Мета роботи: проаналізувати сучасні структурно-функціональні підходи до вивчення і збалансованого використання лісових екосистем в шкільному курсі біології.

Предмет дослідження – підходи до вивчення лісових екосистем.

Об`єкт дослідження – лісові системи та їх вивчення в шкільному курсі біології.

Завдання роботи:

1) розглянути поняття про лісові екосистеми, їх структуру, функціонування та роль;

2) охарактеризувати структурно-функціональні підходи до вивчення лісових екосистем;

3) розглянути питання вивчення лісових екосистем в шкільному курсі біології;

4) розробити методичні рекомендації щодо вивчення лісових екосистем та їх компонентів в різних розділах шкільного курсу біології.

Вивчення складових лісових систем в позашкільному курсі біології можливо реалізувати при проведенні екскурсій та екологічних акцій.

РОЗДІЛ 1 Лісові екосистеми та їх структура

1.1 Історія уявлення про ліс та лісову систему

Перше наукове визначення лісу на початку XX ст. дав Г.Ф. Морозов, розуміючи під лісом сукупність деревних рослин, які притерпіли зміни у своїй зовнішній формі та внутрішній будові під впливом одна на одну, на зайнятий ґрунт і атмосферу” [23].

Академік П.С. Погребняк розумів „ліс як тісне угруповання дерев та кущів, які займають більш-менш значний простір” [23]. Саме таким визначенням лісу автор відмежував поняття про ліс від інших елементів ландшафту, де можуть зустрічатися деревні рослини, не являючись панівними. Тому найбільш суттєвою відміною лісу від інших типів рослинності слід вважати те, що він, по-перше, складається з деревних рослин - дерев та кущів, по-друге, що деревні рослини розміщуються тісно, впливаючи одна на одну і на зайнятий простір. Саме останнє не притаманне плодовим садам, алейним посадкам, іншим подібним об'єктам, у яких деревні рослини розміщуються на значній відстані одна від одної [23].

С.А. Генсірук в книзі „Ліси України” [7] вказує, що характерною особливістю лісу є також високорослість дерев у зрілому віці. Так, сосна, ялина, дуб, бук в умовах помірного клімату можуть сягати у лісі висоти 40-45 м, чим створюють значну шершавість поверхні суші і відповідним чином впливають на вітер. Займаючи значну територію земної поверхні, ліси є глобальним акумулятором живої речовини, вони впливають на рівень кисневого та вуглецевого балансу. Суттєвою рисою лісу є довготривалість життя деревних порід. Так, характерні для лісів помірної зони породи можуть доживати: дуб - до 1000 років, липа - до 800, сосна звичайна - до 450 років.

Визначення лісу давали й інші відомі вчені. Так, в книзі С.І. Пороша, В.П. Пастернак „Природне лісовідновлення” [21] наводиться твердження, що „ліс є своєрідним елементом географічного ландшафту у вигляді великої сукупності дерев, що у своєму розвитку біологічно взаємопов'язаний і впливають на довкілля на більш-менш значному земельному просторі”.

Забезпеченню ефективної системи відтворення навколишнього середовища, подоланню дисбалансів розвитку України в екологічних і економічних сферах сприятиме досягнення оптимальної лісистості території.

Ліс, являючи собою складне рослинне угрупування, навіть на незначній площі не буває цілком однорідним. Тому для вирішення різних практичних питань, для порівняння ділянок і т.п. доцільно лісостан поділяти на більш прості частини, елементарні однорідні одиниці, які у лісівництві отримали назву компоненти лісу [21].

Найголовнішим компонентом будь-якого лісу є деревостан, тобто сукупність дерев, які складають основу лісового насадження. У лісі, особливо дорослого віку, часто можна помітити молоде покоління, яке з'явилося природним шляхом. Це - підріст, який згодом може замінити материнське насадження. У багатьох випадках, коли ліс росте на відносно багатих та багатих фунтах, у ньому присутня і деревна рослинність у формі кущів, яка утворює особливий компонент лісу - підлісок.

Окрім деревної рослинності, для лісу характерні і недеревні рослини, що представлені напівкущами, трав'янистими рослинами, мохами, папоротями, лишайниками. Ці рослини утворюють живий надґрунтовий покрив, який характерний для того чи іншого типу лісу. У лісі щорічно відмирає та опадає на поверхню ґрунту частина хвої, листя, трав'янисті рослини, гілочки, шматки кори, насіння, шишки, інші органічні рештки. Усі ці рештки прийнято називати опадом. Із року в рік, не встигаючи перегнисти, опад формує лісову підстилку, тобто шар органічних решток на поверхні ґрунту з різною стадією їх розкладу. Якщо опад має нещільну структуру, то лісова підстилка - більш компактну. Її іноді називають лісовим гумусом.

