Общая экология

Орехово-Зуевский филиал
Негосударственного образовательного учреждения высшего
профессионального образования «Институт экономики и
предпринимательства» (НОУ « ИНЭП») г. Москва
М.Д.Андреев
«Общая экология»
Учебно - методическое пособие
Москва-2009
Содержание
1.Требования основной образовательной программы………………4
2.Цели и задачи дисциплины « Общая экология»………………......5
3. Обязательный минимум содержания профессиональной
образовательной программы по дисциплине « Общая экология»…6
4.Учебно-тематический план…………………………………………7
5.Содержание учебной программы…………………………………..7
6. Методические рекомендации по подготовке к семинарам………9
7.Темы для рефератов и контрольных работ……………………….52
8.Вопросы для подготовки к экзамену (зачету)……………………54
9.Основные экологические понятия и термины…………………...56
10.Основные экологические законы………………………………...61
11.Периодические издания (газеты и журналы) - e-mail…………..64
3
1. Требования основной образовательной программы
Специалист должен:
Знать:
-современные теории эволюции, концепции видообразования и их
сопряженности с основными закономерностями функционирования
экологических систем;
-основы биологической продуктивности биосферы, процессов
воспроизводства пищевых ресурсов человечества;
-основные принципы, закономерности и законы пространственновременной организации геосистем локального и регионального
уровней;
-причины изменений видового состава флоры и фауны под влиянием
деятельности человека;
-основы типологии и классификации ландшафтов;
-роль почвенного покрова как компонента наземных и некоторых
субаквальных экосистем;
-основные группы загрязнителей, пути их миграции, трансформации
и накопления в экосистемах;
-назначение мониторинга природной среды, методы наблюдений и
анализа состояния экосистем;
-основные черты кризисных экологических ситуаций.
Уметь:
-использовать стратиграфическую шкалу;
-владеть простейшими навыками ландшафтно-картографического
анализа;
-использовать методы обнаружения и количественной оценки
основных загрязнителей в окружающей среде;
-планировать
меры
экономического
стимулирования
природоохранной деятельности;
Понимать:
-взаимосвязь абиотических факторов и биотической компоненты
экосистемы;
-роль экзогенных и эндогенных процессов в развитии земной коры во
времени и пространстве;
-динамику и функционирование ландшафта;
-физиологические
основы
здоровья
человека,
факторы
экологического риска, возможности экологической адаптации;
-механизмы взаимодействия различных техногенных систем с
природными экосистемами.
4
Иметь представление:
-о пределах толерантности организмов и популяций;
-об экологической нише, как обобщенном выражении экологической
индивидуальности вида;
-о популяциях в экологии, систематике, генетике;
-закономерности роста и регуляции численности популяций,
условиях их устойчивого существования и жизнедеятельности;
-о возможностях управления процессами в экосистеме;
-об основных этапах геологической истории земной коры и эволюции
органического мира прошлого;
-о природно-антропогенных геосистемах;
-о геохимической роли живого вещества, как биотической
компоненты биосферы;
-о глобальном масштабе биогеохимических процессов в биосферных
циклах важнейших химических элементов;
-о принципах организации экологических экспертиз территорий,
производства и технологических проектов.
2. Цели и задачи дисциплины « Общая экология».
Главная цель обучения:
-изучение основных механизмов и закономерностей устойчивости
биологических систем различного иерархического уровня в условиях
меняющейся среды;
-формирование
глобально-ориентированного,
научногуманистического мировоззрения на основе целостной научной
картины мира.
Основные задачи:
-дать представление об основных проблемах фундаментальной
экологии;
-сформировать системные знания о современной экологической
картине мира;
-развить
и
сформировать
ценностные
ориентации
мировоззренческого уровня, отражающие объективную целостность
и ценность природы, а также ориентации нормативно-правового
уровня;
-развить ответственное отношение к природе и готовность к
активным действиям по ее охране на основе экологических знаний.
5
3.Обязательный
минимум содержания
профессиональной
образовательной программы по дисциплине « Общая экология»
Всего
Дидактические единицы
часов
Основные этапы развития экологической науки.
Структура и задачи современной экологии. Среда и
экологические факторы. Законы их действия на
организмы. Основные пути воздействия организмов
на среду обитания. Адаптивные стратегии видов в
разных средах обитания. Жизненные формы.
Принципы
экологических
классификаций.
Биотическая среда. Типы взаимосвязей организмов, их
экологическое и эволюционное значение. Популяции.
Системные свойства. Структура и динамика.
Генеалогические, экологические и информационные
связи. Законы роста популяций. Зависимость от
плотности. Механизмы гомеостаза. Колебательные
циклы.
Биоценозы.
Принципиальные
черты
надорганизменных систем. Структура сообществ.
Видовое разнообразие. Концепция экологической
ниши. Роль трофических отношений и конкуренции в
устойчивости сообществ. Мутуалистические связи в
сообществах. Механизмы регуляции численности
популяций в биоценозах. Законы экологической
сукцессии. Специфика островных биоценозов.
Экосистемы и биогеоценозы. Потоки вещества и
энергии в экосистемах. Проблемы биологической
продуктивности. Деструкционные блоки экосистем,
их структура и значение. Биологический круговорот
веществ как основа стабильности. Дигрессии в
биогеоценозах и их причины. Биосфера как
глобальная
экосистема.
Структура
биосферы.
Основные
геохимические
функции
жизни.
Продукционная и регуляторная функции биосферы
как основа жизнеобеспечения человечества. Экология
как
научная
основа
рационального
природопользования и охраны природы.
6
60
4. Учебно-тематический план курса « Общая экология»
№
п/п
Наименование разделов и Всего
В том числе
тем
часов лекции семинары Сам
работа
1.
Введение в общую экологию
6
2
2
2
2.
Биосфера
6
2
2
2
3.
Организм и факторы среды
10
6
2
2
4.
Популяционная экология
14
10
2
2
5.
Биоценология
18
12
4
2
6.
Человек и биосфера
6
2
2
2
7.
Форма контроля
8.
Итого
Экзамен
60
34
14
12
Содержание учебной программы дисциплины
«Общая экология»
1. Введение в общую экологию
Общие представления об экологии. Предмет экологии. История
развития экологии как науки.
2. Биосфера
Учение В.И.Вернадского о биосфере. Функциональные связи в
биосфере. Средообразующая роль живого вещества. Биосфера как
целостная система. Уровни организации живой материи.
Биогеохимические циклы. Круговорот углерода. Азот, фосфор, сера,
макро - и микроэлементы в биосфере.
Энергетическое обеспечение биологического круговорота. Место
человека в биосфере. Концепция ноосферы.
3. Организм и факторы среды
Влияние температуры на жизненные процессы. Стратегия
теплообмена: пойкилотермные и гомойотермные организмы. Вода,
5.
7
минеральные соли, кислород. Свет как фактор фотосинтеза.
Биологические ритмы. Общие правила адаптации. Правило
оптимума. Эври - и стенобитные организмы. Зоны нормы и зоны
пессимума. Правило минимума Либиха.
Комплексное воздействие факторов. Правило двух уровней
адаптации.
4. Популяционная экология
Понятие о популяции. Географические и экологические популяции.
Пространственная структура популяции. Оседлый и кочевой образ
жизни. Взаимоотношения внутри популяции. Иерархическая система.
Гомеостаз популяций. Поддержание пространственной структуры,
генетической
структуры,
регуляция
плотности
населения.
Демографическая структура популяции. Кривые выживания.
Репродуктивный потенциал.
Экспоненциальная и логическая модели роста популяции. Динамика
численности. Концепция экологических стратегий (К-стратегия, гстратегия). Факторы, регулирующие изменение численности
популяции.
5. Биоценология
Понятие о биоценозе. Трофическая структура биоценоза. Цепи
питания. Образование первичной продукции. Консументы I, II , III
порядков. Правило экологических пирамид. Пищевые цепи. Цепи
разложения. Пространственная структура биоценозов. Биотопы.
Консорции. Топические, фабрические, форические связи популяций
разных видов.
Экологические ниши. Основные формы межвидовых связей
(антибиоз, нейтрализм, мутуализм, комменсализм). Прямые
трофические связи:
« растение- фитофаг», « хищник-жертва», паразитизм.
Конкуренция. Принцип Гаузе. Временная структура сообществ. Типы
динамики
экосистем.
Экологические
сукцессии.
Климакс.
Первичные, вторичные сукцессии. Гомеостаз экосистем.
6. Человек и биосфера
Влияние человека на биосферные процессы. Технологические формы
воздействия. Прямое истребление видов, загрязнение биосферы
примышленными отходами. Экологические формы воздействия.
Переселение живых организмов за пределы естественного ареала.
8
Антропогенное изменение ландшафтов. Деятельность человека как
фактор эволюции. Образование видов – синантропов. Влияние
антропогенного воздействия на эволюцию видов и биоценозов.
6.Методические рекомендации по подготовке к семинарам
Раздел №1 Введение в общую экологию
Семинар №1 Введение. Экология как самостоятельная наука.
Время 2 часа
Цели занятия:
- ознакомление с предметом « Общая экология», место данной
дисциплины в системе научных знаний и в жизни общества;
- уяснение основных функций и задач дисциплины « Общая
экология»
- изучение основных этапов развития экологии;
План
1. Введение.
2. Функции и задачи общей экологии.
3. Научное становление общей экологии.
Темы докладов и рефератов
1. Взаимосвязь общей экологии с другими науками.
2. Применение экологических знаний в практической деятельности.
3. Экологическое благополучие и ответственность в деятельности
людей.
4. Проблемы и задачи современной экологической науки.
5. Структура экологической науки.
6. Основные тенденции развития экологии в настоящее время.
7. Основные методы экологических исследований.
8. Экосистемный подход в изучении биосферы.
9. Особенности применения моделирования в экологии.
10. Взаимосвязь экологических проблем на локальном и глобальном
уровнях.
Рекомендуемая литература
Основная:
1.Конституция Российской Федерации. – М.: Юристъ, 2001.
2.О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации
в 1997 году. Государственный доклад. - М., 1998.
3.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для ВУЗов. – М.,
Изд-во ЮНИТИ, 2000. – 456 с.
4. Шилов И.А. Экология. – М.: Высш. шк., 2003.-512 с.: ил.
Дополнительная:
9
1.Андреева Т.А. Экология в вопросах и ответах. - ТК Велби. Изд-во
Проспект. 2007.-184 с.
2.Богданкевич О.В. Лекции по экологии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.
3.Коммонер Б. Замыкающий круг. Природа. Человек. Техника: Пер. с
англ.- Л.: Гидрометеоиздат, 1974.-248 с.
4.Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология.-5-е изд., дораб. – М.:
Дрофа,2001.-240 с.
5.Одум Ю. Экология: В 2-х т./ Пер. С англ. – М.: Изд. Мир, 1986.-328
с., ил.
6.Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и
гипотезы). – М.: Изд-во “Россия молодая”, 1994.-367 с.
7.Хрестоматия по общей экологии (развитие идей) / Сост. Н.А.
Кузнецова. _ М.: Изд-во МНЭПУ, 2001.-292 с.
8.Экологический энциклопедический словарь. – М.: Изд. дом
«Ноосфера», 1999.
Методические рекомендации
По первому вопросу. Введение. Прежде всего, необходимо сказать,
что
курс « Общей экологии» способствует формированию у
студентов
экологического
мировоззрения
и
развивает
познавательную деятельность в вопросах взаимоотношения
отдельных организмов или видов между собой и окружающей
средой, определить роль человека в биосфере. Необходимо
акцентировать внимание на проблемы, возникшие в результате
антропогенной деятельности, обусловившие актуальность связи
экологии с различными науками. Обратить внимание на то, что
экология приобретает черты мировоззрения на современное
состояние объективного мира и место человека в нем, на отношение
человека к окружающей его действительности и к самому себе, на
основные жизненные позиции людей, их идеалы. Необходимо
проанализировать принципы и нормы отношения человека к природе,
которые выражаются в запретах, требованиях, предписаниях, идеалах
общества, которые
предлагают
современные ученые,
проповедуемые различными научными направлениями. Следует
отстаивать представление о связи природной среды с социальными
процессами, а на основании их дать определение понятию
« экологический кризис». Должным образом, следует обратить
внимание на этическую, охранную и экономическую значимость
экологических законов в вопросах защиты и оптимизации
окружающей среды. Следует указать на то, что каждый специалист,
10
не будучи профессиональным экологом, обязан владеть
определенной суммой знаний об устройстве, законах и
функционировании природы. Укажите, что курс « Общей экологии»
способствует также формированию представлений о человеке как о
части природы; о единстве и самоценности всего живого;
невозможности выживания человечества без сохранения биосферы, а
также обучению восприятия явлений, связанных с жизнью человека в
природной среде.
По второму вопросу. Необходимо сказать, что общая экология
характеризуется сложной структурой. Сначала появились многие
частные экологические дисциплины, гораздо позже – комплексные.
Общая же экология формируется только сегодня и сообразуется
всеми частными. Важно также отметить, что, несмотря на
нерешенность своих самых фундаментальных проблем, она
переживает самый настоящий бум популярности. Разумеется, общая
экология, тесно связана со всеми частными и комплексными
экологическими науками. Но она не есть простая сумма этих наук.
