Понятие экосистема обычно применяют к природным объектам разной сложности и размеров: тайга или небольшой лес, океан или маленький пруд. В них функционируют сложно уравновешенные природные процессы. Существуют также созданные искусственно. Примером может служить экосистема аквариума, необходимое равновесие в которой поддерживается человеком.
и их особенности
Экосистемой называют совокупность живых организмов самых разных видов на определенном участке биосферы, которые связаны не только между собой, но и с компонентами неживой природы круговоротом веществ и превращения энергии. Она может быть естественной и искусственной.
Естественные экосистемы (леса, степи, саванны, озера, моря и другие) являются саморегулирующей структурой. Искусственные экосистемы (агроценоз, аквариумы и другие) создаются и поддерживаются человеком.
Структура экосистемы
В экологии экосистема является главной функциональной единицей. В нее входят неживая среда и организмы как компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга. Ее структура, независимо от вида, будь природного водоема или экосистема аквариума, включает следующие составляющие:
- Пространственная - размещение организмов в определенной биологической системе.
- Видовая - число обитающих видов и соотношение их численности.
- Компоненты сообщества: абиотические (неживая природа) и биотические (организмы - потребители, производители и разрушители).
- Круговорот веществ и энергии - важное условие существования экосистемы.
- Устойчивость экосистемы, зависящая от числа обитающих в ней видов и длины образуемых цепей питания.
Рассмотрим пример одной из - аквариум. Искусственная экосистема его включает все структурные единицы. В аквариуме определенного размера (пространственное размещение) обитает живой компонент системы (рыбы, растения, микроорганизмы). Его компонентами являются также вода, грунт, коряги. Аквариум - замкнутая экосистема, поэтому для его обитателей искусственно создаются условия близкие к природным. Для чего используется освещение, так как ничто живое не может полноценно развиваться и жить без света; терморегуляция - для поддержания постоянного уровня температуры; аэрация и фильтрация - для подачи кислорода в воду и постоянной ее очистки.
Отличия экосистем
На первый взгляд может показаться, что экосистема аквариума мало чем отличается от естественного водоема. Ведь сам аквариум - это своеобразная небольшая копия закрытого водоема, предназначенного для содержания и разведения рыбок и растений. Жизнь в нем протекает по схожим биологическим процессам. Только аквариум - маленькая искусственная экосистема. В ней степень воздействия абиотических компонентов (температура, свет, жесткость и других) на биотические компоненты уравновешивается человеком. Он же поддерживает в аквариуме всю необходимую жизнедеятельность, продолжительность которой во многом зависит от опыта аквариумиста, его умения управлять равновесием среды. Однако даже при грамотном уходе она периодически приходит в упадок, и человеку предстоит терпеливо устраивать ее заново в комнатном водоеме. Почему это происходит?
Причинные факторы
Экосистема аквариума зависит от возраста ее водной среды. Она проходит этапы становления, молодости, зрелости и деградации. Нарушения равновесия в экосистеме выдерживают немногие растения, а рыбы перестают размножаться.
Немалую роль играет и величина аквариума. От его объема напрямую зависит продолжительность жизни среды. Это подобно экосистеме в природе. Известно, что чем больше объем водоема, тем больше у него устойчивость к нарушениям необходимого равновесия. В аквариуме до 200 литров нетрудно сформировать среду обитания, близкую к естественной, однако значительно труднее нарушить в ней баланс своими неумелыми действиями.
Аквариумы маленькой вместимости до 30-40 литров требуют регулярной подмены воды. В разумных пределах ее смена на 1/3-1/5 может поколебать равновесную устойчивость, но среда восстанавливается через пару дней самостоятельно, а вот в случае замены всей воды можно легко нарушить установившийся баланс.
Аквариумист должен знать, что, сформировав экосистему, необходимо поддерживать в ней равновесие минимальным вмешательством.
Модель экологической системы
Аквариум - маленькая искусственная экосистема, структура которой мало отличается от природной. Составляющими экосистемы являются биотоп и биоценоз. В аквариуме неорганической природой (биотопом) служит вода, грунт, их свойства. Она же включает в себя объем пространства водной среды, ее подвижность, температуру, освещенность и другие параметры. Необходимые свойства среды обитания создаются и поддерживаются человеком. Он кормит обитателей аквариума, заботится о чистоте грунта и воды. Тем самым создает лишь модель экосистемы. В природе она замкнута и независима.
Абиотические факторы
Природную совокупность отличают значительно более глубокие взаимосвязи и взаимозависимости. В домашнем водоеме они регулируются человеком. Условно и в домашнем водоеме все живые организмы именуются аквариумным биоценозом. Они занимают в нем определенные экологические ниши, создавая гармонию местообитания. Благоприятные условия для жизнедеятельности создают для них с учетом абиотических факторов - соответствующей температуры, освещения и движения воды.
Температурный режим зависит от обитателей аквариума. Поскольку даже незначительные его перепады могут привести к гибели некоторых видов рыб, рекомендуется использовать обогреватели с встроенным терморегулятором.
Режим освещения необходим для нормального функционирования всех составляющих аквариумной среды. Источники света обычно располагают над поверхностью воды. Длина светового дня должна соответствовать фотопериоду обитателей в их естественных условиях жизни.
В природе стоячая вода более подвижна из-за воздействия дождя, ветра и других волнений. В аквариуме необходима постоянная циркуляция воды. Она достигается с помощью аэрации или прогонки воды через фильтр.
Постоянная циркуляция обеспечивает вертикальное вращение воды в аквариуме. Она также выравнивает показатель кислотности, предотвращает быстрое снижение редокс-потенциала в придонных слоях.
Органические и неорганические соединения
Вода, кислород, углекислота, аминокислоты, азотные и фосфорные соли, гуминовые кислоты - основные органические и неорганические соединения, которые также относятся к абиотическим элементам. Большая их часть заключена в самих организмах аквариума и в донных отложениях.
Скорость перехода данных питательных веществ в водный раствор обеспечивается в результате функционирования продуцентов и редуцентов экосистемы. Органические азотсодержащие выделения утилизируют бактерии, превращая их в более простые вещества, необходимые для усвоения растениями. переходят в минеральную (неорганическую) форму также благодаря разным видам бактерий.
