Модель экосистемы леса своими руками

• А у обитателей леса есть эти “профессии”? (да)
• Значит,чтобы рассмотреть экосистему леса,мы должны узнать,какие организмы есть в лесу и как они связаны между собой.

3. Растения леса.

1) Главные “кормильцы” леса – деревья.

- Почему растения называют “кормильцами”? (они единственные живые организмы,способные запасать энергию солнца и перерабатывать неорганическое вещество в о органическое).

- Какие растения можно встретить в лесу?

- Деревья называют главными “кормильцами” леса. Как вы думаете,почему?

- Учебник с. 56 прочитаем,какими преимуществами обладают деревья перед другими растениями. Со слов “В кроне дерева кипит. . . ” ( ученик читает)

- Какие преимущества есть у дерева?(крона – большая,ветвистая; ствол – древесный,защищенный корой; мощная корневая система). Заполним рисунок к заданию № 2 с. 56. (крона,ствол,корни)

- Какие деревья произрастают в Калининградской области? Карта в пособии “Наш край” - с. 88,90 ( ель,сосна,дуб,липа,береза,ольха,ясень,граб,бук).

- Посмотрите в учебник с. 58 – задание №4. Какое дерево “лишнее” (не встречается в лесах нашей области)? (кедр) На какие 2 группы эти деревья можно разделить? (хвойные и лиственные).

- Что будет,если деревья в лесу исчезнут? Учебник с. 58 задание №5 (меньше будет испаряться воды,поэтому вместо леса образуется болото)

2) Лесные “этажи”.

3) Подготовка к групповой работе.

4) Групповая работа.

- Итак,все растения распределяются по ярусам. Капитаны,нашли задание №1. Вам и вашим командам нужно распределить растения по ярусам.

- Проверка (слайд 5) В чем были затруднения?

• С какими лесными ярусами мы познакомились на уроке?

5. Обитатели леса – животные.

• Каких животных можно встретить в лесу? (слайд7 - последовательно раскрывать).

• Как связаны между собой растения и животные? (цепями питания – слайд 8)

• Кто должен стоять на первом месте? Втором? Третьем? Учебник с. 59,задание №1. Составим и запишем пример цепи питания.

• Капитаны,возьмите задание №2. запишите цепь питания.
• В чем были затруднения? (слайд 8)

• Зачем растения нужны животным? (Растения являются пищей растительноядных животных)
• Кого больше в лесу “едоков” или “кормильцев”? Почему? А зачем животные нужны растениям?
• Учебник с. 59-60. читаем со слов “Не обращал ли ты. . . ”
• Какую роль могут выполнять животные? (“едоки”,разрушители; помогают распространять семена растений,уничтожают больные организмы в лесу) Кто еще может выполнять роль разрушителей? (грибы)
• Вывод: животные регулируют круговорот веществ в лесу.

Построение модели “Экосистема леса”.

• Жила-была в лесу белочка. Чем она могла питаться? (грибы и шишки) грибы и шишки растут на ели. А ель какую пользу может получить от белки? (распространяет семена и споры) Кто еще грибками не прочь полакомиться? (еж) Какую он пользу принесет лесу? Есть ли у ежа враги? (лиса) Может она “вредное” животное? (нет,лиса уничтожает слабых животных,распространяет семена растений) А тут наша елочка заболела. Проклятый жук-короед замучил. “Что же ты меня мучаешь?” Правда ли это?

• Т. о., лес – это устойчивая экосистема с замкнутым круговоротом веществ. Любое вмешательство в нее влечет за собой нарушение круговорота веществ и изменение экосистемы.

• Кто поставил себе “5”,“4”,“3”,“2”?
• Кто хочет рассказать,почему он поставил себе такую отметку?
• Капитаны,соберите листы самооценки и выполненные задания.

Список использованной литературы:

1. Буруковская Т. Г. Сад неожиданных встреч. Калининград,1985.

2. Ваулина В. Д. Наш край Калининградская область. Калининград

3. Воронина Л. А. ,Данилова Л. А. Калининградский зоопарк – Калининград,1984.

4. Запартович П. Б. ,Криворучко Э. Н. ,Соловьёва Л. И. С любовью к природе. Дидактический материал по природоведению для начальной школы. 2 изд. / Под редакцией И. В. Зверева – М. / Педагогика,1978.

5. Иванова Н. В. Возможности и специфика применения проектного метода в начальной школе. //Начальная школа. -2004г. -№2. -с. 96-101.

6. Intel “Обучение для будущего”(при поддержке Microsoft): Учеб. пособие. - 3-е изд. испр. – М. : Издательско-торговый дом “Русская Редакция”,2004. -368 с.

7. Козлова Т. А. Третьяков П. В. Природоведение. Методика для учителя. 3 (1-3),4 (1-4). -М. , Изд. Центр,,Вентана-Граф”,1997.

8. Коникова В. И. Метод проекта в разработке модели урока истории. //Начальная школа. -2004г. -№11. -с. 94-97.