Общеизвестно, что частные науки изучают всесторонне конкретные
объекты органического мира («все об одном»), а общие – весь
органический мир в одном направлении («немного обо всем»). Для
частных наук, наиважнейшей единицей является организм или
совокупность организмов одного вида. Для комплексных наук –
конкретные условия среды (почва, лес, вода) и взаимоотношения
живых организмов с этими условиями. А для общей экологии –
экосистема ранга биогеоценоза, т.е. вся совокупность видов,
слагающих биоценоз, и вся совокупность факторов среды,
определяющих существование данного биоценоза с учетом
неизбежного антропогенного воздействия, а организм или вид –
наименьшей единицей. Чтобы вскрыть законы взаимоотношений
составных частей экосистем необходимо иметь представление о
разных аспектах функционирования этих составных частей, поэтому
выделение
отраслей
и
дисциплин
в
общей
экологии,
классифицирование их также целесообразно, как и в любой другой
науке. Отметьте, что экология изначально возникла как наука о среде
обитания живых организмов: растений, животных (в том числе и
человека), грибов, бактерий и вирусов, о взаимоотношениях между
организмами и средой их обитания и о взаимоотношениях
организмов друг с другом. Само же слово «экология» возникло
гораздо позже в сравнении со временем появления собственно
11
экологических знаний. Оно было введено немецким биологом
Эрнстом Геккелем (1869 г.) и образовано от греческого слова «ойкос»
- дом, жилище. До 30-х годов ХХ столетия общей экологии, как
общепризнанной науки, еще не существовало. Долгое время экология
была представлена всевозможными частными экологическими
дисциплинами: экологией растений, экологией животных, экологией
грибов и т.д. Эти дисциплины формировались в рамках
соответствующих таксономических разделов биологии - ботаники,
зоологии, микологии и др., как подразделения этих наук. Выделите
при этом, что по мере накопления знаний о взаимодействии живых
организмов со средой обитания исследователи поняли, что на Земле
существуют своеобразные системы, состоящие из живых организмов
и неживого вещества. Для них характерен высокий уровень
организации, наличие прямых и обратных связей между
компонентами (частями этих систем), способность к поддержанию
своего состояния при всевозможных возмущениях, т.е. эти системы,
состоят из упорядоченно взаимодействующих и взаимозависимых
компонентов, образующих единое целое. Они были названы
экологическими, или экосистемами. Экосистемы и являются
специфическим объектом изучения общей экологии. Таким образом,
общая экология - это наука об экосистемах, которые включают в себя
живые организмы и неживое вещество, с которым эти организмы
постоянно взаимодействуют.
По третьему вопросу. Обратите внимание на то, что экология в
своем развитии прошла несколько этапов. Охарактеризуйте кратко
каждый из них.
Первый этап – примитивные знания, накопление фактического
материала. О том, что разные виды животных связаны с
определенными условиями, что их численность зависит от урожая
семян и плодов, которыми они питаются, наверняка знали древние
охотники уже 100-150 тыс. лет назад. О зависимости растений от
внешних условий хорошо знали до новой эры и первые земледельцы
(10-15 тыс. лет назад). Севооборот сельскохозяйственных культур
применяли в Египте, Китае и Индии 5 тысячелетий назад.
Сложнейшая и экологически выверенная система земледелия была у
индейцев майя в древней Америке. Элементы экологии отражены в
эпических произведениях и легендах: в древнеиндийских сказаниях
«Махабхарата» (VI-II вв. до н.э.; сведения о повадках и образе жизни
50 животных), в рукописных книгах Китая и Вавилона (сроки посева
12
и сбора диких и культурных растений, способы обработки земли,
виды птиц и зверей).
Второй этап – продолжение накопления фактического материала
античными учеными, прежде всего в Древней Греции: Гераклит(530470 лет до н.э.) и Гиппократ(460-370 лет до н.э.). Укажите, что
Аристотель (384-322 лет до н.э.) в «Истории животных» описал
более 500 видов животных, классифицируя их по образу жизни. Его
ученик, друг и преемник Теофраст (он же Титрам, 287-372 лет до н.э.)
описал 500 видов растений.
Теофраст сделал ботанику
самостоятельной наукой, отделив ее от зоологии. Потому его и
называют отцом ботаники. Но Теофраст был не только отцом
ботаники. Большое внимание в своих трудах он уделял влиянию
внешней среды на живые организмы, и именно он впервые разделил
покрытосеменные растения на жизненные формы: деревья,
кустарники, полукустарники и травы, с учетом зависимости от почвы
и климата.
Третий этап – В средние века в Европе произошел откат
человеческой мысли далеко назад, церковь явилась тормозом
развития всех естественных наук. Связь строения организмов со
средой всецело приписывалась воле бога. Научные сведения
содержатся в единичных работах - многотомное сочинение Венсенна
де Бове (XIII век) "Зеркало вещей". Труд "Поучение Владимира
Мономаха" (XI) и имеют прикладной характер. Но уже в позднее
средневековье стали появились новые веяния в науке - зачатки
экологии. Альберт Великий (Альберт фон Больштедт, ~1193-1280 гг.)
в трудах о растениях придает большое значение условиям
произрастания, в частности световому фактору – "солнечному теплу",
рассматривает причины "зимнего сна". Появилась информация о
дальних странах (Марко Поло (XIII век), Афанасий Никитин (XV век)
и его известное "Хождение за три моря"). Описание и систематизация
колоссального фактического материала после средневекового застоя
началось с великих географических открытий XIV и XVI веков и
колонизацией новых стран – с эпохой Возрождения. Новая
географическая и биологическая информация, полученная в
экспедициях, заставила переосмыслить многие религиозные догматы.
И такое осмысление произошло. В первой половине XVIII века Карл
Линней создал таксономическую систему животных и растений,
которой ботаники пользуются и поныне.
13
Жан Батист Ламарк (1744-1829) открыл эволюцию жизни. Ламарк
был последователем К. Линнея и составил классификацию животных
("Философия зоологии"), отражающую происхождение – эволюцию,
животных, выбрав в качестве признаков внутреннее строение
(отделил беспозвоночных от позвоночных) и строение нервной
системы (бесчувственные – инфузории и полипы, чувствующие – все
остальные беспозвоночные, и разумные – позвоночные). Ламарк
считается предшественником Ч. Дарвина. Известный английский
химик Р. Бойль (1627-1691) поставил первый экологический
эксперимент по влиянию низкого атмосферного давления на развитие
животных, а Ф. Реди экспериментально доказал, что самозарождение
сложных животных невозможно. Антони ван Левенгук, изобретший
микроскоп, был первым в изучении трофических цепей и регуляции
численности организмов. Большой вклад в развитие экологических
представлений в это время внесли и российские ученые такие, как
М.В. Ломоносов (1711-1765), его сподвижник С.П. Крашенинников
(1711-1755), П.С. Паллас (1741-1811), И.И. Лепехин (1740-1802).
Четвертый этап - ознаменовал начало в становлении экологии. Он
связан с крупными ботанико-географическими исследованиями,
способствовавшими
дальнейшему
развитию
экологического
мышления. В начале XIX в. выделяются в самостоятельные отрасли
экология растений и экология животных. Ученые этого времени
анализировали
закономерности
организмов
и
среды,
взаимоотношения между организмами, приспособляемость и
приспособленность. Огромную роль в развитии экологических идей
сыграл немецкий ученый А. Гумбольдт (1769-1859), заложивший
основы биогеографии. В книге «Идеи географии растений» (1807) он
ввел ряд научных понятий, которые используются экологами и
сегодня.
Пятый этап – становление эволюционной экологии. Профессор
Московского университета Карл Рулье (1814-1858) четко
сформулировал мысль о том, что развитие органического мира
обусловлено воздействием изменяющейся внешней среды. Считается,
что К.Ф. Рулье в своих трудах (160 работ) заложил основы экологии
животных, поставил проблемы адаптации, миграции и изменчивости.
Его идеи развил ученик Н.А. Северцев (1827-1885), опубликовавший
в 1855 г. работу «Периодические явления в жизни зверей, птиц и
гадов Воронежской губернии». Значимость этой магистерской
диссертации Н.А. Северцева для науки можно оценить тем, что через
14
100 лет в 1950 г. эта работа была переиздана, и она не утратила
своего значения и сегодня. Важнейшей вехой в развитии
экологических представлений о природе явился выход знаменитой
книги Ч. Дарвина (1809-1882) о происхождении видов путем
естественного отбора, жесткой конкуренции. Это великое открытие в
биологии явилось мощным толчком для развития экологических
идей. У Дарвина было много последователей. Один из них –
немецкий зоолог Эрнст Геккель (1834-1919). Им было придумано
много разных терминов для классификации отделов наук; много лет
он искал одноклеточный организм, давший начало всему живому;
искал общий закон, который бы объяснил все явления. Вскоре после
выхода в свет учения Ч. Дарвина – в 1866 г. он предложил термин для
новой науки – «экология», который впоследствии получил всеобщее
признание. Именно 1866 г. следует считать годом рождения
экологии. В конце XIX она представляла собой науку об адаптации
организмов к климатическим условиям, но лишь через 100 лет
превратилась в целое мировоззрение – общую экологию
Шестой этап - Теория Ч. Дарвина дала большой толчок развитию
аутэкологического
направления
–
изучение
естественной
совокупности видов, непрерывно перестраивающихся применительно
к изменению условий среды, со второй половины середины XIX и до
середины XX века было господствующим. Одновременно стали
проводиться исследования по надорганизменным биологическим
системам. Этому способствовало формирование концепции
биоценозов, как многовидовых сообществ. В 1877 г. немецкий
гидробиолог К. Мебиус (1825-1908) на основе изучения устричных
банок в Северном море разработал учение о биоценозе, как
сообществе организмов, которые через среду обитания теснейшим
образом связаны друг с другом. Именно его труд "Устрицы и
устричное хозяйство" положил начало биоценологическим –
экосистемным, исследованиям и в дальнейшем обогатилось методами
учета количественных соотношений организмов. Термин "биоценоз"
широко используется современными учеными. Учение о
растительных сообществах, благодаря С.И. Коржинскому (1861-1900)
выделилось в фитосоциологию, или фитоценологию, позднее в
геоботанику. Исключительно велики заслуги В.В. Докучаева (18461903). Он создал учение о природных зонах и учение о почве, как
особом биокосном теле (системе). Показал, что почва - это
неотъемлемый компонент практически всех экосистем суши нашей
15
планеты. Теоретические разработки В.В. Докучаева ("Учение о зонах
природы") положили начало развитию геоботаники и ландшафтной
экологии. Особенно широко исследования надорганизменного уровня
стали развиваться с начала XX века. Ч. Элтон (1927) выделил
своеобразие биоценотических процессов, ввел понятие экологическая
ниша, сформулировал правило экологических пирамид. К 30-ым
годам XX столетия были созданы разные классификации
растительности
на
основе
морфологических,
экологоморфологических и динамических характеристик фитоценозов (К.
Раункиер – Дания, Г. Ди Рюе – Швеция, И. Браун-Бланке –
Швейцария); изучались структура, продуктивность сообществ,
получены представления об экологических индикаторах (В.В.
Алехин, Б.А. Келлер, А.П. Шенников).
Седьмой этап - отражает новый подход к исследованиям природных
систем – в основу его положено изучение процессов материальноэнергетического обмена, формирование общей экологии, как
самостоятельной науки. Г. Гаузе в начале 40-х годов прошлого
столетия провозгласил принцип конкурентного исключения, указав
на важность трофических связей, как основного пути для потоков
энергии через природные системы. Вслед за Гаузе, в 1935 г.
английский ботаник А. Тенсли ввел понятие экосистемы, и этот год
принято считать годом рождения общей экологии как науки,
объектом которой являются не только отдельные виды и популяции
видов, но и экосистемы, в которых биоценозы рассматриваются с
биотопами, как единое целое. В общей экологии с этого времени
четко выделились два направления – аутэкология и синэкология. В
фитоценологии
всеобщее
признание
получила
парадигма
дискретности растительного покрова, что объясняется стремлением к
классификационным работам.
Восьмой этап - В современной биосфере, одним из наиболее
значимых факторов, определяющих ее состояние, стала деятельность
человека. Возникающие в связи с этим проблемы выходят за рамки
экологии как биологической науки, приобретают направленный
социальный и политический характер (движения "зеленых", борьба за
охрану природы, постановка экологических вопросов в повестки дня
политических организаций, и пр.). Решение их должно включать все
естественные науки вкупе с хозяйственно-экономическими,
социальными, политическими аспектами, что входит в задачи
16
социальной экологии, в которой особое положение занимает экология
человека (медико-биологический и социальный подходы).
В заключение рассматриваемой темы, необходимо сделать вывод, с
обобщающимися характеристиками рассматриваемых на семинаре
вопросов и предложить студентам вопросы для самоконтроля.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие этапы прошла экология в своем развитии?
2. Какова внутренняя структура экологической науки?
3. Какие методы используют в экологических исследованиях?
4. Каким образом можно представить себе систему экологических
наук?
5.Почему экология приобрела особую социальную направленность в
конце XX столетия?
6.Каким образом культура человека влияет на его взаимоотношения с
природой?
7.Почему в духовном оздоровлении общества видят выход из
экологического кризиса?
8. Каково значение экологии в системе взаимодействия ЧеловекБиосфера?
Тесты
1. Основателем экологии как науки является:
а) Э. Геккель;
б) Э. Зюсс;
в) Ч.Дарвин.
2. Что изучает классическая экология?
а) отношение организмов между собой и окружающей их средой
б) разнообразных животных и растений
в) растительные сообщества континентальных территорий
3. Современная экология является:
а) разделом биологии;
б) разделом естествознания
в) самостоятельной интегрированной наукой.
4. В задачи экологии как науки входят:
а) восстановление нарушенных природных систем;
б) регулирование численности популяции живых организмов;
в) сохранение эталонных участков биосферы.
5. Экологические исследования берут свое начало со времен:
а) Древнего Китая;
б) Древнего Рима;
17
в) Древней Греции;
6. Сколько типов экологического исследования выделяют:
А) четыре;
Б) три;
В) два.
7. Какое наиболее раннее изучение направления экологии:
а) количественная экология;
б) ландшафтная экология;
в) физиологическая экология.
8. Современное представление об экологии как науке:
а) биотехноцентрическое
б) антропоцентрическое
в) биоцентрическое
Раздел №2 Биосфера
Семинар №2 Биосфера как целостная система и уровни
организации живой материи
Время 2 часа
Цели занятия:
- понимание учения В.И.Вернадского о биосфере
- уяснение научного обоснования биосферы как целостной системы;
- раскрытие сущности в уровнях организации живой материи;
План
1. История становления учения о биосфере.
2. Учение В.И. Вернадского о биосфере.
3. Уровни организации живой материи.
Темы докладов и рефератов
1.Биосфера как глобальная экосистема Земли.
2. Косное и живое вещество в биосфере.
3. Сущность биогенной миграции атомов в биосфере.
4. Ноосфера - высшая стадия развития биосферы.
5. Концепция коэволюции и её особенности.
6. Вещество и энергия в биологическом круговороте.
7. Механизм круговорота углерода, фосфора и азота в биосфере.
8. Особенности круговорота воды в биосфере.
9. Малый (биохимический) и большой (геологический) круговорот
веществ на нашей планете.
10. Преобразование биосферы через изменение отдельных её
составляющих.
18
Рекомендуемая литература
Основная литература:
1.Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера.- М.: Наука,1994.672 с.
2.Николайкин Н.И. Экология: учеб. для вузов / Н.И. Николайкин,
Н.Е.Николайкина, О.П.Мелехова.-5-е изд., испр. и доп.-М.:
Дрофа,2006.-622, [2] с.: ил.
