Реферат: Методические указания и контрольные задания по дисциплине " экология " для студентов всех специальностей заочного обучения

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ» (МГТУ ГА)




Кафедра Безопасности полетов и жизнедеятельности


Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Матягина А.М.


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

по дисциплине

“ЭКОЛОГИЯ”

для студентов всех специальностей

заочного обучения


Москва - 2008

Рецензент – профессор Беренгартен М.Г. (проректор по учебной работе МГУ инженерной экологии);


Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Матягина А. М.

Методические указания и контрольные задания по дисциплине “Экология” для студентов всех специальностей заочного обучения. – М.: МГТУ ГА, 2008. – 52 с.


Данные методические указания издаются в соответствии с учебными программами всех специальностей для студентов заочного обучения МГТУ ГА. Методические указания разработаны на основании примерной программы дисциплины “Экология”, составленной в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования и одобренной Президиумом научно-методического совета по биологии (Минобразования России, 2000).

В данном издании методических указаний по сравнению с предыдущим (2000 г.) пересмотрены рекомендации по изучению вопросов общей экологии и добавлены разделы, связанные с изучением отраслевых экологических проб­лем.

При разработке методических указаний авторами учтён многолетний опыт преподавания соответствующих дисциплин на кафедре “Безопасность полетов и жизнедеятельности” Московского государственного технического универси­те­та гражданской авиации, а также на кафедрах “Техника основной химии и промышленной экологии” и “Экология городского хозяйства” Московского государственного университета инженерной экологии,

Рассмотрены и одобрены на заседаниях кафедры «Безопасность поле­­тов и жизнедеятельности» 19 декабря 2007 г. (протокол № 5) и методи­чес­ко­го совета механического факультета 25 декабря 2007 г. (протокол № 4).


© Московский государственный технический университет гражданской авиации, 2008 г.

В В Е Д Е Н И Е

В 1866 году немецкий биолог, профессор Йенского университета

Э. Геккель впервые сформулировал понятие о новой науке – «Экологии». В своем труде «Всеобщая морфология» он писал: «Экология – это познание экономики природы, одновременное исследование всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая антагонистические и неантаго­ни­стические отношения животных и растений, контактирующих друг с другом». За почти полтора века, прошедших со времени возникновения «Экологии», многие выдающиеся ученые, в том числе и русские – В. И. Вернадский, В. Н. Сукачев, Н. Н. Моисеев, Н. Ф. Реймерс и др., внесли свой вклад в ее развитие. Экология из раздела биологии превратилась в междисциплинарную науку, охватывающую многие области знаний. За период, прошедший с Конференции ООН по окружающей среде в Стокгольме (1972 г.), Конференции по окру­жаю­щей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (1992 г.) до Саммита по устойчивому развитию в Иоханнесбурге (2002 г.), человечество сформулиро­ва­ло основные принципы стратегии, ведущей к «вписыванию» нашей техноло­ги­чес­кой цивили­зации в естественные экосистемы.

Сегодня экология – это фундаментальная наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющей знания нескольких классических наук: биологии, химии, геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения и др.

Назревающий глобальный экологический кризис цивилизации потребовал создания системы непрерывного экологического воспитания и образования. В наши дни образование в целом и экологическое образование в частности – наиболее дешевый способ предотвращения экологической катастрофы, пере­хо­да к устойчивому развитию.

Основной целью изучения в технических вузах дисциплины «Экология» является повышение экологической грамотности студентов.

Задача курса – сформировать у будущего специалиста экологическое мышление – способность оценивать свои действия, принимаемые технические решения с точки зрения их последствия для Природы.

Курс «Экология» носит мировоззренческий характер и в техническом уни­вер­ситете направлен на то, чтобы дать выпускнику базовые естествен­но­науч­ные понятия для создания представления о единстве всех составляющих био­сфе­ры, месте человека в биосфере и проблемах, вызванных воздействием на сре­ду обитания промышленностью, энергетикой, транспортом (в том числе авиацией).