9. Конышева Н. М. О проблеме проектной деятельности школьников на уроках практического труда. //Начальная школа. - 2002г. -№12. -с. 35-39.

10. Лучич М. В. Детям о природе: Книга для воспитателя детского сада. – М. ,Просвещение,1989.

11. Минеева Т. Ф. Информатика в начальной школе. //Начальная школа. - 2004г. - №11. -с. 87-91.

12. Муковникова О. Г. Поурочные планы по учебнику А. А. Плешакова, Природоведение, под редакцией И. Д. Зверева – Волгоград,2002.

13. Павлова С. А. ,Трофимова Р. Я. Информационно-технические средства обучения в начальной школе. //Начальная школа. -№4. -с. 110-112.

14. Петров В. В. Растительный мир нашей Родины. Книга для учителя,-М. Просвещение,1991.

15. Плешаков А. А. Природоведение: Учебник для 3 класса трёхлетней и 4 класса четырёхлетней начальной школы. // Под редакцией И. Д. Зверева-М. / Просвещение 2001. .

16. Лучич М. В. Детям о природе: Книга для воспитателя детского сада. – М. ,Просвещение,1989.

17. Попова Н. Г. Информатизация учебного процесса. // Начальная школа. -2002г. №11. -с. 71-74.

18. Страунинг А. М. Решаем экологические рассказы – задачи. // Начальная школа. -2002г. -№2-с. 39-47

19. Энциклопедия для детей: Т. 2 Биология. Главный редактор М. Д. Аксенова. -М. : Аванта+, 2002г. -704 с. :ил.

Лесная экосистема – это функциональная единица или система, состоящая из почвы, деревьев, кустарников, трав, грибов, микроорганизмов, насекомых, животных, птиц и человека в качестве взаимодействующих единиц. Лес является крупной и сложной экосистемой, которая поддерживает большое видовое разнообразие.

Кроме того, лес намного более стабилен и устойчив к негативным изменениям по сравнению с небольшими экосистемами, такими как водно-болотные угодья и луга.

Экосистема леса, как и любая другая экосистема, также состоит из абиотических и биотических компонентов. Абиотические факторы включают элементы неживой природы, такие как воздух, вода, солнечный свет, почва и т.п. Биотические факторы включают живые организмы, которые принято разделять на три основные группы: продуценты, консументов и редуценты.

Эти компоненты взаимодействуют друг с другом и взаимосвязь между ними делает природную экосистему самодостаточной.

Структурные особенности лесной экосистемы

Двумя основными структурными особенностями экосистемы леса являются:

• Видовой состав – это определение и подсчет видов растений и животных в лесной экосистемы.
• Ярусность – это вертикальное распределение различных видов, занимающих разные уровни в экосистеме леса. Каждый организм занимает место в экосистеме в зависимости от источника питания. Например, в лесной экосистеме деревья занимают первый ярус, кусты – второй, а травянистые растения – третий.

В ярусах леса обитают разные организмы. Они взаимодействуют друг с другом и своим окружением. У каждого есть своя роль или ниша в поддержании экосистемы.

Одни организмы обеспечивают пищу для других организмов, другие предоставляют убежище или контролируют популяции посредством хищничества.

Продуценты (производители)

Все живые организмы потребляют энергию, чтобы выжить. В лесной экосистеме деревья и другие растения получают энергию от солнечного света. Растения сами производят пищу в виде углеводов с помощью фотосинтеза. Поэтому они называются продуцентами, поскольку они производят основные продукты питания для других организмов в пищевых цепях и пищевых сетях. Фотосинтез – это химическая реакция, которая позволяет растениям производить себе пищу.

Консументы (потребители)

Животные не могут производить себе еду. Они должны питаться другими организмами для получения энергии, необходимой им для выживания. Все животные, включая млекопитающих, рыб, земноводных, рептилий, насекомых и птиц, называются консументами. Они полагаются на растения и других животных как на источник пищи.

Консументы 1 (первого) порядка включают травоядных животных, которые питаются только растениями. К консументам 2 (второго) порядка принадлежат хищники, питающиеся травоядными животными. Консументы 3 (третьего) порядка – это хищники, которые едят других плотоядных животными. Всеядные животные питаются как растениями, так и животными.

Редуценты (деструкторы)

Листья, иголки и старые ветки падают на лесную подстилку вместе с отмершими деревьями. В конце концов все растения и животные умирают. Так что же происходит со всем этим растительным и животным материалом? Он вечно лежит на лесной подстилке? К счастью, нет. Вся отмершая органика разлагается червями, микроорганизмами, грибами, муравьями и другими насекомыми.

Редуценты перерабатывают органический материал на самые маленькие первичные элементы, чтобы растения могли использовать их снова. Деструкторы важны тем, что они поддерживают круговорот питательных веществ в экосистемах.