2.Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей
среды: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.- 751 с.
4. Шилов И.А. Экология.- М.: Высшая школа,1998.-512 с.
Дополнительная:
1.Андерон Дж. М. Экология и науки об окружающей среде: биосфера,
экосистемы, человек: Пер. с англ. - Л.: Гидрометеоиздат,1985.-166 с.
2.Будыко М.И. Эволюция биосферы.- Л.: Гидрометеоиздат,1984.488с.
3.Лапо А.В. Следы былых биосфер, или рассказ о том, как устроена
биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого. – 2-е
изд., перераб. и доп.- М.: Знание, 1987.-198 с.
4.Сытник К.М., Брайон А.В., Гордецкий А.В. Биосфера. Экология.
Охраны природы: Справочное пособие./ Под ред. К.М.Сытника.Киев: Наукова думка,1987.-524 с.
5.Тюрюканов А.Н., Федоров В.М., Тимофеев – Ресовский Н.В.:
Биосферные раздумья. – М.: Изд-во Акад. естеств. Наук РФ, 1996. 368 с.
6.Хрестоматия по общей экологии (развитие идей) / Сост. Н.А.
Кузнецова. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2001.-292 с.
7.Энергетика биосферы и устойчивость состояния окружающей
среды// Итоги науки и техники (ВИНИТИ). – Сер. Теор. И общие
вопр. географии. – М.: 1990, т.7.-338 с.
Методические рекомендации
По первому вопросу: Укажите что, понятие биосферы появилось в
биологии в 18 веке, однако первоначально оно имело совсем иной
смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические
глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют
основу всех организмов. К середине 19 века в биологии уточняются
научные представления о реальных органических клетках. И термин
« биосфера» утрачивает прежний смысл. К идее биосферы в ее
современной трактовке пришел Ж.-Б. Ламарк (1744-1829), основатель
19
первой целостной концепции эволюции живой природы, которой,
однако, данный термин не использовал. Впервые понятие
« биосфера» (близкой к современному смыслу) ввел австрийский
геолог Э Зюсс, определивший ее в книге « Происхождение Альп»
(1873) как особую, образуемую организмами оболочку Земли, где
сосредоточена основная масса живых организмов и где происходит
наиболее активное взаимодействие между всеми экологическими
компонентами. При этом подразумевалась область взаимодействия
основных оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы, где
встречаются живые организмы. Отметьте при этом, что заслуга
создания
целостности
учения
о
биосфере
принадлежит
В.И.Вернадскому. Укажите, что ту часть биосферы, где живые
организмы встречаются в настоящее время, обычно (в специальной
литературе) называют современной биосферой или необиосферой, а
древние биосферы относят к былым биосферам, иначе
палеобиосферам или мегабиосферам. Примеры последних –
безжизненные скопления органических веществ (залежи угля, нефти,
газа др.) или запасы иных соединений, образовавшихся при
непосредственном участии живых организмов (известняки,
ракушечники, образования мела, ряд руд и многое другое). Эволюция
Земли, а затем образование и развитие биосферы В.И. Вернадский
объединил тремя факторами макроэволюции: – космическими,
геологическими и геохимическими, которое тесным образом связаны
с биологической эволюцией и все участвуют в энергетических
процессах биосферы.
По второму вопросу. Обратите внимание, на то, что
В.И.Вернадский был, основателем учения о биосфере и что он
впервые глубоко обосновал единство человека и биосферы. Открытие
биосферы В.И. Вернадским в начале ХХ столетия принадлежит к
величайшим научным открытиям человечества, соизмеримым с
теорией видообразования, законом сохранения энергии, общей
теорией относительности, открытием наследственного кода у живых
организмов и теорией расширяющейся Вселенной. В.И. Вернадский
доказал, что жизнь на земле - явление общепланетарные и
космическое, что биосфера - это вещественно-энергетическая
система, обеспечивающая биологический круговорот химических
элементов и эволюцию всех живых организмов, включая и человека.
В. И. Вернадский был первым, кто увидел в биосфере сложную и
хорошо отрегулированную общепланетарную биогеохимическую
20
систему. Не только составом атмосферы и гидросферы обязаны мы
работе биосферы, но и сама земная кора – это продукт биосферы.
В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную
жизнью оболочку Земли. Важно сказать при этом, что в физикохимическом составе биосферы Вернадский выделяет следующие
компоненты:
живое вещество – совокупность всех живых
организмов биосферы Земли, растений и животных, включая
человечество, выраженная в элементарном химическом составе,
массе и энергии; косное вещество - неживые тела или явления (газы
атмосферы, горные породы магматического, неорганического
происхождения и т.п.); биокосное вещество – разнородные
природные тела (почвы, поверхностные воды и т.п.);
биогенное
вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус
почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.); радиоактивное
вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения
(космическая пыль, метеориты). Скажите, что, согласно воззрениям
Вернадского весь облик Земли, ее ландшафты, атмосфера,
химический состав вод, толща осадочных пород обязаны своим
происхождением живому веществу. Жизнь- это связующее звено
между Космосом и Землей, которое, используя энергию, приходящую
из космоса, трансформирует косное вещество, создает новые формы
материального мира. Обратите внимание на то, что учение
Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел
в их неразрывном единстве, что подготовило почву для целостного
восприятия природных систем естествоиспытателями. С учетом
современных представлений, биосфера включает оболочку Земли,
которая содержит всю совокупность живых организмов и часть
вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими
организмами. Иными словами, биосфера – это область активной
жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю
гидросферу и верхние горизонты литосферы. В учении о биосфере
В.И. Вернадского, в сущности, заложены основные положения
возникшего позднее понятия о географической оболочке;
биогеохимические идеи, рассматриваемые, в географическом аспекте
привели к обоснованию ноосферы. Особое значение для уяснения
масштабов воздействия человеческого общества на природу в
настоящее время приобретает следующее его высказывание:
« Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической
силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о
21
перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего
человечества как единого целого». В.И. Вернадский впервые в
истории наук о Земле обосновал понятие, о земном планетном
пространстве, которое, по его мнению, в соответствии с внутренней
спецификой планетных явлений модифицируется на различные
состояния. Укажите что, с развитием науки, биосфера, как таковая,
переходит на уровень ноосферы – сферы разума, где природные и
социальные законы составляют единое целое.
По третьему вопросу. Необходимо уяснить, что на современном
развитии выделяют несколько уровней живой материи, и это, прежде
всего:
1) Генный, или молекулярный уровень. Именно с него начинают
проявляться свойства живого вещества. Его системы представляют
собой активные крупные молекулы – липиды, белки, углеводы,
нуклеиновые кислоты, в которых идут процессы обмена веществ,
связанные с фото- и хемосинтезом, формируются ДНК и РНК,
отвечающие за наследственность. Предметом изучения на этом
уровне являются законы передачи наследственности, а изучает их
наука генетика.
2) Клеточный уровень. Молекулы объединяются в клетки, и только
тогда в них формируются вещества, необходимые для
жизнедеятельности органов и организмов. Предметом изучения на
клеточном уровне служат законы превращения вещества и энергии
внутри клеток. Наука – цитология и тканевый уровень – на этом
уровне
однородные,
одинакового
происхождения
клетки,
взаимодействуя между собой, образуют ткани, изучением которых
занимается гистология.
3) Органный – более высокий уровень организации живого
вещества, нежели предыдущие три. Органы образуются в результате
взаимодействия нескольких типов тканей. На этом уровне изучаются
системы разных органов: побеговые и генеративные – у растений,
системы органов дыхания, пищеварения, размножения – у животных.
Науки - биоморфология и анатомия.
4) Организменный – первый, самый низший уровень изучаемой
общей экологией. В организме взаимодействие систем органов
сводится в единую систему индивидуального организма. Он может
существовать самостоятельно. Вне организмов жизнь не проявляется.
На этом уровне изучаются жизненные циклы отдельных особей,
22
законы образования фенотипов и генотипов. Науки – физиология,
анатомия, зоология, эволюционное учение и др.
5)Популяционно-видовой
–
промежуточный
между
«организменным и надорганизменным» уровнями. Любой вид
растений, животных приспосабливается к внешней среде, не как
сумма отдельных особей-организмов, а как единое функциональное
целое – популяция. В популяции свои законы (внутривидовые
конкуренция и агрегация), свои иерархические взаимоотношения,
своя структура. На данном уровне изучаются законы сохранения
популяцией и ее видом генотипических признаков. Науки –
систематика, биология, экология растений и животных.
6)Экосистемный – изучаются надорганизменные системы,
взаимоотношения популяций, группировок, организмов внутри
экосистемы, т.е. на конкретном участке с однородными условиями
среды. Изучение первичной продуктивности, круговорота веществ
(углерода, кислорода, фосфора, воды и пр.) в пределах биогеоценоза.
Науки – фитоценология, биогеоценология, общая экология.
7) Биосферный – самый высокий, рассматривается взаимоотношения
между собой макроэкосистем, биогеоценозов (лес-степь, лес-болото,
лес-тундра и др.), изучаются закон круговорота веществ, энергии в
глобальном аспекте. Наука – общая экология.
Следует сказать, что взаимодействие живого вещества (материи) с
другим веществом (или энергией) на каждом уровне организации
обусловливает формирование и существование определенных
упорядоченных систем. Все эти системы взаимозависимы одна от
другой и между уровнями организации нет резких разрывов.
Невозможно даже представить существование генов вне клеток,
клеток вне органов, органов вне организмов и т.д.
Укажите на то что, учитывая тесную функциональную связь между
организменным, популяционно-видовым и экосистемным уровнями и
автономность существования их систем, основным содержанием
общей экологии следует считать исследования взаимоотношений
живых организмов (особей) между собой и со средой обитания.
Жизнедеятельность экосистем чрезвычайно сложна. Все процессы
идут непрерывно, подчиняясь своим законам. На естественные
природные процессы накладываются антропогенные, а последние,
как правило, сказываются негативно на функционировании
экосистем. Изучить и понять эти закономерности, и есть главная
задача общей экологии.
23
В заключение рассматриваемой темы, необходимо сделать вывод, с
обобщающимися характеристиками рассматриваемых на семинаре
вопросов и предложить студентам вопросы для самоконтроля.
Вопросы для самоконтроля:
1.В чем состоит значение озонового слоя для биосферы Земли, и
каковы основные причины его истощения?
2.Какой механизм обеспечивает способность биосферы выполнять
геологические, а также и экологические функции?
3.В чем основные отличия косного и живого вещества в биосфере?
4.В чем сущность биогенной миграции атомов в биосфере?
5.В чем сущность гипотезы Г.Дж. Лавлока?
6.Какие этапы проходят вещество и энергия в биологическом
круговороте?
7.Каковы особенности круговорота воды в биосфере?
8.Каковы особенности малого и большого круговорота вещества в
биосфере?
Тесты
1. Что такое биосфера Земли?
а) область жизни, охватывающая другие земные оболочки
б) почва и часть атмосферы, расположенная непосредственно над
ней
в) почвенно-растительный слой Земли и световая зона морей и
океанов
2. Основоположником современных представлений о биосфере
является:
а) В. И. Вернадский;
б) Э. Зюсс;
в) Ж. Ламарк.
3. Термин "биосфера" ввел в науку:
а) В. И. Вернадский;
б) Э. Зюсс;
в) Ж. Ламарк.
4. Функция биосферы в формировании земной коры реализуется
через:
а) повсеместность ее существования
б) живое вещество, участвующее в геологических процессах
в) отдельных живых организмов, активно перерабатывающих
почвенный гумус
5. Парниковому эффекту способствует накопление в атмосфере:
24
а) кислорода;
б) углекислого газа и метана;
в) хлорфторуглеводородов.
6. Озоновый слой защищает биосферу от:
а) инфракрасного излучения;
б) ультрафиолетового излучения;
в) радиоактивного излучения.
7. Биосфера является результатом взаимодействия:
а) живой и неживой материи;
б) живой материи и хозяйственной деятельности людей;
в) неживой материи и космических излучений.
8. Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы
являются:
а) эволюция живых организмов;
б) круговороты веществ и энергии;
в) стабильность внешних границ биосферы.
Раздел №3 Организм и факторы среды
Семинар №3. Комплексное воздействие факторов среды на
жизненные процессы в организмах
Время 2 часа
Цели занятия:
- выяснение влияния температуры и влаги режима на жизненные
процессы в организмах;
- изучение биологических ритмов и света для организмов;
- раскрытие сущности воздействия различных экологических
факторов.
План
1. Влияние температуры и влаги для живых организмов.
2. Биологические ритмы и световой режим.
3. Влияние экологических факторов среды на организмы.
Темы докладов и рефератов
1.Типы и виды экологических факторов.
2.Влияние абиотических факторов на живые организмы.
3.Сущность и особенность эдафического фактора.
4.Лимитирующий фактор в состоянии организма.
5.Главное отличие стенобионтных организмов от эврибионтных
организмов.
6. Адаптация живых организмов к условиям существования.
7. Генетическое разнообразие и изменения природной среды.
25
8. Географическое распространение и выживаемость вида.
9. Кривые толерантности и закон лимитирующих факторов.
10. Генетическое разнообразие и состояние окружающей среды.
Рекомендуемая литература
Основная:
1.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М.: Изд-во ЮНИТИ, 1998.456 с.
2.Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология. – 5-е изд., дораб. – М.:
Дрофа,2001.-240 с.
3.Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей
среды: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003.- 751 с.
4. Шилов И.А. Экология.- М.: Высшая школа,1998.-512 с.
Дополнительная:
1.Биология. В 2-х кн. / В.Н. Ярыгин, В.И.Васильева, И.Н.Волков,
В.В.Синельщикова; Под ред. В.Н. Ярыгина. - М.: Высшая
школа,1997.
2.Богданкевич О.В. Лекции по экологии. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.208 с.
3.Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости
жизни. – М.: ВИНИТИ, 1995.-470 с.
4.Добровольский В.В. Основы биогеохимии. - М.: Высшая школа,
1998.-383 с.
5.Миркин Б.М. Теоретические основы современной фитоценологии. –
М.: Наука, 1985.-136 с.
6.Общая экология / Автор составитель А.С. Степановских. – М.:
ЮНИТИ-ДАНА, 2000.-510 с.
6.Общая экология. В 2-х ч. / Под ред. Н.И. Николайкина. – М.: МГТУ,
2000-20001.