1. О Б Щ И Е М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я

Дисциплина «Экология» является составляющей блока естественнонауч­ных дисциплин учебных стандартов в Российской Федерации. Она знакомит студентов с историей развития науки «Экология», закономерностями взаимо­от­но­шения организмов между собой и со средой их обитания, а также с био­сфе­рой в целом, пределами ее устойчивости, ролью и местом человека в ней, совре­менными представлениями о причинах и особенностях глобального эко­ло­ги­ческого кризиса, путями и ме­то­дами сохранения современной биосферы.

К настоящему времени издано большое количество наименований лите­ра­туры по дисциплине «Экология», однако не все учебники и учебные по­со­бия напи­саны в соответствии с рекомендациями Министерства образования РФ для студентов, обучающихся по техни­чес­ким направлениям. Большое количество книг ориентировано на студентов иных направлений подготовки и специаль­но­с­тей, таких как биологи­чес­кие, медицинские, юридические и прочие. Кроме того, мало учебной литера­ту­ры, освещающей воздействие на окружающую сре­ду транспорта и, тем более, редки книги об особенностях воздействия авиации.

При подготовке ответов студентам, помимо библиотеки МГТУ ГА, рекомендуется обращаться в региональные библиотеки и к специалистам по охране окружающей среды авиапредприятий. Авторы предупреждают, что научная достоверность информации, распространяемой по сети “Интернет”, не всегда контролируется. Использовать этот современный источник информации рекомендуется только в качестве вспомогательного и при условии полного понимания студентами представленного там материала.

Во всех случаях необходимо приводить полные ссылки на сайты сети «Интернет», из которых получена соответствующая информация. Контрольная работа без полного списка источников информации, использованных студентом, не допускается до собеседования.

Включение в ответы на задания контрольной работы терминов, обозна­че­ний, фактов и примеров, которые студент не может объяснить и проком­мен­ти­ро­вать, является недопустимым. В таком случае работа не зачитывается.

С целью систе­­матизации знаний и для подготовки к последующей разработке раздела “Безопасность и экологичность” пояснительной записки выпускной квалификационной работы важно кратко конспектировать изучаемый материал.

При возникновении вопросов и затруднений в понимании изучаемого мате­риала рекомендуется обращаться за консультацией к преподавателям дис­цип­лин “Экология”, “Промышленная экология” и “Безопасность жизнедея­тель­но­сти” кафедры “Безопасность полётов и жизнедеятельности” университета.

В период лабораторно-экзаменационной сессии в университете читаются обзорные лекции, предусмотрено выполнение студентами лабораторного прак­ти­кума, расчётных заданий и проведение прочих видов занятий.

При изучении дисциплины «Экология» в МГТУ ГА кафедрой «Безопасность полетов и жизнедеятельности» рекомендуется исполь­зо­вать литературу, пере­чис­ленную ниже.

Для самостоятельной проверки полученных знаний целесообразно исполь­зовать тесты и упражнения по экологии, приведенные в сборнике задач, упражнений и примеров [ 3 ].


2. Л И Т Е Р А Т У Р А


2.1. О с н о в н а я

1. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология: Учебник для вузов. – 6-е изд. – М.: Дрофа, 2008. – 624 с.

2. Николайкина Н.Е., Николайкин Н.И., Матягина А.М. Промышлен­ная экология: Инженерная защита биосферы от воздействия воздушного транс­пор­та: Учебное пособие для вузов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 240 с.

3. Экология. Сборник задач, упражнений и примеров: Учебное пособие для вузов / Н.А. Бродская, О.Г. Воробьев, А.Н. Маковский и др./ Под ред. О.Г. Воробьева и Н.И. Николайкина – 2-е изд. – М.: Дрофа, 2006. – 508 с.


2.2. Д о п о л н и т е л ь н а я

4. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. – 637 с.

5. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология: Учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2004. – 416 с.

6. Акимова Т.А., Кузьмин А.П., Хаскин В.В. Экология. Природа – Человек – Техника: Учебник для вузов / Под ред. А. П. Кузьмина. – 2-е изд. – М.: ЗАО «Издательство «ЭОНОМИКА», 2007. – 510 с.