Данные важнейшие процессы зависят от температурного режима воды, показателя ее кислотности, насыщенности кислородом. Они регулируют нормальное функционирование экосистемы.
При создании закрытой экосистемы аквариума важно знать, что к приему своих обитателей он готов, но полностью не уравновешен, поскольку многие важные типы бактерий стабилизируются в течение двух недель.
Устойчивость экосистемы и круговорот веществ в аквариуме
Обитатели аквариума не могут обеспечить полного круговорота веществ. В нем выявляется разрыв цепи между консументами и продуцентами. Этому способствует закрытая экосистема аквариума. Креветки, моллюски, рачки (консументы) едят растения (продуценты), но никто не питается самими консументами. Цепь прерывается. В то же время другая цепь питания рыбы - мотыли и другой корм - поддерживается человеком искусственно.
Создать условия для содержания в аквариуме необходимого количества дафний и циклопов для питания рыб достаточно сложно. Так как эти мелкие ракообразные, в свою очередь, также нуждаются в пище. Жизнь простейших зависит от наличия в аквариуме органических веществ. Количество инфузорий должно превысить количество ракообразных, последние, в свою очередь, должны содержаться в большем соотношении к рыбам. Подобного равновесия в цепях питания трудно добиться в таких пространственных условиях, как закрытый аквариум. Экосистема его не способствует поддержке количественных показателей на определенных уровнях.
В природных экосистемах каждый вид уравновешен соотношением с другими видами. Каждый из них занимает свою нишу, определяет взаимозависимость видов. Пропорции хищников и их жертв в развитии экосистемы строго уравновешены. Подобного балансирования не добиться в таком замкнутом пространстве, как аквариум. Искусственная экосистема требует грамотной подборки своих обитателей. Экологические ниши рыб, растений должны сопрягаться, но не накладываться одна на другую. Они подбираются так, чтобы их жизненные потребности и так называемые «профессии» (потребители, производители и разрушители) не были в ущерб другим.
Уравновешенный подбор обитателей по их «профессиональному» назначению в модели аквариумной экосистемы является важнейшим условием ее длительного здоровья.
«Адрес» обитателей аквариума
Местообитание в водоеме каждого вида также имеет немалое значение. Все они должны найти себе подходящее пристанище. Нельзя перенасыщать аквариум, чтобы не привести к деградации других видов. Так, плавающие растения, разрастаясь, перекрывают свет растущим ниже водорослям, нехватка укрытий на дне и мест обитания для донных видов рыб приводят к стычкам и к гибели более слабых особей.
Также важно помнить, что все животные и растения непрерывно изменяются, что, соответственно, не может не сказаться на их окружении. Необходимо следить за поведением рыб, не перекармливать их, ухаживать за растениями, отрезать их сгнившие участки, следить за чистотой грунта.
Для сохранения устойчивости экосистемы в аквариуме необходимо при любых попытках вмешательства подумать - не навредит ли это равновесию.
Разделы: Начальная школа
Класс: 3
Вид урока: комбинированный урок
Цели урока:
- познакомить учащихся с компонентами экосистемы на примере аквариума;
- проверить степень усвоения учащимися ранее изученной экосистемы поля;
- развивать логическое мышление через сравнение и установление причинно – следственных связей;
- научить учащихся поддерживать экосистему аквариума;
- воспитывать бережное отношение к природе.
Оборудование:
- схема экосистемы поля, аквариума;
- иллюстрации (аквариумные рыбки, животные, растения);
- учебник – тетрадь для 3 класса "Обитатели Земли" часть 1 (авт.кол-в. А.А.Вахрушев, О.В.Бурский, А.С.Раутиан);
- медиапроектор;
- карточки с тестом.
Базовые понятия урока:
- экосистема,
- цепь питания,
- три "профессии",
- аквариум,
- растения аквариума,
- животные аквариума,
- значение аквариумов.
Определение понятий урока:
Экосистема – единство живых организмов и их среды обитания, в котором живые организмы разных “профессий” способны совместными усилиями поддерживать круговорот веществ.
Цепь питания – последовательность видов организмов, каждый следующий из которых ест предыдущего.
Три профессии:
- Производители (“кормильцы”) – живые организмы (главным образом, растения), создающие органические вещества из неорганических, минеральных веществ.
- Потребители (“едоки”) - живые организмы (главным образом, животные), использующие в качестве пищи готовые органические вещества.
- Разрушители (“мусорщики”) - живые организмы (главным образом, бактерии и грибы), использующие для питания остатки умерших организмов. Они перерабатывают органические вещества, разлагая их на более простые органические и минеральные вещества.
Аквариум – сосуд с водой, населённый водными обитателями.
План урока:
Этапы урока |
Виды и формы работы |
| 1. Орг. момент | Приветствие |
| 2. Проверка знаний учащихся | Блиц-опрос Тест “Экосистема поля” Развитие навыков самоконтроля |
| 3. Проблемная ситуация и актуализация знаний (выход на тему урока) | Блиц-опрос Эвристическая беседа с опорой на личный опыт детей |
| 4. Совместное открытие знаний | Эвристическая беседа с опорой на личный опыт
детей. Объяснение нового материала. Работа с учебником. Сообщения детей. |
| 5. Физкультминутка | Комплекс упражнений |
| 6. Этап закрепления изученного | Обучение способам самостоятельного
применения знаний
Работа с учебником |
| 7. Подведение итогов | Рефлексия. Составление модели “Экосистема аквариума” |
| 8. Домашнее задание | Дифференциация |
| 9. Релаксация | Просмотр видеофильма |
ХОД УРОКА
Слайд 1
1. Блиц-опрос
2. Тест “Экосистема поля”
Проверим, как вы усвоили материал прошлого урока. Выполним тест “Экосистема поля” (листы с тестами на партах )
- Поле – это…
- природная экосистема;
- искусственная экосистема.
- Культурные растения – это…
- одуванчик, вьюнок, осот;
- подсолнечник, лён, рис.
- Василёк, осот, вьюнок в экосистеме поля – это…
- сорняки;
- яркие цветы.
- Биологическая борьба – это способ защиты с использованием…
- ядохимикатов;
- живых помощников.
Проверьте свою работу.