7.Работнов Т.А. Фитоценология, 2-е изд. – М.: Изд-во МГУ, 1983.-291
Методические рекомендации
По первому вопросу. Прежде всего, необходимо уяснить что,
главным источником тепла на Земле является солнечное излучение,
поэтому свет и тепло выступают сопряжено. Тепло один из наиболее
важных факторов, определяющих существование развитие и
распространение организмов по Земному шару. При этом важно не
только количество тепла, но и распределение его в течение суток,
вегетационного сезона, года. Значение температуры заключается в
том, что она изменяет скорость протекания физико-химических
реакций в клетках, а это отражается на росте, развитии, размножении,
26
поведении и во многом определяет географическое распространение
растений и животных. Укажите что, по отношению к температуре
все организмы делятся на криофилы (холодолюбивые) и термофилы
(теплолюбивые). Криофилы не выносят высоких температур и могут
сохранять активность клеток при -8-10°С (бактерии, грибы,
моллюски, членистоногие, черви и др.). Они населяют холодные и
умеренные зоны земных полушарий. Термофилы приспособились к
условиям высоких температур, обитают преимущественно в
тропических районах Земли. В ходе эволюции, приспосабливаясь не
только к периодическим изменениям температуры, но и к разным по
теплообеспеченности районам, растения и животные выработали в
себе различную потребность к теплу в разные периоды жизни. У
каждого вида свой оптимальный диапазон температур, причем и для
разных процессов (роста, цветения, плодоношения и др.) имеются
тоже «свои» значения оптимумов. Расскажите о том, как работают
механизмы адаптации на клеточном уровне, и как можно соотнести
растения к критическим (пессимальным) температурам.
У животных реакции на разный тепловой режим жизнеобеспечения
не менее разнообразны, чем у растений. И все они направлены на
регулирование уровня теплопередачи. В отличие от растений для
животных характерны два типа теплообмена: пойкилотермность и
гомойтермность. К пойкилотермным организмам относятся все
беспозвоночные, рыбы, рептилии и амфибии. Они лишены
способности поддерживать постоянную температуру тела. Для
пойкилотермных организмов типична низкая интенсивность обмена
веществ и почти полное отсутствие механизмов теплорегуляции.
Терморегуляция осуществляется за счет особой структуры, цвета
покрова и специфики поведения. Устойчивость к низким
температурам обеспечивается накоплением жиров, гликогена,
некоторых солей. Неблагоприятные условия пойкилотермные
животные переживают в неактивном состоянии – анабиозе.
Гомойтермные (эндотермные, теплокровные) – животные с высоким
уровнем обменных процессов – птицы и млекопитающие,
обеспечивающие поддержание постоянной температуры тела даже
при значительных колебаниях температуры внешней среды. Тепло
выделяется при биохимических реакциях внутри организма. Чем
ниже температура среды, тем больше потери тепла и тем интенсивнее
идут обменные процессы, повышается продуцирование тепла,
идущего на поддержание постоянной температуры тела. Аналогичная
27
закономерность и при повышении температуры. У гомойтермных
животных различают химическую и физическую терморегуляции.
Укажите также на то, что, промежуточное положение между
пойкилотермными и гомойтермными организмами занимают
гетеротермные.
Говоря о влаге, прежде всего, укажите на то, что в процессе
эволюции у растений и животных выработался многочисленные
сложные приспособления, позволяющие поддерживать водный
баланс и обеспечивать экономное расходование воды. Растения
пустынь и степей приспособились к острому дефициту влаги,
болотные и влажно-тропические растения – к избытку, а лесным
видам необходима высокая влажность воздуха и умеренная
влажность почв. Источниками влаги для растений служат запасы ее в
почве и атмосфере (осадки, туманы, конденсаты), для наземных
животных – вода в водоемах, водяные пары в атмосфере и сочная
пища. При анализе влияния влаги на живые организмы важно
учитывать сезонное распределение и температурный режим среды
обитания. Разные комбинации содержания воды и температуры в
среде обитания создают множество разных ситуаций, благоприятных
и наоборот. Соотношение температуры и влажности характеризует
климат конкретной территории, что важно для выбора популяцией
вида обитания. По отношению к водному режиму экотопа (экотоп –
совокупность факторов местообитания) растения делятся на
влаголюбивые (гигрофиты), сухолюбивые (ксерофиты) и умеренно
влаголюбивые (мезофиты). Гигрофиты (калужницы, болотные осоки,
злаки, папоротник) обитают в очень влажных местах и обладают
низкой засухоустойчивостью. Потеря 15-20% запаса воды для них
невосполнима. Они растут или в глубокой тени под пологом
влажного леса (теневые гигрофиты) или на открытом месте на
переувлажненных или покрытых водой почвах (световые гигрофиты).
Для них характерны толстые слаборазветвленные корни с
минимальным количеством сосущих корней. В органах обилие
воздушных полостей (аэренхима) для аэрации тканей. Ксерофиты –
растения сухого и жаркого климата и местообитаний – пустынь,
степей, саванн, в лесной зоне – растения сухих сосняков и
широколиственных лесов на крутых южных склонах. Они не выносят
переувлажнения, но хорошо приспособились к длительным засухам.
Для них характерны два способа преодоления засухи: активное
регулирование водного баланса и способность выносить сильное
28
иссушение тканей. У ксерофитов очень мощные корневые системы –
по массе в 9-10 раз превышают надземные органы Мезофиты –
способны непродолжительно переносить незначительные почвенную
и атмосферную засухи. К ним относятся луговые и многие лесные
травы (неморальные), лиственные и хвойные деревья лесов
умеренной
полосы,
многие
кустарники,
большинство
сельскохозяйственных культур. Могут расти вместе с гигрофитами и
с ксерофитами, приобретая черты близкие той или другой группе.
Для них типичны хорошо развитые корневые системы смешанного
типа, с густой сетью сосущих корней.
По второму вопросу. Уясните что, жизнь на планете с момента
возникновения
осуществлялась
в
условиях
ритмически
изменяющейся среды. Суточная и сезонная смена комплекса
факторов требовала приспособления к ней всего живого. В процессе
эволюции выработалась четкая соизмеримость и согласованность
биологических ритмов различных форм жизни с периодами
циклических изменений комплекса природных условий. И на
клеточном и на биосферном уровне выработаны ритмы процессов
разной длительности, и все они имеют адаптивный смысл. Он
заключается в том, что ритмичность проявления жизнедеятельности
организмов четко согласуется с периодами наиболее благоприятных
для них условий внешней среды. Свет – главный и постоянный
первично-периодический фактор, влияющий на организмы и
экосистемы с момента их зарождения. В эволюции за большинством
групп живых организмов синхронность их функционирования
закрепилось именно за изменением светового режима. Эти изменения
наиболее устойчивы в своей динамике, автономны и не подвержены
другим влияниям. Выделяют биоритмы суточные, циркадианные,
сезонные, цирканнуальные.
Таким образом, для растений свет необходим в первую очередь, как
ресурс для фотосинтеза и транспирации. Для животных – для
информационного обеспечения. И для тех и других – как
эволюционный фактор-синхронизатор биологических ритмов.
По третьему вопросу.
Отметьте, что экологические факторы
подразделяются на: абиотические и биотические. Рассмотрите их,
указав при этом на то, абиотические факторы – это комплекс условий
неорганической среды, влияющих на организмы, а биотические
факторы – это совокупность влияний одних организмов на другие в
процессе их жизнедеятельности (опыление растений, затенение
29
верхними ярусами нижних, поедание одних особей другими). В
широком смысле это внутри- и межвидовые отношения организмов.
К биотическим факторам относятся и антропические, роль которых
год от году возрастает. Антропические факторы чаще называют
антропогенными. Различия между ними заключаются в том, что
антропогенные факторы управляют процессами формирования
человека и не имеют отношения к влиянию на другие организмы или
среду. Укажите на общие закономерности совместного действия
факторов на организмы. Скажите что, каждый организм, каждая
экосистема развивается при определенном сочетании факторов:
влаги, света, тепла, наличия и состава питательных ресурсов. Все
факторы действуют на организм одновременно. Для каждого
организма, популяции, экосистемы существует диапазон условий
среды – диапазон устойчивости, в рамках которого происходит
жизнедеятельность объектов. Дозы факторов, при которых организм,
популяция или биоценоз достигают наилучшего развития и
максимальной продуктивности, соответствует оптимуму условий. С
изменением этой дозы в сторону уменьшения или увеличения
происходит угнетение организма, и чем сильнее отклонение значения
факторов от оптимума, тем снижение жизнеспособности больше,
вплоть до гибели организма или разрушения биоценоза. Поясните
понятие толерантности, обратив, прежде всего внимание на то что,
для разных видов растений и животных пределы условий, в которых
они себя хорошо чувствуют неодинаковы. Чем шире количественные
пределы условий среды обитания, при которых тот или иной
организм, вид и экосистема могут существовать, тем выше степень их
выносливости, или толерантности. Свойство видов адаптироваться к
условиям среды называется экологической пластичностью, а по
амплитуде переносимых популяциями естественных колебаний
фактора судят об экологической валентности вида. Границы, за
которыми существование невозможно, называются нижним и
верхним пределами выносливости, или экологической валентности.
Укажите, что в природе нет такого места, где бы на организм
действовал один фактор. Все факторы действуют одновременно, и
совокупность этих действий называется констелляцией. Значения
факторов не всегда равнозначны. Они могут быть все недостаточны,
и тогда наблюдается общее угнетение биоты (слабое развитие
растительного покрова, снижение продуктивности, изменение
фракционной структуры биомассы, изменение других показателей
30
экосистем), но чаще одни из них в достатке, даже в оптимуме, а
другие – в дефиците. При этом констелляция не является простой
суммой влияния факторов, т.к. степень воздействия одних факторов
на организмы и популяции зависит от степени воздействия
разнообразных факторов. Кратко рассмотрите влияние атмосферы и
рельефа на жизнедеятельность организмов.
В заключение рассматриваемой темы, необходимо сделать вывод, с
обобщающимися характеристиками рассматриваемых на семинаре
вопросов и предложить студентам вопросы для самоконтроля.
Вопросы для самоконтроля:
1.От каких факторов зависит состав экосистем?
2.Какие из экологических факторов влияют на продуктивность
растений?
3.В чем состоит различие между первичными и вторичными
сукцессиями?
4.Какие факторы приводят к нарушению равновесия в экосистемах?
5.Какие существуют виды экологических факторов?
6.Какое влияние оказывают абиотические факторы на живые
организмы?
7.Какой фактор называется лимитирующим?
8.Каким образом живые организмы адаптируются к условиям
существования?
Тесты
1. Как называются организмы, способные производить
органическое вещество из неорганического, используя энергию
света?
а) продуценты
б) консументы
в) редуценты
2. Как звучит определение биоценоза?
а)совокупность
растительных
организмов,
занимающих
определенную территорию
б) совокупность почвенных микроорганизмов, определяющих
формирование плодородного гумусового слоя
в) совокупность, взаимодействующих между собой организмов,
населяющих экосистему
3. Что такое сукцессия?
а) смена одних организмов другими под воздействием изменения
внешних условий или развития внутренних факторов
31
б) нарушение в соотношении хищник-жертва, приводящее к
неконтролируемому снижению численности тех и других
в) деструкция экосистемы под воздействием кислотных дождей
4. Что такое биологическая продуктивность?
а) общее количество биомассы, производимое сообществом или
популяцией за единицу времени на единице площади
б) возможность и темпы развития любого организма, в зависимости
от условий его обитания
в) бесперебойное функционирование трофической цепи экосистемы
или ландшафта
5. Как следует понимать климаксное состояние экосистемы?
а) как состояние динамического равновесия
б) как состояние деградации в результате эндогенной сукцессии
в) как состояние резкой изменчивости экосистемы под влиянием
внешних факторов
6. Как гласит правило биологического усиления?
а) анаэробное дыхание возможно только для бентосных организмов
б) происходит примерно десятикратное увеличение концентрации
загрязнителя при переходе с одного трофического уровня на
следующий уровень
в) два вида не могут существовать в одной местности, если их
экологические потребности идентичны
7. Закон толерантности - это закон:
а) Барри Коммонера
б) закон Шелфорда
в) закон Дарвина
8. В соответствии с законом пирамиды энергии Р. Линдемана на
каждую последующую ступень переходит приблизительно ___ %
энергии
а) до 5
б) около 10
в) не менее 20
Тема№4 Популяционная экология
Семинар №4
Популяционные особенности и факторы,
регулирующие изменение численности популяции.
Время 2 часа
Цели занятия:
- уяснение структуры и динамики популяции;
- выявление сущности популяции;
32
- уяснение определения численности популяции.
План
1. Понятие о популяции и типы популяции.
2. Эволюционная и функциональная сущность популяции.
3. Колебания численности популяции.
Темы докладов и рефератов
1.Статистические и динамические признаки популяции.
2.Типы распределения популяций в пространстве.
3.Модели роста популяций.
4.Концепция саморегуляции численности популяции.
5.Факторы, влияющие на изменение численности популяций.
6.Флуктуация и осцилляция в изменении численности популяций.
7.Экологическая структура популяций.
8.Типы и принципы распределения особей в популяции.
9. Закономерности образования пищевых цепей.
10. Принципы построения пищевых пирамид.
Рекомендуемая литература
Основная:
1.Акимова Т.А. и Хаскин. Экология: – М.: Изд-во ЮНИТИ, 2000.456 с.
2.Гиляров А.М. Популяционная экология. – М.: Изд-во МГУ, 1990.184 с. 3.Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология. – 5-е изд., дораб. –
М.: Дрофа,2001.-240 с.
4.Одум Ю. Экология: В 2-х т./ Пер. С англ. – М.: Изд. Мир, 1986.
Дополнительная:
1.Бигон М., Харпер ДЖ., Таусенд К. Экология. Особи, популяции и
сообщества.- М.: Мир, 1989, т.1 – 667 с., т.2 – 277 с.
2.Биологический энциклопедический словарь. / Гл. ред. М.С.
Гиляров. – 2-е изд. – М.: Сов. Энциклопедия, 1995. – 864 с.
3.Тимофеев – Ресовский Н.В., Яблоков А.В., Глотов Н.В. Очерк
учения о популяции – М.: Наука, 1973.-277 с.
4.Шилов И.А. Эколого-физиологические основы популяционных
отношений у животных. – М.: Изд-во МГУ, 1977.-263 с.
5.Экологический энциклопедический словарь. – М.: Изд. дом
«Ноосфера», 1999.