7. Миллер Т. Жизнь в окружающей среде: В 3 ч. Пер. с англ. / Под ред. Ягодина Г.А. – М.: Издательская группа “Прогресс”, ”Пангея”, 1993 … 1995.

8. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т.; Пер. с англ. – М.: Мир, 1993.

9. Николайкин Н.И., Смирнова Ю.В., Карпин Б.Н. Промышленная экология: Пособие для практических занятий для студентов всех форм обучения. – М.: МГТУ ГА, 2006. – 64 с.

10. Большедворская Л.Г., Матягина А.М. Экономика безопасности труда: Учебное пособие. – М.: МГТУ ГА, 2004. – 84 с.

^ 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К РАЗДЕЛАМ КУРСА


3.1. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

Цивилизация и природа: становление экологии и глобальный экологический кризис. Развитие экологии, научные парадигмы ХХ века. Экология в системе естественных наук и ее современная структура. Экологические проблемы современной России. Литература: [ 1 ] стр. 6 … 30, [ 3 ] стр. 12 … 14.


Существование цивилизации на планете неразрывно связано с природными условиями. Выживание первобытного человека уже зависело от его знаний о разных животных, их повадках, местах обитания. На всех стадиях развития человек влиял на природу – сначала просто как биологический вид, а сегодня мы отмечаем, что человечество постепенно заменяет естественные экосистемы на антропогенные, которые не могут существовать без постоянной поддержки человека. В настоящее время ученые констатируют, что последствия воздейст­вия человека на биосферу носит глобальный характер: разрушено более 60% наземных экосистем, погибли многие водные экосистемы, стремительно умень­ша­ется биоразнообразие. Сегодня планете угрожает глобальный (термо­дина­ми­ческий) экологический кризис. Главными чертами кризиса являются: исто­ще­ние природных ресурсов, перенаселение, загрязнение биосферы ксено­био­ти­ками (чуждыми для ее веществами, могущими вызвать заболевания и гибель живых организмов).

Изучая этот раздел студенту необходимо обратить внимание на основные этапы воздействия человека на окружающую среду. Необходимо знать, что вводя в 1866 г. термин «экология» (oikos– дом и logus – учение), Э. Геккель опирался на труды Ж. -Б. Ламарка, Э. Зюсса, А. Гумбольта, Ч. Дарвина и др. Необходимо по учебной литературе проследить этапы развития науки «Экология» и обратить особое внимание на основные положения учения о биосфере В. И. Вернадского, особенно на положение об определяющем значении воздействия живого вещества на формирование облика планеты.

Парадигма – строгая научная теория, господствующая в течение определенного исторического периода в научном обществе. Суть современной парадигмы нелинейного мышления состоит в том, что все процессы в живой природе и многие процессы в неживой природе описываются нелинейными уравнениями. Студенту необходимо понять, что, с одной стороны, современная картина жизни определяет кризисные состояния как необходимую состав­ляю­щую вечного развития материи, а с другой – в переломные моменты принци­пиально невозможно предсказать, в каком направлении будет происходить даль­ней­шее развитие: станет ли система хаотичной или перейдет на новый, более высокий уровень организации.

Рассматривая современную структуру науки «Экология» следует обратить внимание на ее фундаментальность и комплексность, выделить основные разделы общей экологии. В настоящее время под термином «экология» обычно понима­ют всю совокупность взаимоотношений природы и общества.

Россия входит в состав восьми стран, состояние окружающей среды которых определяет состояние биосферы в целом. Важно проследить, как зароди­лось и раз­вивалось в России движение за охрану природы, а также уяснить каковы современ­ные проблемы охраны окружающей среды в нашей стране и в мире.


^ 3.2. ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ

Понятие о живом организме. Состав клетки. Обмен веществ: пластический и энергетический обмен. Источники энергии для организмов. Экологические категории организмов. Гомеостаз организмов.

Литература: [ 1 ] стр. 31 … 47, [ 3 ] стр. 14 … 16.