Подведём итог:
Каковы главные отличия полей от природных экосистем? (Огромная зависимость от человека. Круговорот веществ на полях незамкнут, поэтому поле не может жить без помощи человека. Эта экосистема искусственная )
Какие “профессии” в круговороте на полях приходится выполнять человеку? (разрушителей -(внесение минеральных веществ, вспашка полей, прополка, борьба с вредителями; производители; потребители -собирает урожай )
Молодцы! Тему “Экосистема поля” вы усвоили
хорошо.
1. Блиц-опрос
| Учитель | Дети | ||||||||||||||||||
| - Вспомним ещё раз основные понятия темы | На доске выстраивают схему (по мере
получения ответов на вопросы
)
|
||||||||||||||||||
| - Что такое экосистема? | ЭКОСИСТЕМА – единство живых организмов и их среды обитания, в котором живые организмы разных “профессий” способны совместными усилиями поддерживать круговорот веществ. | ||||||||||||||||||
| - Назовите составные части экосистемы? | |||||||||||||||||||
| - Какие “профессии” живых организмов необходимы, чтобы круговорот в экосистеме был замкнут? | Нужны “производители” (“кормильцы”), потребители (“едоки”), разрушители (“мусорщики”) | ||||||||||||||||||
| - Что такое искусственная экосистема? | Экосистема, созданная человеком. | ||||||||||||||||||
| - Легко ли создать искусственную экосистему? Что для этого нужно? | |||||||||||||||||||
2. Постановка проблемы
Каждый человек при желании может создать небольшую экологическую систему. Для этого не надо быть волшебником.
Попробуем определить тему и задачи урока. Отгадайте загадку.
Этот дом не деревянный, щелчок
Не из камня этот дом. щелчок
Он прозрачный, щелчок
Он стеклянный, щелчок
Нет и номера на нём … щелчок
И жильцы в нём не простые, щелчок
Не простые, золотые. щелчок
Эти самые жильцы
Знаменитые пловцы.
- Совместное открытие знаний
1. Эвристическая беседа
| - Наша помощница – Лена попробовала создать искусственную экосистему, но у неё возникли проблемы. Помогите ей разрешить эти проблемы. | Рассматривают рисунок. |
| - Какую экосистему создала Лена? | Лена создала экосистему – аквариум. |
| - Какая она – природная или искусственная? Почему? | Аквариум - это искусственная экосистема, потому что её создаёт человек. |
| - Почему в аквариуме Лены рыбам трудно дышать? | - У Лены в аквариуме нет растений -производителей. Они насыщают воду кислородом. |
| - Какие компоненты экосистемы мы находим в аквариуме? | Живые и неживые компоненты экосистемы: воздух, вода, почва, живые организмы (производители, потребители, разрушители). |
2. Объяснение нового материала.
Слайд 9 (Просмотр презентации)
В аквариуме разводят разнообразных красивых рыбок. Но чтобы рыбки жили долго да ещё могли размножаться, необходимо подготовить для них соответствующую среду обитания.
Слайд 10 - С чего же начать? (С подготовки грунта.)
Слайд 11 - С подготовки грунта. Для этого специально подбирают промытый, крупнозернистый песок или гальку (слой 4-6 см). Класть на дно аквариума ракушки не следует, так как вода от них становится жёсткой. Водопроводную воду для аквариума отстаивают 5-7 дней. Затем в специальную стеклянную ёмкость наливают воду и укладывают грунт.
Слайд 12 Через пару дней в аквариум высаживают водные растения. Они составляют основу создаваемой экосистемы, обеспечивая производство кислорода, поглощение углерода и создание органических веществ, необходимых рыбкам для питания. Так же растения служат декоративным целям.
Слайд 13 Круглый год хорошо растут в тепловодных и холодноводных аквариумах валлиснерия, элодея, риччия.
Слайд 14 Из тропических растений распространены: криптокорины с разноцветными листьями, стрельчатый эхинодорус, глянцевитая людвигия, пушистый мириофиллю, ротала, роголистник, кабомба, пистия.
Затем необходимо ввести в водную среду микроорганизмы – различные бактерии, простейшие, микроскопические водоросли. Они являются важнейшим элементом экосистемы, обеспечивающим восстановление среды обитания.
Слайд 15 Теперь условия среды позволяют помещать в рукотворный водоём и более крупных обитателей – рыбок. Для аквариума подбирают таких рыб, которые обитают в природе в одних районах (географический принцип ), либо таких, которые живут в одинаковых условиях окружающей среды (биологический принцип ). Рекомендуется холодноводных рыб содержать отдельно от тепловодных, хищных – от нехищных.
В домашних условиях легче создать режим тепловодного аквариума, чем холодноводного. Поэтому рыбки тропиков – более частые обитатели комнатных аквариумов.
Слайд 16 В тепловодном аквариуме содержат породы американских рыб: гуппи, Слайд 17 меченосцев, Слайд 18 сомиков, пецилий, лимий, Слайд 19гирардинусов.
Часто в одном аквариуме поселяют азиатских рыбок данио, барбусов, кардиналов или южно-американских светящихся рыбок неонов, светлячков и других.
Слайд 20 В холодноводном аквариуме живут рыбы, обитающие в водоёмах России: верховка, карась, горчак, мелкие особи щиповки, карпа, линя.
Слайд 21 А также содержат породы золотых рыбок: вуалехвостов, телескопов, Слайд 22 львиноголовок.
Слайд 23 В аквариум иногда поселяют других животных: моллюсков, рачков, черепах, улиток.
У кого из вас есть аквариум с его обитателями?
Какие советы вы могли бы дать тем ребятам, которые хотят иметь аквариум и заниматься разведением рыб?
Самое главное – нужно понимать, что создать искусственную экосистему, даже маленькую, трудно. Для этого нужны знания, терпение, любовь к маленьким друзьям. Если вы всерьёз хотите сделать свою маленькую искусственную экосистему, найдите книгу об аквариумах и внимательно прочитайте её. Или посетите специальный сайт в Интернете.
3. Работа с учебником
Рассмотрите рисунок в задании 2 на стр.72.
Найдите составные части экосистемы: неживые части экосистемы аквариума и “профессии” живых организмов. (Рассматривают рисунок: 1 – грунт;2 – вода;3 – водоросли-производители;4 – рачки-потребители;5 – рыбы – потребители;6 – улитки- разрушители;7 – микробы-разрушители )
4. Сообщения учащихся
Некоторые ребята подготовили сообщения об обитателях аквариума. Послушаем их.