Ліс не може існувати без ґрунту, а тому ґрунт теж відноситься до його компонентів. Крім того, в окремих випадках, у лісі є позаярусна рослинність у вигляді ліан, лишайників.

1.2 Структура лісової екосистеми

Деревостан є не тільки основним компонентом лісу за долею участі у рослинному угрупованні, а й головним об'єктом господарювання у лісі. Тому його прийнято характеризувати за рядом показників, а саме: за складом порід, формою, походженням, густотою, повнотою, бонітетом, віком, товарністю. Деревостан є більш вузьким поняттям, ніж лісостан, хоча їх ототожнюють.

Склад деревостану - це перелік деревних порід з визначенням частки кожної з них у загальній масі деревини за 10-бальною системою.

Так, якщо деревостан сформувався лише із однієї породи, наприклад, сосни звичайної, він вважається чистим. Якщо ж у ньому зростають дві і більше породи, то він є мішаним. Склад деревостану прийнято виражати таксаційною формулою, у якій коефіцієнти показують частку породи у загальному обсягу (запасі) деревини, а породи записуються індексами. Наприклад, чистий сосновий деревостан (доля сосни 10/10) має формулу складу 10С₃ , а деревостан, у якому 80% запасу має сосна, а 20% береза повисла. Отже, сума коефіцієнтів у формулі складу деревостану завжди повинна дорівнювати 10. Якщо частка якоїсь породи становить менше 5%, то вона відображається у формулі знаком "+" (плюс). Наприклад, маємо деревостан, у якому запас деревини стосовно окремих порід поділяється так: 78% сосни звичайної, 18% берези повислої, 4% осики. Якщо у деревостані переважає якась одна порода, вона вважається переважаючою, або панівною. Від переважаючої відрізняється головна порода. Вона може переважати у складі, а може мати і меншу частку, але саме на головну породу спрямовані заходи лісовирощування, тобто на неї ведеться господарство. Наприклад, у соснових лісах можна зустріти ділянки з переважанням берези. У даному випадку береза буде переважаючою, але не головною породою. Таку ж картину можна спостерігати у дібровах, коли у деревостані переважає граб, а дуб має менше п'яти одиниць у складі деревостану. Граб у таких деревостанах є переважаючою, а не головною породою, адже у дібровах господарство ведеться на дуб [27].

Деревостани можуть утворювати один або більше ярусів. Залежно від кількості ярусів деревостани поділяють на прості, які мають один ярус, та складні 2-3-ярусні. Такий деревостан може сформуватися з кількох ярусів, що представлені однією деревною породою, наприклад, ялиною. У цьому випадку деревостан буде чистим за складом і складним за формою. У простому за формою деревостані дерева мають приблизно однакову висоту, і їх крони утворюють один загальний ярус. У складному деревостані яруси виділяють окремо, якщо його висота відрізняється від висоти верхнього ярусу на 20%, але не більше 50%. Різниця у запасі деревини верхнього і підлеглого ярусів повинна становити не менше 20%.

За походженням деревостани бувають природного походження, тобто такі, що з'явилися із насіння або порослі природним шляхом, а також штучного походження, тобто створених людиною шляхом висіву насіння або садінням молодих рослин.

Ліси можуть бути класифіковані за різними комплексами ознак. Класичним та найбільш поширеним підходом є класифікація лісових біомів в комбінації з видами та довготривалістю (вічнозелений або листопадний) листового покриву домінуючих видів; також в цій класифікації береться до уваги склад лісів з переважно широколистяних порід, хвойних порід, або змішаний. Згідно до описаної класифікації розрізняють наступні види лісів:

1. Бореальні ліси — займають субарктичну зону, є переважно вічнозеленими хвойними.

2. В помірній зоні — широколистяні листопадні ліси (або листопадні ліси помірного клімату), вічнозелені хвойні ліси (хвойні ліси помірного клімату та дощові ліси помірного клімату); в теплій південній (або північній) частинах помірної кліматичної зони є також порівняно невеликі масиви вічнозелених широколистяних лісів (наприклад, лаврові ліси, або евкаліптові ліси в Австралії).

3. Тропічні та субтропічні ліси включають тропічні та субтропічні вологі ліси, тропічні та субтропічні сухі ліси, та тропічні та субтропічні хвойні ліси.

Окрім того, існує (та використовується в лісовій промисловості) класифікація лісів, що базується на фізичних властивостях деревини та стадії розвитку лісу (клімактеричний; такий, що розвивається; первинний; вторинний, або відновлений).

Також в деяких випадках ліси класифікують на основі домінантного виду дерев (наприклад «букові ліси» в Карпатах, або «ліси білого евкаліпту» на південному сході Австралії).