Живой организм – биологическая система, состоящая из взаимосвязанных и соподчиненных элементов, взаимоотношения и особенности строения кото­рых определены их функционированием как целого. Следует обратить вни­ма­ние на главные отличия живых организмов от неживого вещества. Клетка – основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элемен­тар­ная живая система, и только вирусы представляют собой неклеточные фор­мы жизни. Рассматривая химический состав клетки, важно уяснить, что такое биогенные элементы и обратить внимание на микроэлементы. Непременным условием жизни является связь клетки с окружающей средой.

Пластический обмен – совокупность реакций синтеза органических моле­кул, идущих на построение тела клетки. Рассматривая пластический обмен, сту­ден­ту следует разобраться и запомнить, что процесс фотосинтеза – процесс синтеза органических соединений из неорганических веществ, идущий за счет энергии света, – происходит в две стадии.

Важно обратить внимание на то, что пластический обмен может идти в организмах также и за счет реакций хемосинтеза – процесса синтеза органиче­с­ких соединений из неорганических веществ с использованием химической энергии, выделяющейся в реакциях окисления неорганических веществ.

Энергетический обмен – совокупность реакций, в результате которых освобождается необходимая для клетки энергия. В природе существует энергия солнечного света, химическая, тепловая, электрическая. Организмам энергия необходима для активного транспортирования веществ, синтеза белков и иных биомолекул, для мышечных сокращений, клеточного деления и многого друго­го. Изучая тему энергетического обмена, следует разобраться в том, каким обра­зом живые организмы запасают и расходуют энергию. Необходимо знать, что сово­купность процессов пластического и энергетического обмена, в ходе которых реализуется связь клетки с окружающей средой, называется метаболизмом.

Обязательным условием жизни на Земле является способность организмов использовать для своей жизнедеятельности различные источники энергии и химические субстраты. В общем виде набор взаимодополняющих категорий организмов представлен продуцентами, консументами и редуцентами. Студент должен ясно представлять разницу между категориями организмов, различать автотрофы – самопитающиеся (самопроизводящие органическое вещество) и геторотрофы – питающиеся за счет других.

Гомеостаз – способность биологических систем противостоять изменениям и сохранять относительное динамическое постоянство своей структуры и свойств. Поддержание гомеостаза - обязательное условие существования, как отдельных клеток, так и организмов, биологических сообществ и экосистем. Студент должен знать о видах гомеостаза живых систем – выносливости и устойчивости, а также иметь представления о механизмах поддержания состояния гомеостаза различных систем.

Разделение всего многообразия животных и растений на виды является способом упорядоченного описания живой природы, основанным на выявлении иерархической структуры ее элементов. Студенту следует знать определение понятия «биологический вид».


^ 3.3. ФАКТОРЫ СРЕДЫ

Понятие о среде обитания. Экологические факторы и их действие. Закономерности воздействия факторов среды: законы Либиха и Шелфорда. Реакция организмов на изменения уровня экологических факторов: измен­чи­вость и адаптация. Экологическая ниша организма, специализированные и общие ниши. Организмы – индикаторы качества среды. Ресурсы среды.

Литература: [ 1 ] стр. 48 … 93, [ 3 ] стр. 16 … 20.


Среда – весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует. Экологический фактор – любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одной стадии его индивидуально развития. Студенту важно знать классификацию экологических факторов, понимать различие между абиоти­чес­кими и биотическими факторами, их формы, различать экологи­чес­кие фак­то­ры воздушной и водной сред, почвы.

Экологические факторы изменчивы во времени и пространстве. Любой живой организм в природе подвергается воздействию множества экологических факторов одновременно. Студент должен знать и понимать законминимума Либиха и закон лимитирующих факторов Шелфорда, которые устанавли­ва­ют правила воздействия различных факторов среды на организмы.

Примечание. В экологии, как и в естествознании в целом, термины "закон", "правило", "принцип" очень условны и чаще всего взаимозаменимы.

