видовое разнообразие. 1. Морфологическая (типы строения, жизненные формы) (скорсть продукции

2. Число видов 2. Пространственная (вертикальная ярусность, горизонтальная зональность) биомассы в единицу

3. Плотность 3. Трофическая (цепи и сети питания) времени)

4. Устойчивость

Задание.

По этим критериям вам предлагается сравнить естественную — природную экосистему и антропогенную (созданную человеком) – город.

II. Стадия осмысления.

Задание. 1) Вспомните и назовите основные компоненты природного сообщества, экосистемы.

(абиотические факторы)

Окружающая среда

↑

Продуценты (растения) ←──────────────────────────——→ Консументы

↓ (животные, человек)

Редуценты

(бактерии, грибы и др.)

2) Что делает эту систему устойчивой? (Круговорот веществ и поток энергии в цепях питания).

3) Существуют ли в городе такие же компоненты, как и в экосистеме? (Да).

Задание. Обсудите в группах и назовите организмы, представляющие эти компоненты в городской среде. Группа, представляющая блок «окружающая среда»: назовите (перечислите) факторы неживой природы – абиогенные.

(Работа в группах и презентация по отдельным блокам информации, полученной в ходе обсуждения задания).

Теперь давайте ещё раз вернёмся к основным критериям, характеризующим естественную экосистему.

Вопрос: Как вы думаете: какая система более устойчива и почему?

Чтобы ответить на этот вопрос, сравните город и естественную экосистему, дайте оценку («больше», «меньше» (более или менее разнообразна), «хуже», «лучше», «сильнее», «слабее») по отдельным критериям. Результаты сравнения занести в таблицу (она называется концептуальная и предназначена для сравнительной характеристики). Каждая группа получает карточку, в которой прописан отдельный блок (один из критериев экосистемы).

Линия сравнения

Экосистема

Урбосистема

СОСТАВ:

1. Видовое разнообразие

2. Число видов

3. Плотность

4. Устойчивость

СТРУКТУРА:

1. Морфологическая

2. Пространственная

3. Трофическая

ПРОДУКТИВНОСТЬ:

1. Первичная ← автотрофы

2. Вторичная← гетеротрофы

Факторы окружающей среды (абиотические):

1. свет (освещённость), УФО

2. температура,

3. влажность

4. ветер,

5. радиация,

6. состав почв

7. состав воздуха,

8. состав воды

9. рельеф

Задание. Давайте вместе обсудим отличительные особенности перечисленных факторов неживой природы (абиотических)

в городской среде (фронтальная работа: учащиеся высказывают личное мнение).

III. Стадия рефлексии.

1. Задание для работы в группах.

Урбосистема обладает рядом особенностей, которые необходимо учитывать при её изучении, характеристике и развитии.

1. Рассмотрите схему «Урбосистема». Назовите основные элементы урбосистемы.

2. Сравните потоки вещества и энергии в городе и в естественной экосистеме. Чем они отличаются?

Варианты ответов: разные источники, излишки отходов, загрязнения, регулируются человеком….

Теперь можно вернуться к вопросу: почему антропогенная система – город менее устойчивая? Выскажите свои мнения, аргументируйте.

Обобщение:

1. Город живет за счет энергии, пищи, воды, ресурсов, поступающих из других экосистем.

2. Круговорот таких систем разорван.

3. В городах образуется огромное количество отходов.

4. Особенные почвенно-климатические условия.

5. Город обеднён видами живых организмов.

6. Значительные антропогенные нагрузки.

7. Городская экосистема не уравновешена, следовательно, она не может существовать без регулирующей деятельности человека.

2. Задание. Неумелое управление приводит к противоречиям между отдельными элементами урбосистемы и к возникновению

экологических проблем городов. Назовите известные вам экологические проблемы городов (фронтальный опрос)?

Варианты ответов: Загрязнение воды, почв, воздуха, рост городов и населения и т.д.

Обобщим и сформулируем их точнее:

1 – возрастающее поглощение городами площадей земли;

2 – истощение природных ресурсов;

3 – загрязнение окружающей среды выбросами и стоками;

4 – уничтожение природных экосистем и их разрушение;

5 – удаление человека от природы;

6 – ухудшение здоровья людей.

3. Задание. Проанализируйтесхему «Урбосистема»и ответьте на вопросы. (Фронтальный опрос)

1. Какие области человеческих знаний позволяют осуществлять связь между элементами (подсистемами) урбосистемы?

2. Возможно ли найти пути решения экологических проблем с целью сохранения среды обитания, пригодной для жизни

и обеспечения стабильности функционирования урбосистемы?

Заключение урока.