6.Хрестоматия по общей экологии (развитие идей) / Сост. Н.А.
Кузнецова. _ М.: Изд-во МНЭПУ, 2001.-292 с.
Методические рекомендации
33
По первому вопросу. Прежде всего, дайте определение популяции,
обратив внимание на его важность. Популяция (populus – от лат.
народ. население) – одно из центральных понятий в биологии и
обозначает совокупность особей одного вида, которая обладает
общим генофондом и имеет общую территорию. Она является первой
надорганизменной биологической системой. С экологических
позиций четкого определения определение популяции еще не
выработано. Наибольшее признание получила трактовка С.С.
Шварца, популяция – группировка особей, которая является формой
существования вида и способна самостоятельно развиваться
неопределенно долгое время. Основным свойством популяций, как и
других биологических систем, является то, что они находятся в
беспрерывном движении, постоянно изменяются. Это отражается на
всех параметрах: продуктивности, устойчивости, структуре,
распределении в пространстве. Популяциям присущи конкретные
генетические и экологические признаки, отражающие способность
систем поддерживать существование в постоянно меняющихся
условиях: рост, развитие, устойчивость. Популяции могут занимать
разные по размеру площади и условия обитания в пределах
местообитания одной популяции тоже могут быть не одинаковы. По
этому признаку выделяют три типа популяций: элементарную,
экологическую и
географическую. Элементарная (локальная)
популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих
небольшой участок однородной площади. Между ними постоянно
идет обмен генетической информацией. Экологическая популяция –
совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки,
приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в
ценозе
называются
ценопопуляцией.
Обмен
генетической
информацией между ними происходит достаточно часто.
Географическая популяция – совокупность экологических популяций,
заселивших географически сходные районы. Географические
популяции существуют автономно, ареалы их относительно
изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц –
во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и
плодов. На этом уровне происходит формирование географических
рас, разновидностей, выделяются подвиды. Рассмотрите структуру и
динамику популяций, сказав при этом, что, динамика, состояние и
воспроизводство популяций согласуются с их возрастной и половой
структурой. Возрастная структура отражает скорость обновления
34
популяции и взаимодействие возрастных групп с внешней средой.
Она зависит от особенностей жизненного цикла, существенно
различающегося у разных видов (например, птиц и у млекопитающих
хищников), и внешних условий. В жизненном цикле особей обычно
выделяют
три
возрастных
периода:
предрепродуктивный,
репродуктивный и пострепродуктивный. Выделите основные
характеристики популяций, такие как численность и плотность.
Численность – общее количество особей на данной территории или в
данном объеме. Плотность – количество особей или их биомасса на
единице площади или объема. В природе происходит постоянные
колебания численности и плотности. Динамика численности и
плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и
процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение
популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и
т.д. Изучение этих процессов и причин их обусловливающих очень
важно для прогнозов состояния популяций.
По второму вопросу: Прежде всего, следует обратить внимание на
двойственное положение популяции в рядах биологических систем,
принадлежащих разным уровням организации живой материи. С
одной стороны популяция является одним из звеньев генетикоэволюционного ряда, отражающего филогенетические связи таксонов
разного уровня, как результат эволюции форм жизни: организм популяция - вид - род - … царство. В этом ряду популяция выступает,
как форма существования вида, основная функция которого
заключается в выживании и воспроизведении. Играя важную роль в
микроэволюционном процессе, популяция является элементарной
генетической единицей вида. Особи в популяции обладают
характерными особенностями строения, физиологии и поведения, т.е.
гетерогенностью. Эти особенности вырабатываются под влиянием
условий обитания и являются результатом микроэволюции,
протекающей в конкретной популяции. Изменение популяций в
процессе адаптации к изменяющимся факторам среды и закрепление
этих изменений в генофонде обусловливает в итоге эволюцию вида.
С другой стороны, в тех же конкретных условиях среды популяция
вступает в трофические и иные связи с популяциями других видов,
образуя с ними простые и сложные биогеоценозы. В этом случае она
является функциональной субсистемой биогеоценоза и представляет
одно из звеньев функционально-энергетического ряда: организм популяция - биогеоценоз – биосфера. Укажите что, "двойственность"
35
популяций проявляется и в биологической противоречивости их
функций. Они сложены особями одного вида, а, следовательно,
одинаковы по экологическим требованиям к условиям среды, и
обладают одинаковыми механизмами адаптации.
Обратите внимание на то, что рост численности и плотности
популяций не бесконечен. У каждой популяции свои пределы
ресурсов, называемые емкостью среды. По мере ее снижения
усиливается внутривидовая конкуренция. Включаются разные
механизмы регуляции численности. У растений начинается
дифференциация растений по размерам и физиологическому
состоянию, у животных падает рождаемость, усиливается агрессия,
они начинают расселяться на свободные территории, внутри
популяций начинаются эпидемии. Реакция у каждого вида на
собственное перенаселение разная, но результат для всех один –
торможение развития и размножения.
По третьему вопросу: Обратите внимание на то, что при
благоприятных условиях в популяциях наблюдается рост
численности и может быть столь стремительным, что приводит к
популяционному
взрыву.
Совокупность
всех
факторов
способствующих росту численности называется биотическим
потенциалом. Он достаточно высок для разных видов, но вероятность
достижения популяцией предела численности в естественных
условиях низка, т.к. этому противостоят лимитирующие
(ограничивающие) факторы. Совокупность факторов, лимитирующих
рост численности популяции, называют сопротивлением среды.
Состояние равновесия между биотическим потенциалом вида и
сопротивлением среды, поддерживающее постоянство численности
популяции получило название гомеостаза или динамического
равновесия. При нарушении его происходят колебания численности
популяции, т.е. изменения ее. Различают периодические и
непериодические колебания численности популяций. Первые
совершаются в течение сезона или нескольких лет, вторые – это
вспышки массового размножения некоторых вредителей полезных
растений, при нарушениях условий среды обитания. Периодические и
непериодические колебания численности популяций под влиянием
биотических и абиотических факторов среды, свойственные всем
популяциям, именуются популяционными волнами. Любая
популяция обладает строго определенной структурой: генетической,
половозрастной, пространственной и др., но она не может состоять из
36
меньшего числа особей, чем необходимо для стабильного развития и
устойчивости популяции к факторам внешней среды. В этом
заключается принцип минимального размера популяций. Однако
наряду с принципом минимального размера популяций есть и
принцип, или правило, популяционного максимума. Оно заключается
в том, что популяция не может увеличиваться бесконечно. Лишь
теоретически она способна к неограниченному росту численности.
При чрезмерном росте численности популяции у млекопитающих,
общественных насекомых, птиц начинается эмиграция на новые
места, где необходима новая адаптация. Укажите при этом, что
каковы бы не были приспособления особей к совместному
проживанию в популяции, каковы бы не были приспособления
популяции к тем или иным факторам, все они в конечном итоге
направлены на длительное выживание и продолжение себя в любых
условиях существования.
В заключение рассматриваемой темы, необходимо сделать вывод, с
обобщающимися характеристиками рассматриваемых на семинаре
вопросов и предложить студентам вопросы для самоконтроля.
Вопросы для самоконтроля
1.Чем отличаются прогрессирующие и стареющие популяции?
3.Какая популяция считается устойчивой?
4.От чего зависит плотность популяции?
5.Каким образом "паразит" регулирует плотность популяции?
6.Поясните, как происходит внутрипопуляционная регуляция
численности?
7.Дайте определение понятию "популяция"?
8.Как характеризуются статические и динамические признаки
популяции?
Тесты
1. Учение о биогеоценозе разработал:
а) В. И. Вернадский;
б) В. Н. Сукачев;
в) А. Тэнсли.
2.Организмы, разлагающие мертвое органическое вещество и
возвращающие неорганические вещества в окружающую среду,
называются:
а) продуцентами;
б) консументами;
в) редуцентами.
37
3. Сапрофагами называются животные, питающиеся
а) трупами и экскрементами других организмов
б) исключительно болотными видами растений
в) корневыми частями растений
4.Совокупность популяций, функционирующая в определенном
пространстве абиотической среды, называется:
а) биоценозом;
б) биогеоценозом;
в) биотопом.
5. Продуценты, консументы и редуценты входят в группу:
а) абиотических компонентов;
б) биотических компонентов;
в) антропогенных компонентов.
6. Организмы, использующие в качестве источника энергии
солнечный свет, называются:
а) редуцентами;
б) фотоавтотрофами;
в) хемоавтотрофами.
7. Консументы второго порядка питаются:
а) растениями;
б) плотоядными животными;
в) хищниками.
8. Основным продуцентом в биосфере являются:
а) бактерии;
б) грибы;
в) зеленые растения.
Раздел №5 Биоценология
Семинар №5 Биоценоз и экологические ниши в структуре
сообществ
Время 4 часа
Цели занятия:
- уяснение формирования многовидовых сообществ;
- установление пространственной структуры биоценозов
- определение экологических ниш и экологических сукцессий
План
1.Взаимоотношения организмов в биогеоценозе.
2.Экологическая ниша и гомеостаз на уровне экосистем.
3.Экологическая сукцессия и экологические пирамиды.
Темы докладов и рефератов
38
1. Биоценоз как биологическая система.
2. Основная функция биоценозов.
3. Цепи разложения.
4. межвидовые отношения в конкурентных биоценозах.
5. Трофическая структура биоценозов.
6. Пространственная структура биоценозов.
7. Экологические ниши.
8. Взаимоотношение видов смежных трофических уровней.
9. Конкуренция и мутуализм.
10. Гомеостаз на уровне экосистем.
Рекомендуемая литература
Основная:
1.Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М.: Изд-во ЮНИТИ, 1998. –
456 с. 2.Николайкин Н.И. Экология: Учеб. для вузов / Н.И.
Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П.Мелехова. – 5-е изд., испр. и
доп. М.: Дрофа, 2006. – 622, [2] с.: ил.
Конституция Российской Федерации. – М.: Юристъ, 2001.
3.Одум Ю. Экология: В 2-х т./ Пер. С англ. – М.: Изд. Мир, 1986.
4.Шилов И.А. Экология.- М.: Высшая школа,1998.-512 с.
Дополнительная:
1.Биологический энциклопедический словарь. / Гл. ред. М.С.
Гиляров. – 2-е изд. – М.: Сов. Энциклопедия, 1995. – 864 с.
2.Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Экология. – 5-е изд., дораб. – М.:
Дрофа, 2001. -240 с.
3. Окружающая среда: энциклопедический словарь- справочник: Пер.
с нам. – М.: Прогресс, 1978.-380 с.
4. Сукачев В.Н. Биоценология и её современные задачи // Журн.
Биол. – М., 1967, т.28, №5, С. 501-509.
5. Хрестоматия по общей экологии (развитие идей) / Сост. Н.А.
Кузнецова. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. -292 с.
6. Экология/ Л.И. Цветкова, М.И.Алексеев и др.; Под ред. Л.И.
Цветковой. – М.: Изд-во АВС; - СПб.: Химиздат, 1999.-488 с.
Методические рекомендации
По первому вопросу. При рассмотрении данного вопроса, укажите,
что биогеоценоз - эволюционно сложившаяся, пространственно
ограниченная, длительно самоподдерживающаяся, однородная
экологическая система Биогеоценоз характеризуется относительно
самостоятельным обменом веществ и особым типом использования
потока солнечной энергии.
Биогеоценология - наука о
39
взаимосвязанных и взаимодействующих комплексах живой и косной
природы. В круг вопросов, решаемых биоценологией, входят
следующее: исследование структуры, свойств и функций
составляющих биогеоценозы компонентов и расшифровка механизма
их связей; изучение потоков вещества и энергии в них, а также доли и
формы участия их компонентов в материально-энергетическом
метаболизме всего комплекса и особенно в его биологической
продуктивности; изучение преобразования одними компонентами
состояний, свойств и работы других; определение их роли в
изменении и динамике биогеоценоза: установление реакций
компонентов и биогеоценоза в целом на стихийные воздействия и
хозяйственную деятельность человека; изучение устойчивости
биогеоценозов и её регуляторных механизмов; исследование
взаимосвязей, как между соседними, так и между более отдалёнными
биогеоценозами, обеспечивающими единство биогеосферы и её
крупных частей. Рассмотрите биогеоценоз, сказав при этом что,
биогеоценоз - взаимосвязанная совокупность микроорганизмов,
растений, грибов и животных, населяющих более или менее
однородный участок суши или водоема. Биогеоценоз характеризуется
определенными отношениями организмов между собой и
приспособленностью к окружающей их среде. Биогеоценоз образуют
организмы различных систематических групп - микроорганизмы,
грибы, растения, животные - между которыми возникают
разнообразные связи, именно эти связи и являются предметом
экологии. Каждый организм живет в окружении множества других
организмов, вступает с ними в самые разнообразные отношения, как
с отрицательными, так и с положительными для себя последствиями,
и, в конечном счете, не может существовать без этого живого
окружения. Связь с другими организмами - необходимое условие
питания и размножения, возможность защиты, смягчения
неблагоприятных условий среды, а с другой стороны - это опасность
ущерба и часто даже непосредственная угроза существования
индивидуума. Всю сумму воздействий, которую оказывают друг на
друга живые существа, объединяют под названием биотические
факторы среды. Прежде всего, между организмами возникают
трофические (пищевые) взаимоотношения, когда одни представители
биоценоза служат пищей для других. Именно трофические связи
между организмами осуществляют передачу энергии в биогеоценозе.
Не менее важными являются конкурентные взаимоотношения,
40
возникающие тогда, когда один и тот же ресурс используют
несколько видов сообщества. Однако между организмами возникает
и масса непищевых, не менее важных в их жизнедеятельности,
взаимоотношений. Живые организмы поселяются друг с другом не
случайно, а образуют определенные сообщества, приспособленные к
совместному обитанию. Укажите, что по направленности действия на
организм все воздействия подразделяются на: позитивные,
негативные и нейтральные.
По второму вопросу. «Экологическая ниша» — термин, имеющий
значение при рассмотрении принципа конкурентного исключения.
Например, фундаментальная ниша, согласно Хатчинсону, — это
определённый объем в многомерном пространстве, занимаемый
данным видом, причём каждое измерение соответствует одному из
изменяющихся факторов, необходимых для жизни вида.