Реакцией организмов на изменение уровня экологических факторов является изменчивость и адаптация. Изучая данный раздел, необходимо обратить внимание на то, что особи любого вида различаются между собой внешними и внутренними признаками. Наследственная основа признаков любого вида зако­ди­рована в молекуле ДНК, то есть в генах организмов, совокупность которых называется генотипом. Совокупность образцов генов всех особей некоторой группы организмов одного вида образует генофонд.

Фундаментальное свойство живой природы – это приспособление организ­мов и видов к среде, то есть адаптация. Студенту следует обратить внимание на уровни адаптации и на основные условия адаптации видов.

Любой живой организм занимает в окружающей среде свою экологическую нишу – место, где удовлетворяются все требования организма к условиям среды обитания (составу и режимам экологических факторов). Необходимо знать различие между местообитанием и экологической нишей, знать виды экологических ниш.

Чувствительность организмов к изменению условий среды, к наличию конкретных химических веществ положена в основу методов биоиндикации и биотестирования состояния окружающей среды. Студент должен иметь представления о наиболее распространенном методе лихеноиндикации, методах биотестирования качества воды.

Ресурсы среды – любые источники и предпосылки получения из внешней среды необходимых для жизнедеятельности организмов веществ и энергии, а также их запасы. Студенту необходимо уметь охарактеризовать ресурсы, в том числе энерге­ти­ческие, объяснить разницу между заменимыми и незаменимы­ми ресурсами, исчерпаемыми и неисчерпаемыми.­


^ 3.4. ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ (ДЕМЭКОЛОГИЯ)

Понятие о популяции. Размеры популяций. Возрастная, половая, пространст­­венная и этологическая структуры популяций. Динамика популяций: кривые выживания и роста. Колебания численности популяций. Популяции синантропных видов.

Литература: [ 1 ] стр. 94 … 112, [ 3 ] стр. 20 … 22.

Популяция – минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая генетическую систему и формирующая собственную экологическую нишу. Популяция представляет собой самую мелкую, элементарную группу особей из тех, которым присуща эволюция. Численность популяций изменяется в пределах определенного диапазона. При изучении этой темы необходимо обратить внимание на правило максимума размера колебания плотности популяционного населения и на теорию биоценотической регуляции численности популяции. Важно понять и уметь объяснить, почему даже при крайне неблагоприятных условиях в какой-либо год гибель приплода не становится катастрофической для популяции, имеющей сложную возрастную структуру.

Каждая популяция занимает определенное пространство. Различают случайное, равномерное, неравномерное (групповое) распределение особей на территории (в пространстве). Необходимо уметь охарактеризовать каждый из типов распределения популяций в пространстве, а также этологическую (поведенческую) структуру особей в популяции.

Динамика популяций – это процессы изменения ее основных биоло­ги­ческих показателей (численности, биомассы, структуры) во времени в зависи­мо­сти от экологических факторов. Кривые выживания представляют собой график зависимости от времени числа выживших в данный момент особей для некоторой начальной группы новорожденных. В связи с этим нужно представ­лять типичные кривые выживания и характерные виды кривых роста числен­но­сти популяций. Понимание того, что ограничение пищевых ресурсов или накоп­ле­ние загрязняющих веществ в окружающей среде регулирует численность популяции, в том числе и популяции человека, является очень важным.

Следует знать J–образную и S–образную модели роста численности популяций и уметь объяснить различие между ними, а также иметь понятие о поддерживающей емкости среды.

Помимо природных популяций, находящихся в естественных место­оби­та­ниях, существуют природно-антропогенные популяции, адаптировавшие свою структуру и динамику изменения численности к той или иной системе хозяйствования. Эволюция человеческого общества и образование стабильных поселений привело к образованию синантропных видов, обитающих в жилищах и местах скопления отходов жизнедеятельности людей. Студенту необходимо уметь охарактеризовать синантропные виды и показать, почему они опасны для человека.