Мы достигли цели нашего урока: выяснили, что город – это тоже экосистема со своими специфическими особенностями, обусловленными тем, что эта система – творение человеческих рук и разума (т.е. антропогенная).

Вывод. Город – это искусственная экосистема — урбосистема. Для обеспечения стабильности функционирования

урбосистемы необходимо прийти к пониманию причин экологических проблем города как экосистемы, чтобы найти пути

их своевременного устранения и сохранить среду обитания, пригодную для жизни.

Литература: «Город и окружающая среда». Пособие для учителей/Под ред.С.В.Алексеева; Изд. «Крисмас+» Санкт- Петербург,1997г

Раздаточный материал к уроку

3. Биологические и социальные аспекты жизни собак и кошек в населенных пунктах.

3.1. «Экологическое равновесие» в городе и его отличие от природного.

      3.1.1. «Экологическое равновесие».

     Начнем по порядку – с «экологического равновесия». Точнее, с общих закономерностей экологической системы населенных пунктов. Они и определяют, каким образом складываются те или иные относительно устойчивые («равновесные») состояния городской экосистемы.

     Заметим, что термин «экологическое равновесие» сейчас популярен в свете идей охраны природы и «зеленого» движения. В строгом смысле такое «равновесие» — явление, возникшее естественным путем. Его уместно использовать для описания естественных экологических систем, например, леса, где сложнейшие взаимосвязи между видами флоры и фауны формировались на протяжении тысячелетий, и где каждое рождение и каждая смерть не напрасны и служат для поддержания общего баланса. Возьмем утрированный пример: хищники питаются растительноядными животными (что служит фактором, не позволяющим растительноядным слишком размножиться, позволяет освобождаться от больных и неполноценных особей) – но в случае переизбытка хищников начнут интенсивно гибнуть уже они сами из-за уменьшения числа жертв (а это сохранит экосистему от дальнейшего, чрезмерного падения численности травоядных…) и т.п. В городе, как будет показано ниже, столь выверенного и возникшего естественного путем баланса нет.

     3.1.2. Общие закономерности и связи между элементами городской экосистемы .

     Упрощенно говоря, экологическая система – это рассматриваемая как целое совокупность живых существ, со всеми своими взаимными связями, находящихся в общей для них среде обитания.

     Город как экосистема значительно отличается от экосистем природных. Рассмотрим разницу подробнее, особо обращая внимание на наиболее интересующие нас, значимые виды животных.
       Современный город как среда обитания – прежде всего совершенно эволюционно уникальное и абсолютно новое в истории Земли сочетание искусственных неживых объектов (дома, дороги, автотранспорт и т.д.) и огромного количества особей одного вида разумных существ – то есть людей, создающих и изменяющих эти объекты. Города возникли и существуют в природных, естественных ландшафтах; их экосистема в какой-то мере включает в себя элементы прежней, существовавшей до возникновения города, природной экосистемы – но это лишь отдельные элементы, а не целостная система.

     Городская экосистема как тип сформировалась в ничтожный по природным меркам срок – несколько десятилетий, в лучшем случае веков. Тогда как типы естественных экосистем формировались на протяжении, по меньшей мере, десятков и сотен тысяч лет.
     В экосистемах осуществляется круговорот вещества и энергии.  В естественных экосистемах (крупных, уровня биогеоценозов) существует в основном замкнутый круговорот вещества. Животные получают пищу (органическое вещество) и, соответственно, энергию, от местных зеленых растений. Затем органика передается по пищевым цепям (от травоядным к хищникам), вещество всех отмерших животных и растений возвращается обратно в цикл с помощью микроорганизмов-деструкторов.        В городе — цикл в основном разомкнутый. Растения являются лишь незначительным компонентом экосистемы, и их обилие регулируется человеком – посредством устройства (или уничтожения) зеленых зон, парков, скверов, газонов и проч. В питании городских позвоночных животных местные растения играют относительно малую роль (например, семена растений служат кормом для всеядных синантропных птиц) или не играют совсем (домашние собаки и кошки не используют городские растения как пищевой ресурс). Преобладающий поток органического вещества, пригодного для потребления крупными животными, поступает в город извне. Основная часть органики ввозится в город человеком (в виде пищевых продуктов – результат внегородского сельхозпроизводства, рыболовства и т.д.). Большая доля отходов также выводится за пределы поселения, например, на свалки. Итак, основные источники пищи для крупных животных контролируются человеком – как городской растительный мир, так и основной ресурс – продукты питания.