- Физкультминутка.
- Первичное закрепление изученного материала.
1. Беседа
Почему аквариум называют маленькой искусственной экосистемой? (Аквариум – экосистема, потому что в нём есть все компоненты экосистемы. Её называют искусственной потому, что она создаётся человеком )
Перечислите всех участников круговорота веществ в аквариуме. (Производители – водоросли (растения). Потребители – рыбы. Разрушители – сомики (рыбы), микробы, улитки)
2. Выполнение задания 4 на стр.76.
Что нужно сделать в задании 4? (Нужно исправить ошибки, допущенные в содержании аквариумных рыбок. )
Какую ошибку допустил хозяин первого аквариума? (В аквариуме мало растений. )
Какая ошибка допущена в содержании рыбок на втором рисунке? (В аквариуме очень много рыбок. Нужно купить аквариум большего размера или отсадить часть рыбок в другой аквариум )
Главное условие успешного содержания рыб в холодноводном аквариуме, например, породы золотых рыбок – малая плотность их посадки, то есть на каждую рыбку длиной 5 см должно приходиться не менее 5 литров воды. Воду в таких аквариумах необходимо продувать и фильтровать. (Соотносят размер пятилитровой банки и рыбки (5см) )
3. Выполнение задания 5 на стр.76.
Ребята, вам нужно определить, в каких частях света находится родина аквариумных рыб, затем подписать названия рыб.
Слайд 24, щелчок
Сомик родился в Южной Америке (Бразилия, Уругвай).
Слайд 25, щелчок
Меченосец – в Северной Америке (Южная Мексика, Гватемала).
Слайд 26, щелчок
Родина гуппи – Южная Америка (Гайана, Венесуэла).
Слайд 27, щелчок
Родина скалярии – Южная Америка.
Слайд 28, щелчок
Барбус родился в Южной Азии (Индия).
Слайд 29, щелчок
Родиной львиноголовки является Китай.
- Подведение итогов. Рефлексия.
Какое условие нужно соблюдать, чтобы аквариум существовал? (Нужно, чтобы в нём присутствовали все компоненты экосистемы, а его обитатели поддерживали круговорот веществ. )
Моделирование на доске (2 аквариума: тепловодный, холодноводный)
Что нового узнали на уроке?
Что запомнилось?
О чём хотели бы ещё поговорить на уроках окружающего мира?
- Домашнее задание.
2. Письменное задание: ответить на вопросы 10, 11, 12, 13 в учебнике на стр.77
3. Подготовить сообщения о живых обитателях экосистемы аквариум (по желанию )
- Релаксация
Видеофрагмент “Коралловый рай”
Учитель: Мы заканчиваем знакомство с экосистемой - аквариум, его прекрасными растениями, разнообразными животными. Аквариум является как бы частицей подводного мира, перенесенного в комнату. Он таит немало загадок, а наблюдения за ним необычайно увлекательны. В то же время аквариум - искусственно вырванный кусок подводного царства, который обречен влачить жалкое существование во имя удовлетворения прихотей его обладателя. Оба эти утверждения верны, потому что, с одной стороны, никогда не удастся в точности скопировать все детали природных водоемов, а с другой - благополучие аквариумного мира целиком в руках владельца. Экологически грамотное обращение с аквариумом максимально приблизит условия обитания питомцев к естественным, а незнание законов жизни подводного мира приведет к нарушению гармонии и гибели питомцев. Надеюсь, что урок был увлекательным и интересным для вас, вы узнали много нового об аквариуме. Давайте улыбнемся на прощание всем обитателям аквариума, улыбнемся друг другу, понаблюдаем за обитателями аквариума в их естественной среде обитания – коралловых рифах и порадуемся нашей чудесной природе.
Экосистема как совокупность живых организмов, сосуществующих в определенной среде обитания, взаимодействующих между собой путем обмена веществами и энергией, не смогла в полной мере удовлетворить потребности человека. Ибо не все организмы, по его представлению, полезны. Человек не хочет быть частью системы, он хочет управлять ею, стать вровень с законами природы, получать больше, чем должен энергии и пищи. Так, наряду с природной, а часто и вместо нее, появилась экосистема искусственная или созданная человеком. Ее основной задачей стало изменение видового состава в пользу растений и животных, максимально соответствующих требованиям человека. Со временем он стал менять и условия среды обитания, добавляя в нее те элементы, которые бы способствовали росту и развитию интересующих его живых организмов и соответственно угнетали не интересующие.
Таким образом, характеризуется искусственная экосистема, получившая название агробиоценоз, повышенной урожайностью для растительного мира и продуктивностью для животного, тех сортов и видов, которые заранее определены человеком как приоритетные, культивируемые или культурные. С появлением технических возможностей влияния или управления абиотическими факторами, то есть окружающей средой, система получила более широкое понятие – агробиогеоценоза.
Подвергшись такому активному влиянию, естественные экосистемы, претерпели существенные изменения и превратились в искусственные.
Теперь они не обладают таким широким разнообразием видов, часто количество видов сокращено до минимума – одного или двух. Вследствие чего она перестала саморегулироваться, самовосстановливаться и быть устойчивой. Для того чтобы существовать, ей необходимо постоянное вмешательство человека.
Растения и животные, которым созданы идеальные или оптимальные условия для роста и количественного увеличения, самостоятельно питаться и выживать в борьбе с другими видами не могут. В настоящее время около 10% суши Земли занято агросистемами, на которых ежегодно выращивается до 2,5 млрд. тонн сельскохозяйственной продукции или 90% энергии. В то же время виды и сорта конкуренты угнетаются или уничтожаются, в целях обеспечения комфортных условий для искусственно выращиваемых. Нарушается пищевая или трофическая цепь, а это уже влечет исчезновение растений и животных, которые не являются конкурентами для культивируемых. Экосистема перестает быть системой как таковой и с первой оплошностью или недостаточным вниманием человека, погибает. Примеров тому достаточно.
Для создания и поддержания агроценозов человек применяет определенный комплекс мер и мероприятий. Это: выведение сортов и видов с заранее установленными характеристиками, применение специально разработанных систем и продуктов питания, обработка почвы, ее мелиорация или орошение, внесение удобрений и подавляющих веществ.