^ 3.5. ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ (СИНЭКОЛОГИЯ)

Понятие о сообществах, биоценозе и биотопе. Трофическая структура биоценозов: пищевые цепи и сети, экологические пирамиды. Видовая структура биоценозов: взаимоотношения между организмами, влияние абиотических факторов среды. Экологические ниши видов в сообществах. Пространственная структура биоценозов. Саморегуляция биоценозов и экологическое дубли­ро­ва­ние. Биоразнообразие.

Литература: [ 1 ] стр. 113 … 151, [ 3 ] стр. 22 … 26.

Сообщество – система популяций видов, конкурирующих между собой и формирующих экологические ниши. В связи с этим, нужно обратить внимание на различие понятий сообщество и биоценоз. Биоценоз населяет строго определенный биотоп, а поэтому имеет ограничение в пространстве.

Важнейшим видом взаимоотношений между организмами в биоценозе, фактически формирующими его структуру, являются пищевые отношения (связи). Трофическая (пищевая) цепь – это последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Эта цепь представляет собой путь движения питательных веществ и энергии от продуцентов к консументам и редуцентам, а затем обратно к продуцентам. Студент должен знать о трофических уровнях, уметь проследить перемещение энергии от автротрофных организмов по трофической цепи в пастбищных, а также детритных цепях. Необходимо уметь объяснить причины переплетения в природе пищевых цепей и образования пищевых (трофических) сетей.

Для наглядности представления взаимоотношений между организмами различных видов в биоценозе принято использовать экологические пирамиды численности, биомассы, энергии. Студенту рекомендуется изучить принципы построения различных пирамид, уметь объяснять преимущество и недостатки пирамид каждого типа. Важным для понимания процессов перехода энергии с одного трофического уровня на другой, является знание закона пирамиды энергий или правила 10%.

Видовая структура – это количество видов, образующих биоценоз и соотношение их численности. Видовой состав и численность видов зависят от условий среды. Студенту следует усвоить и уметь привести примеры внутривидовых взаимодействий, а также межвидовой конкуренции на одном или разных трофических уровнях, при различных типах взаимоотношений между популяциями.

Поскольку формирование видовой структуры биоценозов определяют не только конкуренция или хищничество, но и совокупность абиотических факторов, то студент должен уметь объяснить особенности действия закона минимума Ю. Либиха в масштабах сообществ и биоценозов.

Популяции различных видов биоценоза располагаются в пределах границ биотопа, как по площади, так и по высоте. Пространственная структура наземного биоценоза имеет ярусное строение. В водных экосистемах вертикальная структура определяется в первую очередь абиотическими условиями. Особенности вертикальной структуры выражаются в видовом составе, смене доминирующих видов, показателях биомассы, продуктивности. Пространственная структура биоценозов по горизонтали проявляется в их мозаичности и реализуется в виде неравномерного распределения популяций по площади, из-за неоднородности почвенно-грунтовых условий и других абиотических факторов.

Студент должен разобраться в понятии «видовая ниша», которая может быть как фундаментальной, так и реализованной. Знать, что виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество является внутренне противоречивым, но единым и взаимно увязанным системным целым. Следует внимательно ознакомиться с правилами и законами саморегуляции био­ценозов. Следует обратить внимание, что экологическое дублирование важный природный механизм поддержания надежности биоценозов.

Многообразие биологических видов соответствует разнообразию условий обитания на нашей планете. Многообразие биологических видов – основной ресурс и базис устойчивости (гомеостаза) биосферы. Студент должен уметь объяснить на примере аналоговой модели – «волчка жизни» – важность биоразнообразия для поддержания устойчивости биосферы в целом.


^ 3.6. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Понятие об экологической системе. Структура и продуктивность экосистем. Динамика экосистем: круговорот биогенных элементов, гомеостаз и сукцессия, суточные и сезонные ритмические изменения. Жизнь как термодинамический процесс. Характеристика основных экосистем Земли, закономерности географического распространения экосистем.

Литература: [ 1 ] стр. 152 … 194, [ 3 ] стр. 26 … 31.


Экологическая система – совокупность популяций различных видов растений, животных, микробов, взаимодействующих между собой и окружающей средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределенно долгое время.