     Пищевые связи между видами в природной экосистеме существуют в виде сложных долгосрочных многозвенных цепей, образующих целые биоценотические сети. Каждый вид животных потребляет «органику», предоставляемую другими организмами, и сам служит пищей для следующих звеньев пищевых цепочек. Общее направление цепочек (точнее, «цепей выедания») таково: растения служат кормом для травоядных, а травоядные – для хищников. Причем некоторые относительно слабые хищники в свою очередь являются пищей для более сильных.

В городе же пищевые связи в значительной степени случайные и короткие – потому, что в питании животные привязаны к человеку, а не друг к другу (за исключением остатков природной среды в виде лесопарков и т.д.).

     Человек определяет не только характер и обилие кормовой базы в городе, но и «пространственные ресурсы» — то есть предоставляет для животных убежища, укрытия, логова в своих зданиях и сооружениях, определяет пространственные характеристики местообитаний (жилая застройка, склады, промышленная застройка и т.д.). Это происходит двояким образом: 1. целенаправленно, когда люди специально создают условия для комфортной жизни для избранных животных (как правило, домашних) в своих квартирах, домах, дворах, и 2. нецеленаправленно – животные самостоятельно используют конструктивные особенности сооружений с пустотами и дырами, осваивают доступные подвалы, стройплощадки, пустыри и т.д.

     И климатический фактор значительно зависит от человека: температурный режим в предоставляемых человеком укрытиях значительно отличается от природного — домашние животные зимой не страдают от холода в квартирах хозяев. А бездомные собаки и кошки и дикие животные-синантропы (см. ниже) – могут греться в открытых подвалах, на чердаках, вблизи трубопроводов теплоснабжения и т. п.

     Таким образом, и большинство так называемых абиотических (не связанных с питанием) факторов – например, наличие и характер убежищ — также заданы людьми. Даже микроклимат, температурный и световой режимы в городе заметно отличаются от окружающих природных и подвержены значительным локальным вариациям. Таким образом, параметры и кормовой базы, и мест обитания – почти все задано целенаправленной или нецеленаправленной деятельностью человека (см. также Приложение 1)

     Сумма, доступность и распределение всех ресурсов определяют потенциальную максимальную численность того или иного вида – так называемую «поддерживающую емкость среды». Деятельность человека по активному регулированию численности того или иного вида определяет, достигнет ли она максимально возможных значений или нет.

 
      3.1.3  Стабильность и равновесие.

     Стабильность экосистем — естественной и городской — разная. В сложившейся природной экосистеме ни один вид не может резко поменять условия, в городе – человек обладает такой возможностью. «Природная система – обладает сравнительно высокой стабильностью, имеется динамическое равновесие и саморегуляция. У городской – стабильность низкая, система постоянно подвергается различным антропогенным возмущениям. Саморегуляция почти отсутствует, человек сам должен выполнять регуляторную функцию»  (Клауснитцер Б. Экология городской фауны. М., 1990).

     Особенно хочется обратить внимание на последний тезис ввиду распространяемых идей о якобы присущей городским животным саморегуляции (или «саморегулировании») своей численности. «Саморегуляция» численности животных в городе, особенно животных домашних – это «саморегуляция» воды в стакане. Чем больший по размеру стакан возьмет человек — тем больше воды в него влезет. Чем более (менее) благоприятные в экологическом смысле условия создаст человек, осознанно или неосознанно, для определенного вида в городе – тем больше (меньше) будет численность этого вида. Размеры стакана – то есть параметры экологических ниш, задаются человеческой деятельностью. Весь этот контроль осуществляется либо преднамеренно, либо непреднамеренно – косвенная регуляция численности и межвидовых отношений за счет изменения параметров городской среды.

     Размах человеческого регулирования потенциально почти безграничен и лимитирован только специфическими цивилизационными факторами: доступными технологиями и экономической целесообразностью. Например, теоретически можно строить здания абсолютно без малых пустот и полостей, в которых живут грызуны, но в массе это технологически сложно и экономически невыгодно (пока?). В эти параметры регулирования, кстати, может входить и благоприятствование одному виду в ущерб другому (см. ниже).

       3.1.4 . Комменсализм городских животных по отношению к человеку. Пищевые цепи.