Примеры и история возникновения
Как пример, искусственной экосистемы – огород, сад или приусадебный участок; животноводческая ферма; поле, отведенное для выращивания определенного сорта сельскохозяйственной культуры; озеро – для промышленного разведения рыбы и рукотворный водоем для содержания экзотических рыб, моллюсков, ракообразных, растений и животных. Последним является огромный океанариум или обычный домашний аквариум – маленькая искусственная экосистема.
Моделирование экосистем в искусственном замкнутом водоеме занимается аквариумистика. У нее разные цели и направления – это научное изучение, выращивание культур и разведением живых организмов в коммерческих целях, декоративное и другие.
Заниматься такой деятельностью люди стали с незапамятных времен. Первые бассейны со специально выведенными цветными рыбками были в Египте и Китае. Первые прообразы современных аквариумов появились в 1843 году. Их автором была Жанна Вильпре-Пауэр. Первый аквариум, в котором одновременно содержались рыбы и подводные растения появился в 1841 году.
Основным направлением деятельности всех видов аквариумистики является селекция и выведение новых видов и сортов подводной флоры и фауны. Хотя сохранение и изучение их также имеет большое значение, особенно, в научном ее направлении. Конечно, есть еще коммерческая аквариумистика, основная цель которой – получение прибыли. Но и она способствует целям сохранения, изучения и селекции, хотя незаконная ее часть – браконьерство, имеет, несомненно, отрицательный характер.
Виды и основные характеристики
Экосистема аквариума или прозрачной емкости, заполненной водой и предназначенной для содержания живых организмов, формируется на основании нескольких условий, это объем сосуда и характеристика воды.
По объему аквариумы подразделяют на: домашние – до 1 куб. м. воды и публичные, которые могут быть более 3000 куб. м. К последним, относится емкость в китайском парке развлечений города Чжухай. Ее объем 22,7 тыс. куб. м. Определенных требований к размерам емкости нет. При определении необходимого размера, исходят из природы обитания живых организмов, планируемых разместить в аквариуме. Особенность одна – чем больше объем аквариума, тем ближе созданная в нем экосистема к природной, а, значит, она более устойчива, может саморегулироваться и самоочищаться.
Вторым критерием является характеристика воды. В связи с тем, что экосистема аквариума может состоять из любых видов водной флоры и фауны, то по месту жительства, они различаются на пресноводных и морских. Это могут быть: рыбы, растения, моллюски, ракообразные, рептилии, земноводные, кораллы и так далее.
По составу воды создают экосистемы: пресноводные, солоноватые и морские. Первый вид подразделяется на псевдоморе, который не содержит растений и рыб, имеет жесткую воду и наполняется камнями и цихлидами, за счет чего и напоминает морские коралловые рифы; и голландский, заселяемый растениями. Второй, солоноватый, подразделяется на морской вид и мангровые заросли. Самый сложный в содержании – морской аквариум. Вода должна быть свежей и содержать большое количество морской соли. В емкости должны создаваться искусственные течения. Подразделяют этот вид на рыбный и рифовый.
Емкости для аквариумов должны отвечать ряду требований. Они должны быть прочны и прозрачны. По конструкции они могут быть бескаркасные, каркасные и бесшовные.
Для контроля абиотических факторов, хотя при условии искусственности их создания – по воле человека, скорее можно назвать антропогенными, экосистемы и обеспечения ее правильного функционирования применяют: аэраторы, фильтры, термометры и тому подобное.
Объем емкости, техническое оборудование, состав воды и другое оснащение аквариума зависит от его назначения. Оно бывает декоративным и специальным.
Флора и фауна
Животный и растительный мир, формирующий в аквариуме маленькую искусственную экосистему, составляется по приоритетам и желаниям человека и задачами перед ним ставящимися.
Рыбы наиболее распространенные обитатели аквариумов всех типов, видов и направлений. Их сортовое разнообразие достигает нескольких тысяч видов. Наиболее известны и популярны: харациновые, карповые, пецилиевые, лабиринтовые и сомовые. Из рептилий в аквариумах содержат водных черепах. Земноводных представляют аксолотли, шпорцевые лягушки и тритоны. Моллюски – это, конечно, улитки, но могут содержаться и перловицы. С развитием технологий и следуя моде, в настоящее время, в аквариумах все чаще можно встретить ракообразных. Таких как: флоридские красные и австралийские синие раки, а также креветок – Амано и вишневых.
Каким бы ни был по величине огромный океанариум или комнатный аквариум – это маленькая искусственная экосистема, агроценоз, в котором ограниченное количество видов растений и животных, что не дает ему возможности самостоятельно существовать, обновляться, регулироваться, а, значит, он очень уязвим и подвержен гибели. Это же правило относится к любой искусственно созданной системе. Ее гибель полностью на совести того, кто ее создал.
Видео — Экосистема аквариума
Аквариум является экосистемой. Ведь именно так мы называем сообщество животных и растений, существующее в определенных условиях.
Как и другие экосистемы, аквариум включает в себя несколько основных групп организмов, между которыми происходит непрерывный обмен веществ. Все подобные сообщества обладают определенным сходством.
Аквариум, по сути, является уменьшенной моделью гидро-экосистемы. Между аквариумом и природным водоемом, разумеется, существует множество различий, однако основные законы протекания всех процессов для них общие.
Для благополучного существования данной аквариумной экосистемы необходимо соблюдать ряд правил.
При подборе обитателей домашнего водоёма, необходимо научиться следить за тем, чтобы физические особенности и жизненные потребности одних питомцев не наносили ущерб другим.
Нельзя совмещать в одном аквариуме одновременно и водные растения, и рыб, которые их поедают.
То же касается рыб и хищников, которые на них охотятся.
Нельзя совмещать рыб с разными требованиями к среде обитания: освещению, температуре, составу воды.
Таким образом, важным условием продолжительного здоровья экосистемы является уравновешенный и разумный подбор обитателей аквариума по их функциональному назначению.
Составляющие аквариумной экосистемы
Грунт – почва, образующая дно водоёма. Грунт нужен для того, чтобы в нём росли растения. Грунт не должен иметь острых кромок, о которые могут пораниться рыбы. Грунт – это крупный песок. Чтобы положить его в аквариум, его промывают от грязи. Лучше всего ещё и прокипятить. Потом ещё раз промывают под краном и засыпают на дно аквариума.