При изучении экосистем необходимо анализировать в первую очередь поток энергии и круговорот веществ между соответствующим биотопом и биоценозом. Студент должен обратить внимание на структуру экосистемы (биогеоценоза), уметь охарактеризовать составляющие ее компоненты.

В процессе жизнедеятельности биоценоза создается и расходуется орга­ни­ческое вещество, то есть экосистема обладает определенной продуктивностью биомассы. Нужно различать текущую и общую продуктивность, первичную и вторичную продуктивность, а также валовую продуктивность экосистем.

Динамичность – одно из фундаментальных свойств экосистем, которое отражает не только их зависимость от комплекса факторов, но и адаптивную реакцию всей системы на эти факторы. Необходимо четко представлять сущность и различия между биотическим (биологическим) и геохимическим круговоротами веществ, уметь привести примеры биотического круговорота. При изучении раздела следует обратить внимание на то, что, несмотря на устойчивость и сбалансированность процессов, протекающих в экосистемах и в целом, нахождении их в состоянии гомеостаза, в них протекают суточные и сезонные ритмичные изменения.

Динамика экосистем определяется также последовательной сменой одних сообществ другими. Сукцессионное замещение – развитие, при котором в пределах одного и того же биотопа происходит последовательная смена одного биоценоза другим в направлении повышения устойчивости экосистемы. Сле­дует обратить особое внимание на виды сукцессий, их общие закономерности.

Химические превращения в природе и все биологические процессы в экосистемах подчиняются законам термодинамики. Следует проследить, как в экосистеме реализуют 1-й, 2-й и 3-й законы термодинамики, на примере превращения солнечной энергии. Необходимо уяснить, что экосистемы и организмы представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, которые постоянно обмениваются с окружающей средой энергией и веществом, уменьшая при этом энтропию внутри себя, но увеличивая ее во вне в полном соответствии с законами термодинамики. Все разнообразие проявления жизни сопровождается превращением энергии без ее возникновения или исчезно­ве­ния.

Область распространения жизни на Земле состоит из нескольких основных типов наземных экосистем – пустынных, травянистых, лесных, а также водныхэкосистем – озер, рек, океанов. При классификации наземных эко­сис­тем принято использовать признаки растительных сообществ и климатические признаки. При классификации водных систем учитывают соленость, глубину проникновения солнечных лучей, скорость перемещения водных масс, кон­цент­ра­цию растворенного кислорода, температуру и доступ­ность биогенов. Студен­ту необходимо уметь дать характеристику основных типов экосистем, а также знать закономерность их географического распростра­нения.


3.7. БИОСФЕРА

Структура и границы биосферы. Характеристика геосферных оболочек Земли. Свойства и функции живого вещества в биосфере. Физико-химическое единство живого. Биогеохимические циклы. Эволюция биосферы. Ресурсы биосферы, их классификация.

Литература: [ 1 ] стр. 196 … 314, [ 3 ] стр. 31 … 34.


Биосфера – область системного взаимодействия живого и костного вещест­ва. Биосфера включает в себя совокупность всех экологических систем планеты.

Наиболее распространённым является подразделение биосферы на: нижнюю часть атмосферы (до озонового слоя), всю гидросферу, верхние горизонты литосферы (твердой оболочки Земли). Неотъемлемой частью биосферы являет­ся живое вещество. Студент должен уметь дать характеристику всем составляю­щим частям биосферы.

Изучая геосферные оболочки Земли, необходимо рассмотреть общее строение планеты, обратить внимание на различие океанической и материковой коры, охарактеризовать общий биогеохимический круговорот (цикл) веществ.

Далее в данном разделе надо обратить внимание на существующие гипотезы возникновения планеты, гидросферы, биосферы, атмосферы и их эволюцию.

Земля представляет собой огромный магнит, а зона проявления ее магнит­ных свойств называется магнитосферой. Студенту следует знать современную гипотезу о причинах магнетизма Земли, важность магнетизма для живых организмов.