Поток энергии и круговорот питательных веществ

Энергия течет в одном направлении. Сначала растения улавливают солнечную энергию, а затем передают ее консументам и редуцентам. Организмы разных трофических уровней связаны друг с другом пищевыми или энергетическими отношениями и, таким образом, образуют пищевую цепочку.

Энергетическая пирамида всегда находится в вертикальном положении, потому что энергия перетекает с одного трофического уровня на следующий трофический уровень, при этом процессе часть энергии всегда теряется в виде тепла на каждом этапе.

Круговорот питательных веществ относится к хранению и перемещению питательных элементов через различные компоненты экосистемы. Существует два типа круговорота питательных веществ: газообразный и осадочный.

Для газообразного цикла (т. е. азота, углерода) резервуаром является атмосфера или гидросфера, тогда как для осадочного цикла (т. е. фосфора) резервуаром является литосфера.

Люди являются частью лесной экосистемы?

Люди – потребители. Мы берем продукты питания и материалы из лесов. Поэтому мы являемся частью лесной экосистемы. Человеческое потребление изменяет лесные экосистемы. Наше вмешательство может быть необходимо для поддержания лесных экосистем в условиях возрастающего давления со стороны человека.

Виды лесных экосистем

Выделяют четыре основных вида лесов – хвойные, широколиственные, смешанные и тропические. Они классифицируются в зависимости от доминирующего видового состава растительности, а также географического положения.

Давайте рассмотрим каждый вид экосистем леса подробней:

Экосистема хвойного леса

Хвойный лес – это лесная экосистема, расположенная в регионах с умеренным климатом, с теплым летом и прохладной зимой, а также с достаточным количеством осадков для поддержания деревьев. Хвойные леса в основном состоят хвойных деревьев, например, сосен, пихт, елей, кедров, кипарисов, секвой, тисов, лиственниц, каури и др. Для хвойных деревьев характерны мелкие игольчатые или чешуйчатые листья, и большинство из них остаются зелеными в течение всего года. Они также способны выдерживать низкие температуры и кислые почвы.

Хвойные леса расположены в северном полушарии и покрывают большие просторы Северной Америки от Тихого до Атлантического океана, всей Европы, России, Азии, Монголии, Китая и Японии. Хвойные деревья хорошо себя чувствуют в климате с продолжительной холодной зимой, сильными снегопадами и коротким летом.

Доминирующей растительностью в этой экосистеме являются вечнозеленые хвойные деревья. Они растут близко друг к другу, образуя навес над землей, который пропускает лишь небольшое количество солнечного света на землю. Игольчатые листья хорошо выдерживают влагу и суровые холодные ветры каждую зиму. Хвойные деревья также имеют форму конуса, что помогает снегу соскальзывать с их веток. Под пологом деревьев растет очень мало других растений. На некоторых влажных участках встречаются папоротники, осока, мох и ягоды.

Животные хвойных лесов хорошо адаптированы к холодным зимам. Некоторые представитель фауны, например птицы, в холодное время года мигрируют на юг. Насекомые откладывают яйца, которые могут пережить зиму. Одни животные, такие как белки, запасаются едой на зиму, в то время как другие впадают в спячку, погружаясь в долгий глубокий сон.

Хищниками экосистемы хвойного леса являются рыси, росомахи, ястреб Купера и волки. Другие животные включают – лосей, зайцев, оленей, медведей, бурундуков, летучих мышей и дятлов. У обитающих здесь животных есть определенные характеристики, которые помогают им выжить, такие как густой мех или перья. Многие животные хвойного леса имеют острые когти и умеют лазить по деревьям. У них большие ступни, что позволяет ходить по снегу, не утопая. Некоторые виды меняют цвет меха на белый зимой и коричневый – летом, чтобы слиться с окружающей средой.

Пищевые цепи в хвойных лесах относительно короткие, к примеру, растение (ягоды) — травоядное животное (лось) — плотоядное животное (волк).

Если вмешательство людей в экосистему хвойного леса минимально, то в ней осуществляется саморегуляция: животные одного вида не смогут полностью истребить популяцию другого вида. Поэтому этот вид лесной экосистемы весьма устойчив.

Экосистема широколиственного леса

Широколиственные леса – это лесная экосистема, которая переживает четыре сезона, а деревья теряют свою листву каждую осень и зиму. Поскольку деревья в лиственных лесах ежегодно теряют листья, животные и другие растения в этих регионах выработали особые способы борьбы с отсутствием или наличием листьев над ними. Из-за разного количества солнца и тени в течение года вся экосистема разработала множество адаптаций – от зимней спячки до сезонного цветения.

Широколиственные леса встречаются по всему миру, в том числе в Северном и Южном полушариях. Однако самые большие площади леса сосредоточены в Северной Америке, Европе и некоторых частях России, Китая и Японии. В некоторых частях Австралии, Южной Азии и Южной Америки также есть широколиственные леса, хотя животный мир в этих регионах обычно отличается от обитателей северных регионов.