Аквариумные растения и рыбки нуждаются в правильном освещении. Свет, которым освещена комната, для них недостаточен. Вот почему для освещения аквариума используют люминесцентные лампы и лампы накаливания. Светильники с люминесцентными лампами более яркие и потребляют меньше электроэнергии.
При слабом освещении растения плохо растут, при слишком ярком - их угнетают водоросли
Живородящие рыбки. Это, пожалуй, самые распространенные питомцы аквариумистов, неприхотливые, разнообразные по форме и расцветкам, плодовитые. Мальки этих рыбок развиваются в организмах самок, появляясь на свет примерно через 30 дней. Новорожденные рыбешки тотчас после рождения могут питаться мелкими циклопами и умеют спасаться от врагов в зарослях растений. (Гуппи, Меченосцы)
Аквариумные растения — в основном выходцы из тропических и субтропических стран, приспособленные к температуре от 18 до 35° С. В наших природных водоемах практически нет растений, пригодных для домашнего аквариума.
Растения в аквариуме выполняют различные функции необходимые как для рыб, так и для аквариума в целом. Живые растения в аквариуме — это прежде всего активный потребитель нежелательных в аквариуме органических веществ, таких как нитраты.
При помощи растений в аквариуме устанавливается биологическое равновесие. Это источник кислорода для рыб, кроме того, многие виды рыб используют растения как укрытия и субстрат для нереста, например: скалярии, расборы и многие другие.
Кроме того, хорошо растущие и развивающиеся растения — это несомненное украшение аквариума, придающее ему более естественный и привлекательный вид.
Лачева А.А. 1 Смирнова А.А. 1
Салова Н.К. 1
1 Муниципальное образовательное учреждение «Средняя школа поселка Ярославка» ЯМР
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение.
«Для увлекающегося и любопытного человека аквариум - это не только эстетическое удовольствия, но и прекрасная возможность приобретения знаний самого обширного круга, это маленькое окно в большой, сложный и удивительный мир живых существ» (А. С. Полонский).
Понятие экосистема обычно применяют к природным объектам разной сложности и размеров: тайга или небольшой лес, океан или маленький пруд. В них функционируют сложно уравновешенные природные процессы. Существуют также биологические системы, созданные искусственно. Примером может служить экосистема аквариума, необходимое равновесие в которой поддерживается человеком. Аквариум - маленькая искусственная экосистема, структура которой мало отличается от природной. Составляющими экосистемы являются биотоп и биоценоз. В аквариуме неорганической природой (биотопом) служит вода, грунт, их свойства. Она же включает в себя объем пространства водной среды, ее подвижность, температуру, освещенность и другие параметры. Необходимые свойства среды обитания создаются и поддерживаются человеком. Он кормит обитателей аквариума, заботится о чистоте грунта и воды. Тем самым создает лишь модель экосистемы, а ее устойчивость зависит от того, насколько учтены все условия.
Цель работы: изучить влияние факторов среды на устойчивость экосистемы аквариума.
Определить значение абиотических факторов в школьном аквариуме, сравнить их с оптимальными;
Описать функциональные группы организмов аквариума, их влияние друг на друга
Сделать вывод об устойчивости экосистемы аквариума
Актуальность темы заключается в том, что аквариумы широко используются как оригинальный элемент интерьера в квартирах, учреждениях, в школах. Вместе с тем он доставляет много хлопот по уходу за обитателями. На занятиях объединения «Юный эколог» мы рассматривали аквариум как экологическую систему и решили выяснить значение различных факторов на ее устойчивость. Гипотеза исследования:если обустроить аквариум с учетом закономерностей естественных экологических систем, то равновесие в нем будет сохраняться долго и он потребует минимального ухода.
Методы исследования:
Наблюдение
Измерение
Световая микроскопия
Сбор литературных источников
Использование интернет - ресурсов
Оборудование:
Цифровой микроскоп
Цифровой фотоаппарат
Биологическая микролаборатория
Цифровая лаборатория Relaf Late
Аналитические весы
2. Основное содержание
2.1 Абиотические факторы
Подготовку аквариума начинают с грунта. В грунте укореняются растения, из него же они берут незначительное питание, на его поверхности удерживается грязь. В качестве грунта обычно используют речной песок и гравий. Обычный речной песок темного цвета средней или крупной зернистости укладывают на дно аквариума в один слой толщиною в 4—5 см. Песок предварительно промывают, интенсивно помешивая до тех пор, пока сливаемые порции воды становятся прозрачными. Мы используем крупнозернистый речной песок и речную гальку, при этом обязательно кипятим их в течение 1 часа. Под слой песка можно внести немного глины, это положительно сказывается на развитии растений.
Основными параметрами и показателями качества аквариумной воды являются:
Жесткость воды (hD);
Водородный показатель (pH);
Наличие растворенного кислорода
Температура
Жесткость аквариумной воды (hD) обусловлена наличием в ней карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния. Их концентрация составляет общую жесткость, которую можно разделить на временную (KH) и постоянную (GH). Временная жесткость аквариумной воды (КН) - это концентрация углекислых солей кальция и магния. Такая жесткость может меняться в течении суток и зависит от интенсивности фотосинтеза. Постоянная жесткость аквариумной воды (GH) - это количество растворенных сульфатов и хлоридов кальция и магния. При кипячении такой воды концентрации этих катионов и анионов практически не изменяются - отсюда и название «постоянная жесткость». Жесткость воды имеет важнейшее значение для жизни аквариумных рыб, так как соли кальция и магния используются для построения скелета. Для различных видов аквариумных рыбок показатели жесткости воды различны, большинство комфортно себя чувствуют при жесткости от 3-15° hD, изменение ее в ту или иную сторону может привести к ухудшению самочувствия рыбок, к нарушению функции размножения и оплодотворения икры.
Общая жесткость аквариумной воды измеряется немецкими градусами (hD). 1° hD - это 10мг окиси кальция в 1литре воды.
Аквариумная вода с параметрами жесткости:
от 1 до 4° hD - очень мягкая;
от 4 до 8° hD - мягкая;
от 8 до 12° hD - средней жесткости;
от 12 до 30° hD -очень жесткая;
В поселке Ярославка вода очень жесткая, мы снижаем ее с помощью фильтрации, используя фильтр «Арго» и отстаивания в течение 1-2 дней. Измерение общей жесткости аквариумной воды методом титрования мыльным раствором показывает жесткость воды в пределах 7-8 hD.