Принимается, что многомерный объем фундаментальной ниши не
нарушается присутствием конкурентных видов. В таком случае
реализованная ниша — это фундаментальная ниша, ограниченная
присутствием конкурентного вида. Укажите также, что полевой
натуралист знает, что такое экологическая ниша на практике, и в
зависимости от условий может дать ей формальное определение или
нет. Грунтовые воды и поверхностные воды — это разные
экологические ниши для корневых систем растений. Крупные семена
и мелкие семена — разные пищевые ниши для зерноядных птиц и т.д.
Можно привести бесконечное множество подобных примеров; все
они показывают, что нишу можно охарактеризовать по двум
категориям факторов: 1) местообитание или обширная область среды,
к которой приспособлен данный вид; 2) ограничения, налагаемые на
использование этой среды межвидовой конкуренцией и межвидовым
отбором. Следовательно, нишу можно рассматривать как тот аспект
местообитания, к которому данный вид особенно хорошо
адаптирован. Из этого логически вытекает представление о различиях
в ширине ниш. Экологические ниши могут быть относительно
узкими или относительно широкими. Ширина ниши, по-видимому,
коррелирует со степенью специализации того вида, который её
занимает. Ряд экологов указывали на то, что ширина ниши
уменьшается с усилением межвидовой конкуренции. Присутствие в
данном сообществе ряда экологически сходных видов способствует
созданию узкой специализации и сокращению ширины ниши.
41
Говоря, о гомеостазе на уровне экосистем определите, что
многообразные перекрывающиеся формы связей между популяциями
разных видов объединяют биоценоз в целостную биологическую
систему. Как и системы иного уровня, биоценоз существует в
определенных условиях географической среды. Среда эта не
стабильна, и устойчивое выполнение центральной функции
экосистем — поддержания круговорота должно обеспечиваться
биоценотическими адаптивными механизмами. Эти механизмы
действуют как в сфере исторически установившихся стабильных
взаимоотношений, адаптивных к наиболее общим условиям
существования данной экосистемы, так и в системе взаимосвязей,
определяющих устойчивое поддержание этих отношений в
колеблющихся условиях конкретной среды.
На уровне экосистем набор видов, состав и сложность
трофических сетей, наиболее устойчивые формы взаимодействия
между видовыми популяциями отражают приспособленность к
наиболее фундаментальным особенностям среды и направлены на
устойчивое поддержание биогенного круговорота в этих условиях.
Нарушения в экосистеме, происходящие на фоне неизменных
средних характеристик среды, вызывают функциональные адаптации
компенсаторного типа, сохраняющие принципиальную структуру
биоценоза.
При устойчивых (необратимых) изменениях среды
происходит направленная смена типов сообществ, формирование
нового климакса. Это можно рассматривать как смену уровня
стабилизации биоценотических систем. Наиболее отчетливо этот
процесс прослеживается в геологических масштабах времени,
соответствующих вековым изменениям климата, рельефа и других
условий, а также и деятельности человека. В конечном итоге
многообразие форм жизни определяет уникальные свойства
биосферы как самоподдерживающейся системы, гомеостаз, который
запрограммирован на всех уровнях организации живой материи.
По третьему вопросу. Обратите внимание на то, что специфические
закономерности сукцессий заключаются, прежде всего, в том, что в
каждой из них, как и каждой стадии, присущ тот набор видов,
которые, во-первых, характерны для данного региона, а, во-вторых,
наиболее приспособленного ряда. Различными будут и завершающие
(климаксные) сообщества. Сукцессионные смены обычно связывают
с тем, что существующая экосистема (сообщество) создает
неблагоприятные условия для наполняющих ее организмов
42
(почвоутомление, неполный круговорот веществ, самоотравление
продуктами выделения или разложения и т.п.). Такие явления
реальны, но не объясняют всех случаев смен экосистем. Укажите,
что наряду с природными факторами причинами динамики экосистем
все чаще играет антропогенный фактор. К настоящему времени им
разрушено большинство коренных (климаксных) экосистем. К
сменам экосистем ведут также такие виды деятельности человека, как
осушение болот, чрезмерные нагрузки на леса. Антропогенные
воздействия часто ведут к упрощению экосистем. Такие явления
обычно называют дегрессиями. Климаксные экосистемы обычно
чувствительны к различным вмешательствам в их жизнь. Выделите
первичные и вторичные сукцессии. Сукцессии называются
первичными, если они возникли на исходно безжизненном
пространстве. Наряду с первичными сукцессиями выделяют и
вторичные сукцессии. Основное отличие вторичных сукцессий от
первичных сукцессий заключается в том, что они протекают
несравненно быстрее первичных, так как начинаются с
промежуточной стадии (трав, кустарников или древесных растенийпионеров) и на фоне более богатых почв. Конечно, вторичная
сукцессия возможна только в тех случаях, если человек не будет
оказывать сильное и постоянное влияние на развивающиеся
экосистемы. Обычно считается, что по мере развития сукцессионного
процесса продуктивность увеличивается и достигает максимума на
промежуточных стадиях, а затем в климаксном сообществе резко
уменьшается. Последнее связывают, во-первых, с тем, что в это время
максимум первичной продукции потребляется консументами, а, вовторых, экосистема развивает чрезвычайно большую массу
ассимиляционного аппарата, что ведет к дефициту освещенности,
следствием чего является снижение интенсивности фотосинтеза при
одновременном возрастании потерь продуктов ассимиляции на
дыхание самих автотрофов. Укажите на то, что эти положения нельзя
распространять на все климаксные сообщества, т.к. нет
ни
теоретических предпосылок, ни фактических данных, которые бы
свидетельствовали об этом. Это противоречит принципам адаптации
к увеличению биогенной геохимической энергии организмами как
условию их выживания (второй биогеохимический принцип В.И.
Вернадского). Рассматривая, экологические пирамиды, обратите
внимание на то, что соотношение численности, биомассы или
эквивалентной ей энергии живых организмов называется пирамидой
43
численности биомассы или энергии. Длина или площадь
пропорциональна числу организмов их биомассе или эквивалентной
ей энергии. С помощью экологических пирамид можно изучать
изменения, происходящие в экосистемах, а также взаимоотношения
видов. В экологической пирамиде каждый прямоугольник означает
определенный трофический уровень. Скажите что, экологические
пирамиды бывают трех типов: численности, биомассы и энергии.
В заключение рассматриваемой темы, необходимо сделать вывод, с
обобщающимися характеристиками рассматриваемых на семинаре
вопросов и предложить студентам вопросы для самоконтроля.
Вопросы для самоконтроля:
1.В чем состоит различие между понятиями «биоценоз» и
«биотическое сообщество»?
2.Каковы
критерии для выделения истинного биотического
сообщества?
3.Какие основные эмерджентные свойства сообществ и биоценозов?
6.Назовите основные формы и признаки проявления межвидовой
конкуренции?
7.Каковы возможные экологические и эволюционные последствия
межвидовой конкуренции?
8.Какие абиотические и биотические факторы стимулируют рост
биоразнообразия сообществ и экосистем?
Тесты
1. Что такое сукцессия?
а) смена одних организмов другими под воздействием изменения
внешних условий или развития внутренних факторов
б) нарушение в соотношении хищник-жертва, приводящее к
неконтролируемому снижению численности тех и других
в) деструкция экосистемы под воздействием кислотных дождей
2. Обязательными составляющими экосистемы являются:
а) флора и фауна;
б) биоценоз и биотоп;
в) почвенный и растительный покровы.
3. Воздушная, водная и твердая среда обитания входят в группу:
а) абиотических компонентов экосистемы;
б) биотических компонентов экосистемы;
в) антропогенных компонентов экосистемы.
4. Как следует понимать климаксное состояние экосистемы?
а) как состояние динамического равновесия
44
б) как состояние деградации в результате эндогенной сукцессии
в) как состояние резкой изменчивости экосистемы под влиянием
внешних факторов
5.Что означает состояние гомеостаза экологической системы
а) состояние внутреннего динамического равновесия
б) неравновесное состояние, вызванное внешними воздействиями
в) состояние активно протекающих процессов сукцессии
6.Как соотносятся между собой понятия биогеоценоз и экосистема
а) как синонимы
б) экосистема представляет собой частный случай биогеоценоза
в) биогеоценоз представляет собой частный случай экосистемы
7. Биоценоз- это:
а)
совокупность
растительных
организмов,
занимающих
определенную территорию
б) совокупность животных, образующих трофические цепи
в) совокупность, взаимодействующих между собой организмов,
населяющих экосистему
8.Каковы показатели благополучного состояния экологических
систем в естественных условиях
а) наличие в экосистемах трофических цепей
б) отсутствие хищных животных, способных нарушить равновесие в
системе хищник – жертва
в) биологическая продуктивность и видовое разнообразие
растительных сообществ, отвечающее зональным характеристикам
Тема №6 Человек и биосфера
Семинар №6. Антропогенное влияние на биосферные процессы
Время 2 часа
Цели занятия:
- уяснение места и роли человечества в эволюции биосферы;
- определение сущности антропогенного изменения ландшафтов;
- выяснение характера возможности регулирования биосферы.
План
1.Единство биосферы и человечества.
2.Антропогенное изменение ландшафтов.
3.Возможности регулирования биосферы.
Темы докладов и рефератов
1.Влияние хозяйственной деятельности человека на биоту.
2.Урбанизированная среда обитания современного общества.
3.Факторы экологического риска для здоровья человека.
45
4.Классификация негативных факторов и их воздействие на человека.
5.Современные глобальные экологические проблемы.
6.Главные источники антропогенного загрязнения атмосферы,
гидросферы и литосферы.
7.Современные методы очистки сточных вод.
8.Оценка степени радиоактивного загрязнения территории.
9.Структура промышленных и бытовых отходов.
10.Основные экологические проблемы мусоросжигания.
Рекомендуемая литература
Основная:
1.Конституция Российской Федерации. – М.: Юристъ, 2001.
2.О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации
в 1997 году. Государственный доклад. - М., 1998.
3.Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому
развитию // СЗРФ. 1996, №5. Ст. 1572.
4.Акимова Т.А. и Хаскин. Экология: – М.: Изд-во ЮНИТИ, 2000.456 с.
5. Шилов И.А. Экология. – М.: Высш. шк., 2003.-512 с.: ил.
Дополнительная:
1.Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере//Усп. совр. биол., 1994
– Т. 18-№2. – С. 113-120.
2.Гумилев Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. – М.: Айрис – пресс,
2004.-560 с.: ил.
3.Программа действий. Повестка дня на XXI век и другие документы
конференции в Рио-де-Жанейро в популярном изложении. – Женева:
Публикации Центра «За наше будущее», 1999.
4. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и
устойчивое развитие. – М.: Изд-во Прогресс-Традиция, 2000. -416 с.
5. Моисеев Н.И. Человек и ноосфера. – М.: Молодая гвардия, 1990.352 с.
6. Вайцзеккер Э., Ловинс Э., Ловинс Л. Фактор четыре. Затрат –
половина, отдача двойная: Новый доклад Римскому клубу. – М.:
Academia, 2000. – 400 с.
7.Петров К.М. Экология человека и культура. – СПб: Химиздат, 1999.
– 384 с.
Методические рекомендации
По первому вопросу. Обратите внимание на то, что одной из
ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере,
является то, что человек не является самодостаточным живым
46
существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует
внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено,
прежде всего, функциональной неразрывностью окружающей среды
и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик.
Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что
влияние биосферы сказывается не только на среде жизни, но и на
образе мысли. Но не только природа оказывает влияние на человека,
существует и обратная связь. Причем она не поверхностная,
отражающая физическое влияние человека на окружающую среду,
она гораздо глубже. Мы являемся наблюдателями и исполнителями
глубокого изменения биосферы. Причем перестройка окружающей
среды научной человеческой мыслью посредством организованного
труда вряд ли является стихийным процессом. Корни этого лежат в
самой природе и были заложены еще миллионы лет назад в ходе
естественного процесса эволюции. Отсюда, кстати, можно заключить,
что высказывания о самоистреблении человечества, о крушении
цивилизации не имеют под собой веских оснований. Было бы, по
меньшей мере, странно, если бы научная мысль – порождение
естественного геологического процесса противоречила бы самому
процессу. Мы стоим на пороге революционных изменений в
окружающей среде: биосфера посредством переработки научной
мыслью переходит в новое эволюционное состояние – ноосферу. При
этом человек впервые реально понял, что он житель планеты и может
и должен мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте
отдельной личности, семьи или рода, государств или их союзов, но и
в планетном аспекте. Он, как и все живое, может мыслить и
действовать в планетном аспекте только в области жизни — в
биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он
неразрывно, закономерно связан, и уйти, из которой он не может. Его
существование есть ее функция. Он несет ее с собой всюду. И он ее
неизбежно, закономерно, непрерывно изменяет. Настоящее время
характерно тем, что любые происходящее на планете событие
связываются в единое целое. И с каждым днем социальная, научная и
культурная связанность человечества только усиливается и
углубляется. В.И.Вернадский выявил некоторые геохимические и
общегеологические закономерности деятельности человека на
планете.
Важно
понять
и
представлять
нерасторжимую
сопряженность живого вещества, как выражался Вернадский, со
всеми вещественными структурами Земли. В истории человечества
47
можно выделить несколько качественно своеобразных этапов
взаимодействия природы и общества, раскрыть диалектику этих
взаимоотношений – значит показать их внутреннее противоречия,
характеризующие особое положение человека в природе. С одной
стороны, человек является природным, биологическим существом, с
другой – социальным, посредством своей производственной
деятельности, противопоставляющим себя остальной природе.
Вместе с тем человек как биологическое существо не может жить без
непрерывного обмена веществ с окружающей средой в процессе
жизнедеятельности, поэтому, являясь частью природы, человечество
обязано развивать свою производственную деятельность, согласуясь
с законами природы.
По второму вопросу. Скажите, что в современной ландшафтной
архитектуре выделяют понятия природного и антропогенного
ландшафта. Природный ландшафт - значительные по размерам
открытые пространства, сохранившие свой естественный характер,
например, лесные массивы, долины рек, возвышенности, обширные
акватории. Они весьма чутки к изменениям, вызываемым процессом
урбанизации, промышленного и сельскохозяйственного освоения,
поэтому можно говорить лишь о частичном сохранении нетронутого
ландшафта в градостроительстве. В практике градостроительного и
ландшафтного проектирования под термином «природный»
понимают
взаимосвязанные
элементы
природы,
противопоставляемые застройке, инженерно-техническим системам
города, в том числе и те, которые имеют антропогенное
происхождение (лесопарки, водохранилища, сады, композиции из
растительности и камней, газонные покрытия и т. п.). Связи городприрода должны рассматриваться как исходная и решающая, а не
второстепенная позиция проектирования (после решения селитебных,
производственных, транспортных, коммунально-хозяйственных,
парадно-репрезентативных вопросов). Природные условия могут в
значительной мере влиять на градостроительные решения, например,
при необходимости сохранения всех существующих лесных массивов
и водных пространств в условиях недостатка природных ресурсов.