Изменение цвета листьев деревьев – одна из самых заметных особенностей широколиственных лесов, так как, когда осенью начинает холодать, деревья высасывают хлорофилл из своих листьев, чтобы хранить его для использования в холодные и темные зимние месяцы.

Широколиственные леса делятся на разные ярусы в зависимости от высоты растений. Очевидно, что высокие деревья будут иметь больший круглогодичный доступ к солнцу, чем кустарники и травы.

Высокие деревья формируют полог – самый высокий ярус. Они тянутся к солнцу и конкурируют друг с другом, чтобы получить как можно больше солнечного света для жизни и роста. Основу этого яруса составляют такие породы деревьев, как дуб, клен, бук, береза, вяз, гикори, грецкий орех, ясень, липа, сикамор, тополь и др.

Второй ярус (подлесок) немного ниже полога – его формируют небольшие молодые деревьев, которые меньше деревьев полога, но выше кустарников.

Третий ярус ближе к земле и состоит из кустарников. Они ниже, чем самые маленькие деревья, поэтому в течение года им необходимо адаптироваться к разному количеству света. Этот ярус составляют такие растения, как азалии, рододендроны, первоцвет, азиатский женьшень, даурская роза, ежевика, ядовитый дуб и др.

Четвертый ярус состоит из многолетних травяных растений и папоротников. Здесь растут следующие растения: женский папоротник, полевые цветы, ягоды, смилакс, фиалки, орхидеи, триллиум и др.

Лесная подстилка – последний нижний ярус, который включает все что находиться на уровне земли широколиственного леса. Этот ярус также состоит из грибов, лишайников, плаунов, мхов, опавших листьев, веток и разлагающегося органического вещества.

Основными консументами в экосистеме широколиственного леса являются млекопитающие (лисы, волки, тигры, медведи, ежи, еноты, кабаны, зайцы, белки), птицы (соловьи, снегири, чижи, глухари, кукушки, аисты), рептилии, амфибии и рыбы.

К редуцентам относятся грибы, жуки-могильщики, черви и микроорганизмы.

Широколиственные леса являются довольно устойчивой экосистемой. Наиболее уязвимой она становиться с наступлением холодов, когда с деревьев опадает листва и останавливается фотосинтез. В это время основную роль выполняют редуценты, которые перерабатывает отмерший органический материал в неорганические соединения.

Экосистема смешанного леса

Смешанные леса – лесная экосистема, характеризующаяся смешиванием лиственных и хвойных пород деревьев. Эти леса также имеют выраженную вертикальную структуру. К солнцу тянутся тополя, сосны и ели. Под ними располагаются клены, вязы, липы и дубы. Ярус кустарников составляют боярышни, шиповник, малина, ежевика и др. Подстилка состоит из низких трав, лишайников, мхов и различного органического материала. Деревья в смешанных лесах лучше переносят холодный климат, чем в более южных широколиственных.

В Евразии смешанные леса встречаются на юге Скандинавии, на территории Русской и Западно-Сибирской равнин, на Дальнем Востоке, в Карпатах, на Кавказе, в умеренном климате гор Юго-Восточной Азии. В Северной Америке произрастают в Аппалачах, Калифорнии, возле Великих озёр. В Южной Америке и в Новой Зеландии область смешанных лесов распространена среди лесных массивов умеренного пояса.

Обитатели смешанных лесов пользуются ресурсами всех ярусов как для пропитания, так и в качестве убежища. Семена хвойных привлекают птиц, грызуны питаются орехами, личинки жуков в коре деревьев служат пищей для некоторых птиц. Здесь можно повстречать косуль и диких кабанов. Зубры и благородные олени встречаются в основном в заповедной зоне. Распространенным хищником экосистемы смешанных лесов является лиса. Белки, барсуки, норки, сони, куницы, лесные кошки, бурые медведи представляют основу животного мира смешанных лесов. Среди птиц распространены дятлы, глухари, дикие голуби, зяблики и зарянки.

Консументами экосистемы смешанных лесов выступают различные животные: млекопитающие, птицы, рыбы, амфибии и насекомые. Замыкают пищевую цепь редуценты: черви, личинки, грибы, микроорганизмы.

Основой устойчивости экосистемы смешанного леса является способность полного замещения одного вида деревьев другим. В случае исчезновения популяции какого-либо вида, ее место будет занято другими возросшими породами деревьев.

Экосистема тропического леса

Тропический лес является одной из самых интересных экосистем на планете Земля. Он наполнен высокими деревьями, уникальными растениями, гигантскими насекомыми и всевозможными животными. Тропические леса расположены в тропиках, недалеко от экватора (между 10° с. ш. и 10° ю. ш.). В большинстве тропических лесов выпадает не менее 2000 мм, а во многих районах – более 2500 мм. Поскольку они расположены близко к экватору, большую часть года температура держится от 24 до 28° С.