Совокупность живых организмов – наиболее могущественная химическая сила, постоянно действующая на поверхность планеты и определяющая ее внешний облик. Необходимо знать свойства и функции живого вещества в биосфере, уметь показать физико-химическое единство живого. Важно знать наиболее распространенные научные гипотезы возникновения Вселенной и живого вещества. Более подробно следует рассмотреть эволюцию биосферы, химическую и органическую эволюцию живых организмов.

Источниками существования живых организмов в биосфере, или ее ресурсами, являются кислород, вода, почва и т.д. Ресурсы подразделяются в зависимости от соотношения скорости их восстановления и скорости использования на исчерпаемые и неисчерпаемые. Природные ресурсы – часть ресурсов биосферы, которые на данном уровне развития производительные сил и изученности могут использоваться для удовлетворения потребностей чело­вечества. Студент должен разобраться в классификации природных ресур­сов, в том числе в разделении их на доступные и потенциальные.



^ 3.8. ЧЕЛОВЕК В БИОСФЕРЕ

Человек как биологический вид. Среда обитания и биологические потреб­но­сти человека. Экологические факторы и здоровье человека. Защитные системы организма человека и адаптация к экстремальным условиям.

Популяционные характеристики человечества. Факторы, лимитирующие развитие человечества. Особенности антропогенного воздействия на биоту. Антропогенные экологические кризисы.

Литература: [ 1 ] стр. 315 … 363, [ 3 ] стр. 35 … 38.


Базовым положением современного экологического мировоззрения является общность природы человека со всеми живыми существами Земли и необходимость сохранения современной биосферы для продолжения жизни человечества. Человек является биосоциальным существом и представителем биологического вида «человек разумный» (Нomosapiens). Студенту, при изучении раздела, необходимо обратить внимание на характеристику человека как биологического вида, а также на черты, выделяющие человека в царстве животных. Изучая раздел о среде обитания человека, необходимо обратить внимание, что информационная среда для него значительно усложнена по сравнению с другими животными.

Рассматривая биологические потребности человека, следует понимать, что к естественным, эволюционно сложившимся потребностям относятся потреб­ности в сопереживании, а также наличие индивидуального участка в труде и жизни. Многие биологические потребности людей свойственны не только им, но и другим живым существам, особенно высшим животным.

Важно понимать, что если биологические потребности конкретного человека не реализуются, то они заменяются псевдопотребностями, например, потребностью в агрессии или лидерстве путем агрессии, либо неуемной потреб­нос­тью в предметах роскоши и т.п. Подобная псевдокомпенсация в конечном счете ведет к асоциальному поведению человека, то есть к нарушению правил поведения человека в обществе и в природе.

По определению Всемирной организации здравоохранения здоровье – это позитивное состояние, характеризующее личность в целом, то есть состояние физического, духовного и социального благополучия. Необходимо также разобраться в наиболее типичных патологических состояниях и болезнях человека, уметь охарактеризовать защитные системы организма человека, противостоящие неблагоприятным воздействиям внешней среды.

Вид Нomosapiens характеризуется широкими способностями к адаптации и полиморфизмом (разнообразием в проявлении внешних признаков). Адапта­ци­онные возможности организма человека определяются не только физио­ло­гическими, но и социальными условиями и факторами. Изучая раздел, следует обратить внимание на возможности адаптации человека к экстре­маль­ным ситуациям, связанным с питанием и энергетическим обменом, климатическую адаптацию.

Человечество, как любую популяцию живых организмов, характеризуют статические характеристики (численность, плотность, пространственная струк­тура, половой и возрастной состав), а также динамические характеристики (рож­да­е­мость, смертность, миграционная активность, скорость роста, продол­жи­тельность жизни, кривые выживания).

Студент должен уметь дать характеристику статическим и динамическим показателям популяции человека. Изучая динамику изменения фактической численности населения Земли, необходимо выявить и запомнить факторы, лимитирующие развитие человечества: истощение природной среды, загрязнение среды обитания и др.

Студент должен разобраться в различии между экологическим кризисом, бедствием и катастрофой, знать историю основных кризисов, вызванных антропогенным воздействием на экосистемы, запомнить особенности и основные ч