Взаимодействие природной среды и города проявляется в
эстетическом образе городского ландшафта и его восприятии
человеком как комфортного или дискомфортного.
В природном ландшафте, где ещё не отмечено влияние современной
культуры, преобладают крупные деления - лесные массивы, степи
48
или водные пространства. Освоение человеком территорий вызывает
дробление ландшафта на части. Появляются новые факторы,
влияющие на облик ландшафта, во-первых, элементы, изменяющие
поверхность земли, - сельскохозяйственных площадей, водоемов,
автомобильных и железных дорог, отвалов пустой породы,
заброшенных карьеров и прочих неудобных земель. Во-вторых,
элементы, изменяющие объемно-пространственную структуру
ландшафта, - населенных пунктов, промышленных сооружений, сети
электропередач и прочих сооружений. Эти факторы сильно изменяют
природный ландшафт. Часто, неразумное использование природных
богатств, приводит к обезображиванию отдельных элементов
ландшафта, а порой и к полному разрушению естественного облика
целых районов. Обратите внимание на то, что хозяйственная
деятельность человека привела к появлению в природной среде
планеты не свойственных ей ландшафтов; характеризуемых как
антропогенные ландшафты. К ним относятся: городские ландшафты
и их компоненты, включающие жилые и индустриальные районы.
Особенностью таких ландшафтов является изменение и загрязнение в
результате техногенной урбанизации компонентов природных
ландшафтов. Укажите на то, что большая часть людей живёт в
городах, поэтому нахождение в равновесии с природой города – это
цель деятельности человечества. Одной из задач в достижении этой
цели является разумная деятельность в плане проектирования и
организации культурных ландшафтов.
По третьему вопросу. Скажите, что по сути дела, управление
качеством природной среды означает реализацию необходимого в
интересах человеческого общества развития природной среды. Эта
необходимая линия связана с выбором оптимального варианта из
всех возможных путей изменения качества природной среды с учетом
возрастающих требований человека к окружающей среде в целом.
Оптимизация управления качеством природной среды может быть
достигнута на основе комплексных исследований последствий как
непреднамеренного воздействия на окружающую среду, так и
целенаправленного преобразования природы с помощью научных
расчетов, системного анализа, прогностических методов следует
сказать, что сегодня регулирование природных процессов на основе
указанных научных прогнозов не всегда приносит результаты. Это
происходит вследствие огромных трудностей в определении
правильной оценки последствий воздействия человека на природу,
49
поскольку каждое изменение хотя бы одного элемента природы в
силу существующих в природе взаимосвязей приводит к некоторому
нарушению естественного метаболизма. Поэтому особенно большое
значение на современном этапе развития природопользования
приобретает задача получения опережающей информации о
возможных последствиях технических нововведений, позволяющей
скорректировать
управляющее
воздействие
на
основе
предполагаемых знаний о возникновении тех или иных
неблагоприятных тенденций. Обратите внимание на то, что решение
проблемы
рационального
природопользования
в
условиях
усиливающегося воздействия антропогенного фактора является
возможным только на основе точной и системной реализации научно
обоснованных мероприятий, учитывающих социально-экологические
законы. Исходя из этого, можно утверждать, что в современных
условиях чистота окружающей среды, сохранение равновесия
экологических
систем
рациональное
использование
и
воспроизводство природных ресурсов являются первоочередными
задачами в эколого-экономической реорганизации производственных
процессов, что с необходимостью предполагает интегративный
подход к управлению общественным производством и естественными
природными процессами как целостной системой. На нынешнем
этапе экологической ситуации без учета научно обоснованной
экологической стратегии общественного развития невозможно
организовать оптимальное управление хозяйственной деятельностью.
Противоречия между обществом и природой, возникающие в
процессе их взаимодействия могут успешно разрешаться в том
случае, если человек, овладев закономерностями развития природы,
приводит свою деятельность в соответствии с ними, необходимым
образом учитывает их, предвидит последствия предпринимаемых
действий. Динамика социального прогресса обусловливает
необходимость понимания человеком наступившего нового
тысячелетия. Сообразуясь с ограниченностью природных ресурсов
эффективность общественного производства должна определяться не
с позиции производства продукции для удовлетворения человеческих
потребностей, а с позиции их регулирования в соответствии с
возможностями
природы.
Формирование
и
регулирование
экологически рациональных потребностей — важное направление
социальной деятельности, реализация которого будет способствовать
разрешению противоречий между обществом и природой. Реализация
50
задачи по восстановлению равновесия между природой и обществом
может быть вполне успешной, если будет сформирована развитая
система усвоения адекватных экологических представлений,
включающая комплекс взаимосвязанных средств формирования
экологического мышления и экологической культуры. Сложность
решения этой задачи, ориентированной на рационализацию
природопользования обусловлена тем, что ее нужно решать в
условиях прогрессирующего использования природной среды.
В заключение рассматриваемой темы, необходимо сделать вывод, с
обобщающимися характеристиками рассматриваемых на семинаре
вопросов и предложить студентам вопросы для самоконтроля.
Вопросы для самоконтроля:
1.Какие формы антропогенного воздействия связаны с кризисным
состоянием на всех уровнях биосферы?
2.Какое влияние оказывают города на биосферу?
3.Какие источники загрязнения атмосферы Вам известны?
4.Каковы возможные последствия усиления парникового эффекта?
5.Какие главные направления антропогенно воздействия
на
изменение ландшафтов Вам известны?
6.Как и в чём проявляется процесс синантропизации фауны?
7.В чём проявляется деятельность человека как фактор эволюции?
8.В чем сущность экологизации многих научных дисциплин?
Тесты
1. Возможным последствием парникового эффекта может быть:
а) увеличение количества атмосферных осадков;
б) повышение уровня Мирового океана;
в) разрушение озонового слоя.
2. Катастрофа экологическая подразумевает:
а) определенное нарушение природной среды, приведшее к
снижению биологической продуктивности
б) определенное нарушение природной среды, приведшее к
снижению биологического разнообразия
в) полное нарушение экологического равновесия в экосистемах
3.
Под
экологическим
кризисом
понимается
такое
взаимоотношение между обществом и природой, при котором
а) развитие производительных сил и производственных отношений не
соответствует возможностям ресурсного потенциала природы
б) распространяются загрязнения во всех важнейших сферах
жизнедеятельности человека
51
в) развивается несоответствие между экономической деятельностью
и естественным воспроизводством природных ресурсов
4. Экологический мониторинг, как информационная система
является основанием для:
а) экологического менеджмента
б) развертывания научных исследований
в) развертывания системы наблюдения за состоянием природных и
воздействующих на них техногенных объектов
5. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят:
а) промышленные предприятия и транспорт;
б) сельское хозяйство;
в) строительство.
6. Этап эволюции органического мира, связанный с разумной
деятельностью человека, В. И. Вернадский назвал:
а) антропогеном;
б) биосферой;
в) ноосферой.
7. Совокупность различных воздействий человека на неживую и
живую природу называется:
а) антропогенными факторами;
б) лимитирующими факторами;
в) экологическими факторами.
8. Человеческое сообщество как новое царство рассматривают
представители:
а) антропоцентрического направления;
б) биоцентрического направления;
в) геоцентрического направления.
7. Темы для рефератов и контрольных работ
1.Взаимосвязь общей экологии с другими науками.
2.Применение экологических знаний в практической деятельности.
3.Экологическое благополучие и ответственность в деятельности
людей.
4.Проблемы и задачи современной экологической науки.
5.Структура экологической науки.
6.Основные тенденции развития экологии в настоящее время.
7.Основные методы экологических исследований.
8.Экосистемный подход в изучении биосферы.
9.Особенности применения моделирования в экологии.
52
10.Взаимосвязь экологических проблем на локальном и глобальном
уровнях.
11.Биосфера как глобальная экосистема Земли.
12.Косное и живое вещество в биосфере.
13.Сущность биогенной миграции атомов в биосфере.
14.Ноосфера - высшая стадия развития биосферы.
15.Концепция коэволюции и её особенности.
16.Вещество и энергия в биологическом круговороте.
17.Механизм круговорота углерода, фосфора и азота в биосфере.
18.Особенности круговорота воды в биосфере.
19.Малый (биохимический) и большой (геологический) круговорот
веществ на нашей планете.
20.Преобразование биосферы через изменение отдельных её
составляющих.
21.Типы и виды экологических факторов.
22.Влияние абиотических факторов на живые организмы.
23.Сущность и особенность эдафического фактора.
24.Лимитирующий фактор в состоянии организма.
25.Главное отличие стенобионтных организмов от эврибионтных
организмов.
26.Адаптация живых организмов к условиям существования.
27.Генетическое разнообразие и изменения природной среды.
28.Географическое распространение и выживаемость вида.
29.Кривые толерантности и закон лимитирующих факторов.
30.Генетическое разнообразие и состояние окружающей среды.
31.Статистические и динамические признаки популяции.
32.Типы распределения популяций в пространстве.
33.Модели роста популяций.
34.Концепция саморегуляции численности популяции.
35.Факторы, влияющие на изменение численности популяций.
36.Флуктуация и осцилляция в изменении численности популяций.
37.Экологическая структура популяций.
38.Типы и принципы распределения особей в популяции.
39.Закономерности образования пищевых цепей.
40.Принципы построения пищевых пирамид.
41.Биоценоз как биологическая система.
42.Основная функция биоценозов.
43.Цепи разложения.
44.Межвидовые отношения в конкурентных биоценозах.
53
45.Трофическая структура биоценозов.
46.Пространственная структура биоценозов.
47.Экологические ниши.
48.Взаимоотношение видов смежных трофических уровней.
49.Конкуренция и мутуализм.
50.Гомеостаз на уровне экосистем.
51.Влияние хозяйственной деятельности человека на биоту.
52.Урбанизированная среда обитания современного общества.
53.Факторы экологического риска для здоровья человека.
54.Классификация негативных факторов и их воздействие на
человека.
55.Современные глобальные экологические проблемы.
56.Главные источники антропогенного загрязнения атмосферы,
гидросферы и литосферы.
57.Современные методы очистки сточных вод.
58.Оценка степени радиоактивного загрязнения территории.
8. Вопросы для подготовки к экзамену (зачёту)
1.Экология - ее цели, задачи и методы исследования
2.История развития экологии и становление её как науки.
3.Понятие о среде. Факторы среды и их классификация по
значимости для жизни организма и по характеру воздействия на
организм.
4.Классификация экологических факторов по природе их
происхождения
5.Закономерности взаимодействия организма с экологическими
факторами.
6.Комплексное воздействие экологических факторов на организм.
Понятие об адаптации и акклиматизации.
7.Закон минимума Либиха и дополнительные принципы к нему.
Закон ограничивающих факторов Блэкмана.
8.Закон толерантности Шелфорда и дополнительные принципы к
нему.
9. Понятие о популяции. Популяционная структура вида.
10.Численность и плотность популяции.
11.Пространственная структура популяции.
12.Типы популяций в зависимости от характера возрастного спектра.
13.Рождаемость и смертность, их влияние на численность популяции.
Типы кривых выживания.
14.Типы межвидовых взаимоотношений.
54
15.Принцип конкурентного исключения Гаузе.
16.Понятие о биоценозе, сообществе, биогеоценозе, экосистеме,
биоме и биосфере.
17.Таксономическая структура биоценоза и методы ее изучения.
18.Пространственная структура биоценоза, ее типы.
19.Функциональная структура биоценоза. Понятие об экологической
нише.
20.Трансформация вещества и энергии в экосистеме.
21.Динамика экосистем: циклические изменения и их типы.
22.Динамика экосистем: непериодические изменения, сукцессии и их
типы, теории протекания сукцессий.
23. Закономерности изменения основных характеристик экосистемы в
ходе сукцессии.
24.Наземные экосистемы: характеристика особенностей среды
обитания. Типы биомов.
25.Пресноводные экосистемы: характеристика особенностей среды
обитания.
26.Болота как особый тип пресноводных экосистем, их биосферное
значение.
27.Морские экосистемы: зональность, жизненные формы и
функциональные группы организмов.
28.Учение о биосфере. Классификация веществ, входящих в состав
биосферы.
29.Живое вещество, его биосферные функции и границы
распространения.
30.Биогеохимический круговорот азота.
31.Биогеохимический круговорот фосфора.
32.Биогеохимический круговорот углерода.
33.Биогеохимический круговорот воды.
34.Рождаемость и смертность, их влияние на численность популяции.
Типы кривых выживания
35.Диалектика взаимоотношений общества и природы в ходе их
исторического развития.
36.Влияние человека на биосферные процессы.
37.Антропогенное изменение ландшафтов.
38.Деятельность человека как фактор эволюции.
39.Влияние антропогенного воздействия на эволюцию видов и
биоценозов.
40.Экологический кризис, его этапы и признаки.
55
41.Место человека в биосфере.
42.Концепция ноосферы.
43.Стратегия теплообмена: пойкилотермные и гомойотермные
организмы.
44.Эври - и стенобитные организмы.
45.Свет как фактор фотосинтеза.
46.Иерархическая система популяций.
47.Репродуктивный потенциал.
48.Экспоненциальная и логистическая модели роста популяции.
49.Концепция экологических стратегий (К-стратегия, r-стратегия).
50.Правило экологических пирамид.
51.Пространственная структура биоценозов.
52.Биотопы и Консорции.
53.Основные формы межвидовых связей.
54.Прямые трофические связи.
55.Гомеостаз экосистем.
56.Учение В.И.Вернадского о биосфере.
57.Средообразующая роль живого вещества.
58.Уровни организации живой материи.
59.Биосфера как целостная система.
60.Технологические формы воздействия на загрязнение биосферы.
9. Основные экологические понятия и термины
Адаптация - процесс приспособления организма, популяции или
сообщества к определённым условиям внешней среды; соответствие
между условиями окружающей среды и способностью организмов
процветать в ней.
Анабиоз – способность организмов переживать неблагоприятное
время (изменение температуры окружающей среды, отсутствие влаги
и др.) в состоянии, при котором резко снижается обмен веществ, и
отсутствуют видимые проявления жизни.
Антропогенные
факторы-факторы,
обязанные
своим
происхождением деятельности человека.