В мире есть три основных области тропических лесов:

• Африка – в центральной части континента, где протекает река Конго. Также тропические леса произрастают в Западной Африке и на Мадагаскаре.
• Азия – большая часть Юго-Восточной Азии считается частью экосистемы тропического леса, простирающийся от Мьянмы до Новой Гвинеи.
• Южная Америка – здесь расположен самый большой тропический лес в мире, охватывающий северную часть Южной Америки, а также южную часть Центральной Америки. Этот район часто называют бассейном Амазонки, и через него протекают реки Амазонка и Ориноко.

Тропический лес обладает наибольшим биоразнообразием из всех наземных экосистем. Несмотря на то, что экосистема покрывает лишь около 6% поверхности Земли, по оценкам ученых, около половины видов животных и растений на планете обитают в тропических лесах.

Тропические леса можно разделить на три основных яруса: полог, подлесок и лесная подстилка. В каждом ярусе живут разные животные и растения. Полог – это верхний ярус деревьев высотой не менее 30 метров. Их ветви и листья образуют зонтик над остальными ярусами. Здесь обитают обезьяны, птицы, насекомые и рептилии различных видов. Некоторые животные могут прожить всю свою жизнь, не покидая полога и не касаясь земли.

Подлесок состоит из более низких деревьев и кустарников, но в основном это стволы и ветви деревьев полога. Этот ярус является домом для некоторых крупных хищников, таких как змеи и леопарды. Здесь также обитают совы, летучие мыши, насекомые, лягушки, игуаны и другие животные.

Из-за плотности полога очень мало солнечного света попадает на лесную подстилку. Этот ярус служит домом для множества насекомых и пауков, а также некоторых крупных животные.

Невероятное биоразнообразие экосистемы тропических лесов обеспечивать их большую устойчивость, так как всегда найдутся популяции, которые смогут приспособится к изменениям среды обитания и выжить.

Планета Земля — наш общий дом, каждый человек, живущий в нём, должен заботливо и бережно относиться к нему, сохраняя все его природные ценности и богатства. Деятельность человека, и образ жизни современного общества превратились в мощную преобразующую силу, которая воздействует на биосферу и нарушает ход её естественной эволюции

Началом формирования экологического мышления личности по праву можно считать дошкольное детство, так как в этот период закладывается фундамент осознанного отношения к окружающей действительности, накапливаются яркие, эмоциональные впечатления, которые надолго, а порой и на всю жизнь остаются в памяти человека.

Одним из условий реализации системы экологического образования в ДОУ является правильная организация и экологизация развивающей предметной среды, которая должна способствовать не только познавательному, эстетическому и нравственному развитию, но и формированию экологически грамотного поведения в природе, безопасного как для самой природы, так и для ребенка.

Согласно требованиям ФГОС предметно-пространственная среда должна обеспечивать возможность общения и совместной деятельности детей и взрослых, обеспечивать максимальную реализацию образовательного потенциала. Обязательными в оборудовании являются материалы, активизирующие познавательную деятельность. Такими материалами являются макеты.

Макет – уменьшенная модель объекта (лес, горы, поле, озеро, вулкан, природно-климатическая зона, муравейник и т.д.).

Макет является не только центральным элементом, организующим предметную среду для игры с мелкими игрушками, но и связующим звеном разных видов совместной деятельности взрослого с детьми, и самостоятельной деятельности детей.

• создаются условия для обогащения представлений у детей о природе и условии для жизни растительного и животного мира;

Макеты — это формы организации образовательного пространства, способствующие развитию творческого познавательного мышления, поисковой деятельности и познавательной активности каждого ребенка, это настоящий кладезь для развития речи, как для самых маленьких, так и для детей старшего возраста. Без сомнения, игровые макеты представляют огромный интерес для познавательной деятельности ребёнка. Не менее интересным для детей, является, возможность дополнить макет, внести свою лепту в создание нового мира. Наиболее доступный способ предоставить ребенку такую возможность, создать основу для его творческой деятельности. Как бы создать незаконченный мир, и предложить ребенку дополнить его, теми или иными предметами и формами, позволить воображению ребенка опираясь на уже готовые образы, сформировать свои, более конкретные, детализированные, индивидуальные.

С помощью макетов мы формируем у дошкольников понимание, что все живые существа нуждаются в определённых условиях жизни, удовлетворяющих их потребности.

развивая положительную мотивацию игровой деятельности в природе. Цель нашей работы в этом направлении - вызвать познавательный интерес у детей к наглядным макетам, и с их помощью познавать явления окружающего мира.

• В младшем дошкольном возрасте у детей только начинают формироваться представления о живой природе. Простые макеты и модели, созданные руками педагогов и родителей, формируют первоначальные представления о природных объектах. С младшими дошкольниками работа заключается в рассматривании макетов, манипулировании с ними. А так же проведение бесед о природе или её объектах, особенности которых наглядно изображает макет.

• В жизни старших дошкольников большое место занимает режиссёрская игра с мелкими игрушками, когда ребёнок создаёт воображаемую ситуацию, придумывает событие с персонажами, отождествляя себя с ними, выполняя одну из нескольких ролей, моделирует реальные социальные, эколого-направленные отношения в игровой форме.