(Измерения проводились 2 раза в месяц в течение пяти месяцев). Водородный показатель воды (pH) определяет нейтральную, кислую и щелочную реакцию воды. Аквариумная вода с параметрами pH: - от 1 до 3 - сильнокислая; - от 3-5 кислая; - от 5-6 слабокислая; - 7 нейтральная; - 7-8 слабощелочная; - 10-14 сильнощелочная. Большинство аквариумных рыбок предпочитают pH от 5,5 до 7,8. При необходимости кислотность воды можно изменить: если необходимо снизить - подкисляют воду настоем торфа; если необходимо увеличить - используют пищевую соду. Мы проверяем кислотность аквариумной воды с помощью индикатора pH цифровой лаборатории Relab Lite, она равна 7,76 (на момент измерения 05.02.18г.) и колеблется в пределах 7,3-7.8.
Кислород необходим для жизни всех обитателей аквариума. Есть научные расчеты, показывающие, что молекулы кислорода из воздуха, граничащего с поверхностью воды, только за счет процесса диффузии могут углубиться не более чем на 1,86 см за сутки. Это очень медленно. Чтобы растворить в воде достаточное для жизни аквариума количество кислорода, аквариумную воду надо искусственно кислородом насыщать. Делают это с помощью специальных аквариумных компрессоров и фильтров.Содержание кислорода в воде аквариума должно быть от 5 - 7 мл/л кислорода для требовательных рыб, 3 - 4 мл/л - неприхотливых. Однако острой необходимости специально тестировать воду на содержание кислорода обычно нет. Если рыбы ухаживают друг за другом, проявляют другие формы активности, ярко окрашены и нормально едят, не задыхаясь (то есть не поднимаясь к поверхности тяжело и часто дыша) после еды, то с кислородом в аквариуме всё в порядке. При необходимости узнать о недостатке кислорода можно с помощью аптечной 3% перекиси водорода. Если её добавление в аквариум в количестве 15 мл на 100 л вызывает заметное оживление рыб, опускание их в нижние слои воды, где они до этого не плавали, то в аквариуме кислорода было маловато. Следовательно, не обеспечена аэрация воды или аквариум сильно перенаселён. В нашем аквариуме установлен внутренний фильтр с функцией подкачки воздуха, он обеспечивает концентрацию кислорода 5-6 мл/л. (рассчитана производителем фильтра для аквариумов объемом 130л), это объем нашего аквариума.
Температура воды
Рыбы - это хладнокровные животные, полноценная жизнедеятельность которых обеспечивается за счет постоянства температуры воды в среде обитания. Температура тела рыбы превышает температуру воды примерно на 1 о. Изменение температуры среды обитания непосредственно влияет на состояние здоровья хладнокровных организмов. Все виды рыб имеют свой верхний и нижний порог t o . Рыбы чувствительны к тем параметрам, которые выходят за пределы допустимых. Когда граница нарушается на несколько градусов, здоровье рыбок резко ухудшается. Частые и резкие перепады температур негативно сказываются на их самочувствии. Чтобы поддерживать оптимальный режим температур в аквариуме, нужно знать допустимые температурные режимы для тепловодных и холодноводных рыб. Для тепловодных рыбок t o воды ниже 18-20 градусов считается недопустимой. У аквариумных рыб этой категории получается выжить и в более низких диапазонах на протяжении длительного времени. Но этой рыбе требуется много кислорода и пространства, необходима хорошая аэрация. Для холодноводных рыб подойдет аквариум без подогрева, 14-25 градусов для них - максимум. Они также нуждаются в обилии растворенного кислорода. Медленное изменение на 2-4 градуса не приводит к трагическим последствиям. Наш аквариум разновидовой, но почти все виды рыб (кроме золотой) -тепловодные, поэтому термометр автоматически поддерживает температуру 25 градусов.
Интенсивность и продолжительность освещения влияет как на рыб, так и на состояние растений, причем им она гораздо важнее. Излишняя продолжительность и малая интенсивность приводит к возникновению водорослей, которые очень быстро размножаются и покрывают собой не только высшие растения, но и стенки аквариума и элементы декора.Для освещения используют специализированные люминесцентные лампы. Комфортное освещение аквариума лежит в пределах от 0.5-0.65 Вт/литр. При таком освещении комфортно себя чувствуют большинство растений, рыбки приобретают более яркую и контрастную окраску. В нашем аквариуме в крышку в крышке закреплены две люминесцентные лампы. При освещении аквариума необходимо соблюдать следующие правила:1. Не устанавливать аквариум в таком месте, куда бы падали прямые солнечные лучи - это приведет к возникновению огромного числа различных микроскопических планктонных водорослей и к зацветанию воды.2. Продолжительность освещения должна колебаться в пределах 9-12часов в сутки.
2.2 Биотические факторы
2.2.1 Продуценты
В аквариуме, как и в естественных экосистемах, должны быть три функциональные группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. От их оптимального сочетания и зависит устойчивость экосистемы аквариума. Роль растений в аквариуме огромна. Они являются поставщиками кислорода, которым дышат рыбы да и сами растения, и, что не менее важно, потребителями углекислого газа, выделяемого и теми и другими, — все это происходит в разных количествах в зависимости от времени суток. Растения, особенно мелколиственные, играют роль естественных фильтров, удерживающих на себе мельчайшие взвешенные в воде частицы неорганических веществ. Помимо того, они необходимы как укрытия для небольших, физически слабых рыб и как субстрат (основа) для откладывания икры во время нереста икромечущих рыб. Сочная мягкая растительность - незаменимый источник натуральных витаминов, микроэлементов и других биологически активных веществ. Используя цифровой микроскоп, мы обнаружили в аквариуме одноклеточные водоросли хламидомонаду и хлореллу.Хлорелла имеет сферическую форму, ее размер от 2 до 10 мкм. Она является активным продуцентом биомассы с большим процентным содержанием полноценного белка, жиров, углеводов, витаминов. Скопления этих водорослей образуют зеленый налет на стенках аквариума, на камнях. Хлорелла обогащает воду кислородом и является пищей для некоторых инфузорий. Хламидомонада - одноклеточная водоросль продолговатой грушевидной формы. Ее питание может быть как автотрофное, так и гетеротрофное. Так, в условиях достаточной освещенности в процессе фотосинтеза поглощается солнечная энергия, и синтезируются органические вещества в клетке водоросли. При недостатке света водоросль способна всасывать растворенные в воде органические вещества через клеточную стенку, переходя на гетеротрофный тип питания и таким образом участвует в биологической очистке воды. На поверхности воды плавает печеночный мох риччия, который участвует в обмене минеральных и органических веществ, создает тень, является хорошим укрытием для мальков; в нем хорошо плодятся простые инфузории, а это прекрасный корм для мелких рыб. Остальные растения относятся к высшим и делятся на три группы: плавающие на поверхности воды (ряска малая); плавающие в толще воды (элодея канадская, элодея зубчатая) и те, которые укореняются в грунт (валлиснерия спиральная, криптокорина, эхинодорус).