     Если рассматривать только высших позвоночных животных — впрочем, это частично касается и многих групп беспозвоночных — то выясняется, что городская экосистема сильно обеднена видами по сравнению с большинством естественных экосистем, зато основные виды обычно представлены «неестественно» большим числом особей на единицу площади. Это: 1) домашние собаки и кошки, в том числе и бездомные, а также все прочие домашние животные, содержащиеся в городе и 2) дикие синантропные животные, классические примеры — крысы, мыши, воробьи, вороны, чайки и т.д. Их численность в немалой степени зависит от степени лояльности животных к человеку – наиболее многочисленны те, кто меньше человека боятся. Разница между бездомными домашними животными и дикими синантропными животными заключается в том, что домашние животные были приспособлены человеком к жизни рядом с ним (одомашнены) и когда-то введены в населенные пункты ради определенных утилитарных целей; дикие синантропные животные в общем сами приспособились к соседству с человеком и поселились в городе самостоятельно или вследствие случайного, непреднамеренного завоза. Домашние животные прошли целенаправленный или нецеленаправленный искусственный отбор в ходе процесса одомашнивания, дикие синантропные такого отбора не проходили.

     С точки зрения использования пространства городские животные — это квартиранты человека, обитающие в его искусственно созданном для себя ландшафте. А в аспекте пищевых (трофических) межвидовых отношений большинство крупных городских животных являются нахлебниками-«комменсалами» по отношению к человеку, в своем питании полностью или почти полностью от него зависящими, подъедающими за ним пищу, которая человеку уже не нужна (отбросы) или которую он специально выделяет животным (подкормка). «Комменсализм» иногда определяется как сотрапезничество или нахлебничество. Происхождение термина — от латинских cum – «вместе», «с» и mensa – «стол». Является формой взаимоотношения видов, при котором один вид – хозяин — предоставляет для другого условия для существования, сам экологически не завися от нахлебника. Примеры из природы – акула и рыба-прилипала, лев и шакал. Но комменсализма таких масштабов, как в городе, природа, пожалуй, не знает. Один вид — человек кормит огромное количество крупных животных, причем нескольких видов сразу.

      (Как и при природном комменсализме, численность хозяина-человека трофически не зависит от численности нахлебников (но не наоборот!). В биологическом смысле это односторонняя связь – ведь комменсалы не объедают человека как вид, конкурируя с ним за пищу, и не охотятся на него. (Впрочем, категоричность этого тезиса в отношении собак в современных российских условиях можно поставить под сомнение, так, бездомные собаки могут перехватывать у бомжей объедки из контейнеров – конкуренция, а случаи гибели людей от нападений собак можно расценивать как пример охоты. Однако эти исключения не делают погоды. Кроме того, человек подчиняется не только непосредственным биологическим закономерностям, и животные могут оказывать на него воздействие в других сферах: санитарного благополучия и комфортности среды обитания, социально-психологической и др. Но в любом случае, животные намного больше зависят от человека, чем он от них).      

      Проанализируем подробнее некоторые закономерности городской экосистемы применительно к этим самым значимым видам животных. Как уже было указано, пищевые продукты человека, в том числе и в виде отбросов – первое звено  коротких трофических цепей. Вторым звеном  и являются основные синантропные и домашние животные. Далее «пищевые цепи выедания», как правило, не простираются – то есть нет или немного видов-хищников, строящих свое существование на поедании представителей первого звена. Ведь отбросов и подкормки относительно много, кроме того, они на любой вкус (для воробьев – мелкие крошки на асфальте, для голубей – крошки покрупнее, для крыс – объедки в мусоропроводах, для собак – в пакетах из баков или из рук прохожих). Так человеческой деятельностью не только предоставлен обильный корм, но и заметно разделены в пищевом отношении «экологические ниши» среди всеядных синантропов и домашних животных. Это позволяет существовать очень плотным популяциям, переводит межвидовую конкуренцию «за пищу» на периферию «экологических ниш» (если не происходит радикальной перестройки среды человеком, дающей преимущество тому или иному виду) и делает хищничество ради прокорма относительно неважным для выживания видов. (Что, однако, автоматически не означает мирного сосуществования. Есть сильная внутривидовая конкуренция, есть и «охота ради охоты», часто инспирируемая человеком.) Настоящих природных хищников, существующих именно за счет поедания добычи, в городе нет или мало – не очень уживаются они с человеком. (За относительно редкими исключениями вроде охотящихся на голубей ястребов, малочисленных соколов кое-где на высотных зданиях и каменной куницы в южных российских городах и др. В любом случае, их численность ниже той, которая может быть поддержана имеющейся для них потенциальной кормовой базой).

     Кстати, значительно чаще природные хищники заходят в города не ради охоты, а ради тех же отбросов, которые они собирают на помойках (см. синантропизация и ее последствия в Приложении 4)

     3.1.5 Устойчивые состояния – результат человеческой деятельности.

     Итак, город — это искусственная система, созданная и поддерживаемая человеком, нечто вроде огромного дома или квартиры, в которой только её творец и хозяин — человек — может поддерживать то или иное устойчивое состояние, то есть то самое «равновесие». Это особенно важно для более-