Знакомит малышей с тайгой, и её обитателями. Его можно использовать при ознакомлении с жизнью диких животных зимой в НОД, и самостоятельной деятельности, включая режиссёрские игры, где заяц прячется от лисы и волка, медведь укладывается спать в берлогу и т.д.

В старшем возрасте данный макет можно использовать при составлении сюжетных и описательных рассказов, режиссёрских играх, а так же в продуктивной деятельности. Например, при ознакомлении с жизнью коренных народов Сибири, её природой. Использовали макет для обыгрывания, сконструированных из бумаги – эвенкийских чумов.

В старшем возрасте макет используется для знакомства с характерными особенностями гнездования птиц. С особенностями внешнего вида и повадок различных видов птиц, их жизнью в зависимости от сезона, и вида.

Работа по созданию макетов также предполагает взаимодействие с родителями воспитанников, эффективность образовательного процесса зависит от их непосредственного участия. Педагогам следует активно подключать родителей к подбору материалов и изготовлению макетов в домашних условиях, участию в конкурсах на лучший семейный макет, или модель природного объекта.

Важно, чтобы результаты совместного творчества не пылились на полках. А использовались как в самостоятельной детской игре, так и в процессе совместной и непосредственно образовательной деятельности.

Таким образом, игры с макетами и моделями, это - экологически ориентированный вид деятельности, который, формирует целостное представление детей о природе, способствует пониманию детьми взаимосвязей в природе, и с природой. Позволяет трансформировать усвоенные знания в игру, насыщая детскую жизнь новыми впечатлениями и стимулируя детское творчество.

МОДЕЛИ ДРЕВЕСНЫХ СООБЩЕСТВ / ИНДИВИДУАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ МОДЕЛИ / КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ / ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛЕСА / MODEL TREE COMMUNITIES / INDIVIDUAL-BASED MODELS / CLASSIFICATION MODELS / MAIN APPROACHES TO MODELING

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Колобов А. Н.

В работе рассмотрены различные подходы построения моделей динамики лесных экосистем, сформировавшиеся на сегодняшний день. Показаны основные типы моделей и их характеристики. Приведена подробная классификация моделей древесных сообществ по степени детализации и дано их краткое описание. Обсуждаются наиболее перспективные направления развития рассматриваемого леса.

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Колобов А. Н.

Концепция построения биоэкологических моделей многовидовых разновозрастных лесных насаждений для зоны хвойно-широколиственных лесов и южной тайги

Имитационное моделирование процессов восстановления лиственничников на пирогенном участке заповедника "Бастак"

Approaches to the construction of models for the dynamics of the forest communities

The paper considers various approaches to modeling of the dynamics of forest ecosystems that have formed by present. Basic types of models and their characteristics are shown. It is provided a detailed classification of the tree community models according to the elaboration degree, and their brief description. It is considered the most perspective directions for the development of forest models.

Региональные проблемы. 2012. Том 15, № 1. С. 5-14.

I. РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

В работе рассмотрены различные подходы построения моделей динамики лесных экосистем, сформировавшиеся на сегодняшний день. Показаны основные типы моделей и их характеристики. Приведена подробная классификаг^ия моделей древесных сообществ по степени детатзащи и дано их краткое описание. Обсуждаются наиболее перспективные направления развития рассматриваемого леса.

Ключевые слова: модели древесных сообществ, индивидуально-ориентированные модели, классификация моделей, основные подходы моделирования леса.

Центральным звеном в структуре практически любого биоценоза являются сообщества растений. Они служат не только основными источниками органического вещества, но оказываются теми компонентами, которые целиком определяют его облик и строение. Основная трудность, с которой сталкиваются исследователи при изучении лесных древесных сообществ, связана с длительностью процессов их развития. Для описания динамики лесных ценозов и возможностей управления ими широко применяются средства математического и компьютерного моделирования. Сегодня в науке активно разрабатываются различные типы моделей лесных экосистем [6,11,16,18, 28, 39], что вызвано сложностью изучаемого объекта. В основном они используются для анализа воздействия различных систем рубок, нарушений, вызванных влиянием внешних факторов (пожары, сплошные рубки, вспъттттки насекомых и т.д.), естественного развития леса, баланса углерода и климатических изменений.

К настоящему времени разработано большое количество моделей лесных экосистем. Начинающему исследователю трудно разобраться во всем этом многообразии, сложно определиться с выбором подходов и методов моделирования. Многие существующие обзоры моделей касаются только отдельных типов моделей, не раскрывающих общей картины. Цель данной работы -показать основные подходы к построению моделей динамики древесных сообществ, что позволит лучше понять механизмы их функционирования и определиться с методами при решении задач лесопользования и анализа воздействия внешних и внутренних факторов на динамику древесных сообществ.