Биогеоценоз - крупная наземная естественная экосистема с чётко
выраженными
ландшафтно-географическими
границами
и
определённым преобладающим типом растительности.
Биокосное вещество - вещество, возникающее в результате
совместной деятельности организмов и абиогенных процессов.
Биологическая полноценность биоценоза - такое состояние
биоценоза, при котором его структура и набор видов обеспечивают
56
полноценный круговорот биогенных элементов и гомеостаз
экосистемы.
Биосфера - специфическая оболочка земли, состав, структура и
энергетика которой обусловлены совместной деятельностью живых
организмов в прошедшее и настоящее время.
Биота - исторически сложившаяся совокупность флоры, фауны и
микроорганизмов (не всегда экологически взаимосвязанных, в
отличие от биоценоза), населяющих какую-либо территорию
Вещество живое- совокупность в биосфере живых организмов, их
биомассы.
Вид- совокупность географически и экологически близких
популяций, биологически изолированных от популяций других
видов, особи которых способны в природных условиях скрещиваться
между собой, и обладают общими морфофизиологическими
признаками.
Гетеротрофы- организмы, использующие в качестве источников
питания
органические
вещества,
произведённые
другими
организмами.
Гидробионты- организмы, обитающие в водной среде.
Гигрофилы - наземные организмы (животные), приспособленные к
обитанию в условиях высокой влажности.
Гигрофиты- растения влажных местообитаний.
Гомеостаз- способность биологических систем противостоять
изменениям и сохранять динамическое относительное постоянство
состава и свойств.
Гомойотермные (теплокровные)- животные, температура тела
которых более или менее постоянна и, как правило, не зависит от
температуры окружающей среды.
Доминирующая популяция- популяция, преобладающая в данный
момент времени по биомассе и (или) по численности в собственном
трофическом уровне.
Животные пойкилотермные (холоднокровные)- животные,
температура тела которых меняется в зависимости от температуры
окружающей среды и регулируется внешними физико-химическими
механизмами.
Загрязнение- привнесение в экосистему чуждых ей компонентов,
снижающих жизненность организмов и их сообществ и (или)
нарушающих состояние экотопа.
57
Индекс видового разнообразия - соотношение между числом видов
и любым показателем «значимости» (численности, биомассы,
продуктивности и т.п.).
Климакс - стабильная конечная, кульминационная стадия развития
(сукцессии)
экосистемы
в
условиях
данной
местности;
заключительная стадия развития биоценоза, на которой он находится
в равновесном состоянии с окружающей средой довольно долгое
время.
Конкуренция внутривидовая - соперничество между особями
одного вида.
Конкуренция межвидовая - соперничество между особями
(популяциями) различных видов.
Консументы - организмы, являющиеся в трофической цепи
потребителями органического вещества.
Косное вещество - по В.И.Вернадскому, вещество, образуемое в
результате процессов, в которых живое вещество не участвует.
Ксерофилы - сухолюбивые животные, не переносящие высокой
влажности.
Ксерофиты- растения сухих местообитаний, способные благодаря
ряду приспособительных признаков и свойств переносить перегрев и
обезвоживание.
Мезофиты - растения умеренно увлажнённых местообитаний.
Метаболизм - совокупность процессов биохимических превращений
веществ и энергии в [биосистемах].
Мутуализм - тип тесных взаимовыгодных отношений популяций по
одному или нескольким параметрам при сохранении общей
автономии существования.
Ноосфера- сфера взаимодействия природы и общества, в пределах
которой разумная человеческая деятельность становится главным
определяющим фактором развития.
Окружающая среда- комплекс всех объектов, явлений и процессов,
внешних по отношению к данному организму, популяции или
сообществу организмов, но взаимодействующих с ними.
Особь - самостоятельно существующий организм как элементарный
компонент популяции, обладающий собственным уникальным
генотипом.
Пессимум экологический - наименее благоприятные (обычно
экстремальные) условия, при которых вид ещё может существовать
58
Популяция - совокупность особей одного вида, обладающих общим
генофондом и занимающих общую территорию.
Продуценты - организмы, способные производить сложные
органические вещества из простых неорганических соединений.
Прокариоты- организмы, клетки которых не имеют ограниченного
мембраной ядра – все бактерии, включая архебактерий и
цианобактерий.
Растения светолюбивые (гелиофиты) - растения открытых мест, не
выносящие длительного затенения.
Растения тенелюбивые (сциофиты) - растения, нормально
развивающиеся только в условиях затенения, при рассеянном свете.
Редуценты - организмы, разлагающие мёртвое органическое
вещество и превращающие его в неорганическое вещество,
усваиваемое другими организмами.
Симбиоз - тесное сожительство организмов двух или более видов,
которое, как правило, стало необходимым и полезным для обоих
партнёров.
Сукцессия - последовательная необратимая смена биоценозов,
преемственно возникающих на одной и той же территории в
результате влияния природных факторов … или воздействия
человека.
Сукцессия вторичная - сукцессия, происходящая на месте
сформировавшихся биоценозов после их нарушения
Сукцессия первичная - сукцессия, начинающаяся на субстратах, не
затронутых почвообразованием.
Таксономические (систематические) категории - понятия,
применяемые в систематике для обозначения соподчинённых групп
растений и животных, отличающихся различной степенью родства.
Толерантность - выносливость вида к колебаниям какого-либо
экологического фактора.
Топические связи - связи между популяциями в биоценозе, когда
особи популяции одного вида видоизменяют физико-химические
условия существования другого.
Транспирация - физиологическое испарение воды растением.
Трофическая цепь (пищевая цепь) - взаимоотношения между
организмами, через которые в экосистеме происходит трансформация
вещества и энергии; группы особей … связанные друг с другом
отношением пища – потребитель.
59
Трофические связи - форма связей между популяциями в биоценозе,
проявляющиеся в питании особей одного вида за счёт живых особей
другого вида, продуктов их жизнедеятельности или их мёртвых
остатков.
Трофический уровень - совокупность организмов, занимающих
определённое положение в общей цепи питания.
Факторы абиотические - компоненты и явления неживой,
неорганической природы (климат, свет, химические элементы и
вещества, температура, давление и движение среды, почва и др.),
прямо или косвенно воздействующие на организмы.
Факторы антропические - совокупность воздействия деятельности
человека на органический мир.
Факторы биотические - совокупность факторов живой природы,
которые влияют на организмы, …определяя их условия обитания в
том или ином районе.
Факторы экологические - факторы, оказывающие то или иное
воздействие на биологические структуры экосистемы.
Фенотип - совокупность всех признаков и свойств особи,
формирующаяся в процессе взаимодействия её генетической
структуры (генотипа) и внешней, по отношению к ней, среды.
Фитоценоз - растительная часть биоценоза, устойчивая совокупность
существующих на относительно однородном участке земной
поверхности автотрофных организмов.
Фотосинтез - образование клетками высших растений, водорослей и
некоторыми бактериями органических веществ при участии энергии
света.
Царство - высшая таксономическая категория в системе организмов.
Численность популяции - число организмов, относящихся к одной
популяции в каждый момент времени.
Эврибионты - организмы (виды) с высокой экологической
пластичностью, способные выдерживать широкие колебания
экологических факторов без потери функционального места в
экосистеме.
Экологическая система (экосистема) - основная функциональная
единица экологии, представляющая собой единство живых
организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и
биологическим круговоротом веществ.
60
Экологическая ниша - место вида в природе, определённое его
биотическим потенциалом и совокупным набором факторов внешней
среды.
Экологическая ниша реализованная - реальное положение видовой
популяции в конкретной экосистеме.
Экологическая ниша фундаментальная - объём многомерного
пространства, соответствующего требованиям вида к среде.
Экология - наука о закономерностях формирования, развития и
устойчивого функционирования биологических систем разного ранга
в их взаимоотношениях с условиями среды.
Экосистема виртуальная - абстрактная модель экосистемы,
создаваемая
с
активным
использованием
компьютерных
возможностей в целях экологического мониторинга.
Экосистема естественная - экосистема, возникшая естественным
образом в результате эволюционных процессов в биосфере,
отличающаяся
предельной
гармоничностью
структуры
и
функционирования.
Экосистема искусственная - антропогенная, экосистема созданная
человеком или возникшая при его участии, отличающаяся полным
или частичным отсутствием экологического равновесия.
Экотоп - местообитание сообщества; совокупность абиотических
условий неорганической среды данного участка.
Ярусность - явление вертикального расслоения биоценозов на
разновысокие структурные части.
10. Основные экологические законы
-Закон биогенной миграции атомов (или закон Вернадского):
миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере
в целом осуществляется под превосходящим влиянием живого
вещества, организмов. Живое вещество или принимает участие в
биохимических
процессах
непосредственно,
или
создает
соответствующую, обогащенную кислородом, углекислым газом,
водородом, азотом, фосфором и другими веществами, среду. Этот
закон имеет важное практическое и теоретическое значение.
-Закон внутреннего динамического равновесия: вещество,
энергия, информация и динамические качества отдельных
естественных систем, и их иерархии очень тесно связанные между
собою, так что любое изменение одного из показателей неминуемое
приводит к функционально-структурным изменениям других, но при
61
этом сохраняются общие качества системы — энергетические,
информационные и динамические.
-Закон генетического разнообразия: все живое генетическое разное
и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности.
-Закон исторической необратимости: развитие биосферы и
человечества как целого не может происходить от более поздний фаз
к начальным, общий процесс развития однонаправленный.
- Законы Б. Коммонера:
1)все связанное со всем;
2)все должно куда-то деваться;
3)природа «знает» лучше;
4) ничто не дается даром (за все надо платить).
-Закон корреляции (сформулированный Ж. Кювье): в организме
как целостной системе все его части отвечают одна другой как за
строением, так и за функциями. Изменение одной части неминуемо
вызовет изменения в других.
-Закон минимума (сформулированный Ю. Либихом): стойкость
организма определяется самым слабым звеном в цепи ее
экологических потребностей. Если количество и качество
экологических факторов, близко к необходимому организму
минимума, он выживает, если меньше за этот минимум, организм
гибнет, экосистема разрушается.
-Закон максимума биогенной энергии (закон Вернадского—
Бауэра): любая биологическая и «бионесовершенная» система с
биотой, которая находится в состоянии «стойкого неравновесия»
(динамично подвижного равновесия с окружающей средой),
увеличивает, развиваясь, свое влияние на среду.
-Закон максимизации энергии (сформулированный Г. и Ю.
Одумами и дополненный М. Рэймерсом): в конкуренции с другими
системами сохраняется та из них, которая оказывает наибольшее
содействие поступлению энергии и информации, и использует
максимальное их количество эффективнее. Максимизация — это
повышение шансов на выживание.
-Закон необратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция,
вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже
осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их
обитания.
-Закон однонаправленности потока энергии: энергия, которую
получает экосистема и которая усваивается продуцентами,
62
рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается
консументам первого, второго, третьего и других порядков. Затем
редуцентам, что сопровождается потерей определенного количества
энергии на каждом трофическом уровне в результате процессов,
которые сопровождают дыхание.
-Закон оптимальности: никакая система не может суживаться или
расширяться к бесконечности. Никакой целостный организм не
может превысить определенные критические размеры, которые
обеспечивают поддержку его энергетики. Эти размеры зависят от
условий питания и факторов существования.
-Закон пирамиды энергий (сформулированный Р. Линдеманом): с
одного трофического уровня экологической пирамиды на другого
переходит в среднем не более 10 % энергии.
-Закон равнозначности условий жизни: все естественные условия
среды, необходимые для жизни, играют равнозначные роли.
-Закон развития окружающей среды: любая естественная система
развивается лишь за счет использования материально-энергетических
и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно
изолированное саморазвитие невозможно — это вывод из законов
термодинамики.
-Закон толерантности (закон Шелфорда): лимитирующим
фактором процветания организма может быть как минимум, так и
максимум экологического влияния, диапазон между которыми
определяет степень выносливости (толерантности) организма к
данному фактору. Соответственно закону любой излишек вещества
или энергии в экосистеме становится его врагом, загрязнителем.
-Закон
физико-химического
единства
живого
вещества
(сформулированный В. Вернадским): все живое вещество Земли
имеет единую физико-химическую природу. Из этого явствует, что
вредное для одной части живого вещества вредит и другой его части,
только, конечно, разной мерой. Разность состоит лишь в стойкости
видов к действию того ли другого агента.
-Закон экологической корреляции: в экосистеме, как и в любой
другой системе, все виды живого вещества и абиотические
экологические компоненты функционально отвечают один другому.
Выпадение одной части системы (вида) неминуемо приводит к
выключению связанных с нею других частей экосистемы и
функциональных изменений.
63
-Закон (принцип) исключения Гаузе: два вида не могут
существовать в одной и той же местности, если их экологические
потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же
экологическую нишу.
-Принцип Берталанфи – целое представляет собой нечто большее,
чем сумма составляющих её элементов, поскольку его главная
характеристика – взаимодействие, протекающее между его
различными элементами.
-Принцип Ле-Шателье (в экологии): как всякие материальные
системы, экологические системы, согласно принципу Ле-Шателье,
способны поддерживать свое состояние при резких неблагоприятных
для них воздействиях внешних факторов или возмущениях. При
всяком возмущении экосистема изменяется таким образом, что
снижает эффект этого возмущения и, таким образом, сохраняет свой
status quo. Если экосистему вывести из состояния динамического
равновесия, то она стремится вернуться к нему, используя при этом
часть своей внутренней энергии и упорядоченности. Для всякой
экосистемы существуют пределы толерантности (устойчивости).
-Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым
и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и
имеется постоянное взаимодействие.
11. Периодические издания (газеты и журналы) – (e-mail).
Газеты:
Дом природы – www.motorexpo.ru
Зеленый мир. Экология - www.greenworld.org.ru
Кладовая природы – www.telerpress.ru/member_view
Журналы:
GEO на русском языке – www.geo.ru
Вестник экологического образования в России – www.mnepu.ru
Вселенная, пространство время- www/vselennaya.Kiev.ua
Зеленый
мир.
Экология:
проблемы
и
программы-www.greenworld.org.ru
Планета Земля-http://myplaneta.narod.ru
Природа -http://www.courier.com.ru/priroda/index.html
Проблемы региональной экологии -www.ecoregion.ru
Экологический вестник России [email protected]
Экология – www.wikipedia.org/wiki/
Экология XXI – век- www.radiotec.ru
Экологическое право- www.ecopravo.info
64