2.2.2 Консументы
Основные консументы в аквариуме - рыбы. Они представлены видами: Моллинезия черная, сомик Анциструс, сом Таракатум, Скалярия, Золотая рыбка, Тетра, Гурами мраморный, Лабео. Гурами-лабиринтовые рыбы, у них есть особый орган - лабиринт. Он выполняет очень важную функцию: позволяет особям дышать атмосферным воздухом, не отфильтровывая кислород из воды жабрами. Именно поэтому они отличаются высокой выживаемостью. Всего в аквариуме 20 рыбок - это оптимальное количество для аквариума объемом 150 литров. Кроме рыбок в аквариуме есть улитки - мелании, ампулярии, катушки и микроскопические животные:
Одноклеточные - Инфузории (Инфузория-Трубач, Спиростомум, Инфузория - туфелька, Сувойки, Стилонихии); Раковинные амебы (Арцелла, Небела).
Многоклеточные организмы: различные виды водных клещей, имеющих разную окраску, а так же круглые черви - уксусные угрицы.
2.2.3 Редуценты
Они представлены сапрофитными бактериями; детритными частицами питаются хламидомонада, раковинные амебы, сомики, улитки.
2.3 Характеристика способов питания и пищевых цепей в экосистеме аквариума
У аквариумных растений питание почвенное и с помощью фотосинтеза; рыбки получают готовый корм, его количество должно быть строго ограниченным, так как остатки корма могут вызвать порчу воды. Среди инфузорий есть виды всеядные (полифаги) и с более узкой пищевой специализацией (монофаги). В качестве полифагов можно назвать трубача и стилонихию, которые питаются одноклеточными водорослями, бактериями, мелкими видами инфузорий. Другие инфузории предпочитают однородную пищу (растительную или животную). Так, например, туфелька и сувойка питаются преимущественно бактериями и продуктами гниения, а стилонихия главным образом поедает мелких инфузорий. Раковинные амебы питаются одноклеточными водорослями, бактериями, детритными частицами; нематоды - растительной пищей и бактериями; клещи - типичные хищники. Таким образом, в аквариуме есть все функциональные группы организмов - продуценты, консументы различных порядков, редуценты; они образуют много пищевых цепочек, например:
Водоросли нематоды рыбы Водоросли инфузории рыбы Детрит бактерии инфузория -туфелька стилонихия клещ Инфузория-туфелька моллюскиХламидомонада инфузория-туфелька дафния;Зеленые водоросли лабео;Бактерии дафния неон
Цепи питания в аквариуме короткие, так как необходимо постоянное внесение корма для рыб человеком. Так как известно, что с одного трофического уровня на другой передается только 1% энергии, то количество трофических уровней, которые могут обеспечиваться энергией, аккумулированной в кормах, ограниченное. И потому цепи в аквариумах характеризуются наличием 2-4-х звеньев.
2.4 Устойчивость экосистемы аквариума
Чтобы рыбки жили долго, да еще и приносили потомство, необходимо в аквариуме поддерживать биологическое равновесие. Под биологическим равновесием понимают такое состояние водной среды, при котором продукты жизнедеятельности рыб и других обитателей успевают разрушиться, не принося им вреда, а физические свойства воды (прозрачность, цвет и др.) остаются почти без изменений.
Наш аквариум является устойчивой экосистемой, так как мы грамотно спланировали его:
Правильно подобрали грунт и оборудование; - Виды растений, рыб, моллюсков и их количество соответствуют условиям абиотических факторов; - Все параметры водной среды регулярно отслеживаются и при необходимости корректируются.
Благодаря достаточно большому видовому разнообразию всех обитателей аквариума его экосистема очень устойчива и требует минимального ухода.
3. Заключение
Выполняя проект, мы изучили правила обустройства аквариума, научились готовить временные микропрепараты, работать с цифровым оборудованием, ухаживать за обитателями аквариума и проводить наблюдения за ними, представлять результаты своей работы.
Эта работа нас очень увлекла, мы определили для себя направления дальнейших исследований:
Влияние на обитателей аквариума факторов окружающей среды
Изучение различных форм размножения и развития обитателей аквариума
Библиографический список
1. В.В. Сивкова. Справочник школьника нового типа.
2. В.Ф. Натали. Зоология беспозвоночных, Москва, «Просвещение» 1975г.
3. К. Вилли. Биология, Москва «Мир», 1974г.
4. Жизнь животных, т1, Москва, «Просвещение», 1987 (под редакцией Ю.И. Полянского).
5. В.П. Герасимов. Беспозвоночные животные (изучение в школе).М., Просвещение, 1978г.
6. М.А. Козлов, И.М. Олигер. Школьный Атлас-определитель беспозвоночных.
М. «Просвещение», 1991г.
Интернет - ресурсы:
http://ru/wikipedia.org
http://www.aqa.ru/fo...
Приложение 1
Приложение 2
«Аквариумные растения»
Хлорелла Хламидомонада
Валлиснерия Элодея
Риччия Эхинодорус
Криптокорина Ряска
Приложение 3
Микроорганизмы
Трубач Спиростомум
Сувойки Стилохиния
Небелла Водяной клещ
Арцелла Инфузория-туфелька
Приложение 4
Моллинезия чёрная Гурами мраморный
Сом Таракатум Золотая рыбка
Сомик Анциструс Лабео