Модели динамики древесных сообществ

Моделирование леса имеет довольно долгую историю в лесоведении. Уже в 1850-е годы ученые Централь-

ной Европы использовали графические методы моделирования роста и урожайности лесов [50]. Развитие компьютерных имитационных моделей роста и управления лесами относится к 1960-м годам [42]. В течение последних десятилетий написано большое количество работ, в которых обсуждаются различные типы моделей лесных экосистем [37, 43].

Несмотря на то, что назначение, структура, выходные переменные моделей могут отличаться, их можно объединить в три группы по степени общности описываемых процессов: эмпирические, полуэмпирические, теоретические (рис. 1). Эмпирические модели, получаемые путем усреднения большого количества наблюдений, представляют собой математические выражения, аппроксимирующие с использованием тех или иных критериев приближения, данные измерений. Для них не требуется получения представлений о строении и внутреннем механизме связей в системе. Теоретическая модель описывает абстрактную систему, для первоначального вывода ее соотношений не требуется данных о наблюдениях за конкретными системами. Она строится на основе обобщения априорных представлений о структуре системы и механизмах связей между слагающими ее элементами. Для полуэмпирических моделей математические выражения получаются теоретическим путем с точностью до эмпирически определяемых констант, либо в общей системе соотношений наряду с теоретическими выражениями используются и эмпирические.

По назначению модели можно разделить на четыре основных категории (рис. 1) - роста и урожая, сукцессии, имитации лесопользования, процессные [44]. Такое деление является весьма условным, так как многие из них обладают разными свойствами и одновременно могут быть отнесены к нескольким категориям. Поэтому их можно выделить в отдельный класс гибридных моделей.

Рис. 1. Основные типы моделей лесных экосистем по степени общности описываемых процессов

Истоки современных систем моделирования леса лежат в развитии таблиц роста древостоев, составленных в Германии в конце XVIII века [50]. Большое количество накопленных данных по инвентаризации лесов и оценке существующих объемов древесины привело к развитию моделей роста и урожая как эффективных инструментов для построения прогнозов в лесопользовании.

Эмпирические модели роста и урожая основываются на большом количестве полевых данных и описывают темпы роста древостоя с помощью функций регрессии. В качестве переменных обычно используют: общий объем древостоя, количество деревьев на участке, плотность, возраст, средний диаметр и высоту деревьев.

В одновозрастных насаждениях уравнение роста позволяет прогнозировать рост диаметра, объема на единичном участке в год в зависимости от возраста и других характеристик древостоя, а уравнение урожая -диаметр или общий объем, который достигает древостой к данному моменту времени. Рост и урожай математически выражаются следующим образом, если у -

урожай, то рост является производной (Лу1&.

Эти модели можно обобщить при описании динамики лесных насаждений, учитывая рост, отпад и другие изменения состава и структуры древостоя. Они ис-

пользуются для проектирования лесохозяйственных мероприятий, включая разработку эффективных стратегий управления, учета лесов, мониторинга; обеспечивая необходимую эффективность и точность количественной информации для ведения лесного хозяйства. Эмпирические модели роста и урожая позволяют делать прогнозы в рамках таких временных масштабов, когда в условиях роста не ожидается значительных изменений. Так как большинство из них не учитывают влияние климата в качестве фактора, определяющего динамику леса, поэтому они не используются для анализа последствий климатических изменений [47].

Модели имитации лесопользования обычно строятся для прогнозирования прироста древостоя на 10-20 лет в рамках различных режимов рубок [31]. Их можно разделить на дистанционно-зависимые модели, в которых отдельные деревья рассматриваются в пространственно явном виде на основе их точного местоположения [38], и дистанционно-независимые, когда координаты деревьев не учитываются [49].

Рост деревьев в большинстве из них рассчитывается на основе потенциального прироста, который является вид о специфичным и зависит от месторасположения. Этот потенциал уменьшается в результате конкуренции и других ограничивающих факторов [46]. Функции роста могут быть основаны на эмпирических данных с использованием уравнений регрессии [49]. Может использоваться механистический подход, описывающий рост каждого дерева путем вычисления потенциально чистой ассимиляции углерода [26]. Все они учитывают процессы конкуренции за свет. В качестве базовой переменной, как правило, рассматривается прирост диаметра или высоты [46], остальные переменные (объем ствола, диаметр и высота кроны) рассчитываются с использованием ал-лометрических отношений между ними, которые в общем виде представляют собой степенную зависимость

Во многих моделях имитации лесопользования не

рассматривается отмирание деревьев в результате старения, так как предполагается, что взрослые деревья подвергаются рубкам. Например, в работе [29] отпад деревьев осуществляется только в результате недостаточности световых ресурсов.

Модели сукцессии включают в себя явное представление основных экологических процессов, таких как воспроизводство, рост, конкуренция, гибель и круговорот питательных веществ. (Сукцессия (от лат. succesio -преемственность, наследование) - последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза другим на определённом участке среды во времени.) Они предназначены для моделирования роста и динамики смешанных разновозрастных древостоев, позволяя улавливать переходные характеристики растительности при изменении окружающей среды [21]. Первой моделью, описывающей процессы сукцессии в смешанных разновозрастных древостоях, является JABOWA (названа в честь авторов Janak, Botkin, Wallis), которая более подробно будет обсуждаться ниже [22]. За последние десятилетия создано большое количество моделей сукцессии для различных лесных экосистем [21, 23]. Многие из них применяются для прогнозирования количества деревьев и видового состава в условиях изменения климата [23].

Процессные модели представляют собой формальное математическое описание основных биологических процессов, контролирующих поведение экосистемы, используя параметры, имеющие прямое эколого-физи-ологическое истолкование. Они предлагают основу для исследования и создания альтернативных гипотез, позволяют выяснять качественные особенности поведения моделируемого объекта, возможные изменения при вариации параметров, помогают точно описать взаимодействие процессов жизнедеятельности деревьев при изменении внешних условий [36]. Применение экологофизиологических принт типов дает возможность строить долгосрочные прогнозы в изменяющихся условиях окружающей среды [30].

Верификация моделей производится по экспериментальным данным, что позволяет проверять гипотезы, положенные в их основу. При этом для осуществления сложных процедур калибровки и проверки, как правило, требуется большое количество полевых данных.

Процессные модели используются для объяснения причин и следствий, описывают не одну конкретную, а целый класс экосистем, что делает их более гибкими по сравнению с эмпирическими. Однако они в меньшей степени предназначены для прогноза структуры и продуктивности лесов на определенном участке [52].

В работе [35] широко обсуждаются преимущества и недостатки использования эмпирических и теоретических моделей для устойчивого лесоуправления. Как правило, слабость одних воспринимается как сильная сторона других и наоборот. Тем не менее, они объединяются в гибридные, где недостатки обоих подходов в некоторой степени можно преодолеть [33]. Гибридный подход, связывающий эмпирические модели роста и урожайности с процессными, позволяет разрешать

многие проблемы, возникающие при изучении лесных экосистем, таких как прогнозирование динамики смешанных древостоев, анализ реакции леса на изменение окружающей среды [43]. По мнению A.C. Комарова и

О.Г. Чертова [12], именно такой подход представляет наиболее перспективную область развития моделирования леса.

Подходы к моделированию лесных экосистем

Как уже было сказано, за последние сорок лет разработано большое количество моделей лесных экосистем, которые различаются между собой по сложности, назначению, использованию разных методов моделирования. В связи с этим предлагаются различные классификации [9, 23, 28, 31, 45], они не всегда бывают однозначными и в некоторых случаях противоречат друг другу. Возникающие трудности при классификации этих моделей связаны с тем, что они могут одновременно обладать различными свойствами и направлены на решение нескольких задач. В данной работе предлагается классификация по степени детализации описываемого объекта (рис. 2). В ней отражены основные подходы к построению моделей, что позволяет лучше понять механизмы их функционирования. Однако следует иметь в виду, что отнесение модели к одному конкретному классу не всегда бывает легко и однозначно.

По степени детализации описываемого объекта модели динамики древесных сообществ можно разделить на две основные категории: индивидуально-ориентированные и мозаично-ячеистые.

Индивидуально-ориентированный подход позволяет рассматривать динамику моделируемой системы как результат взаимодействия множества дискретных объектов, из которых она состоит, расположенных в пространстве и изменяющих с течением времени свои характеристики согласно тем или иным правилам. Поскольку минимальной структурной единицей моделирования при таком подходе является дерево, то оно может рассматриваться в сообществе с различной степенью детализации его свойств и характеристик. В мозаично-ячеистых моделях древесное сообщество разбивается на небольшие участки земли фиксированной площади, в пределах 20x20 метров. На каждом из них отдельно моделируется динамика биомассы, суммарное количество деревьев, видовой состав, распределение по ступеням толщины и т.д. Учитывается влияние со стороны соседних участков.

Если в индивидуально-ориентированных моделях задаются координаты каждого дерева, то они являются дистанционно-зависимыми, если не учитываются, то -дистанционно-независимыми или gap моделями.

Gap (с англ. gap - разрыв, окно) является условной географической ячейкой - участком фиксированной площади (обычно 10x10 м), на котором имитируется рост, рождение и гибель каждого дерева в зависимости от биотических (конкуренция) и абиотических факторов (климат и почва). Деревья характеризуются определенным набором переменных: вид, возраст, высота, диаметр, объем и т.д. Уравнение роста зависит от светового режима, температуры и других параметров среды, а также от конкурент щи за ресурсы жизнедеятельности. Вли-

Читайте также:

  
• Наклон пильного диска своими руками без смещения
  
• Терморегулятор оборотов кулера 12в своими руками
  
• Как сделать шраб из розы
  
• Турбина на мопед альфа своими руками
  
• Маша поцеловала у него руку и ушла скорее в свою комнату