Содержание программы и методические указания к изучению дисциплины «Экология»

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

Тема 1.1. Введение. Общая экология, ее структура.

В данном разделе излагается структура общей экологии, даются определения основных экологических терминов и понятий.

Предметом изучения экологии является значительная часть природных систем (рис. 1). Студентам рекомендуется обязательно ознакомиться с основными положениями общей экологии, которые составляют базу для понимания процессов функционирования разных природных экосистем и биосферы в целом.

Существует довольно много определений экологии, но большинство экологов отдают предпочтение следующему: экология — это наука, изучающая условия существования живых организмов и их взаимосвязи со средой обитания и между собой.

В познании связей организма и среды можно различить четыре уровня: первый - изучение реакций отдельной особи на среду, второй - изучение взаимоотношений в популяциях вида и их взаимодействия с окружающей средой, третий — изучение сложного комплекса связей в сообществе (биоценозе), четвертый — изучение взаимодействий в биосфере (самой крупной, глобальной экосистеме).

Рис 1 Уровни организации материи (по Т. Миллеру, 1993 с дополнениями)

Такое распределение соответствует уровням организации природных систем на Земле (рис. 1) и отражает последовательность освоения материала экологии от нижнего уровня к верхнему.

В природе совместно обитающие популяции различных организмов всегда образуют определенное единство, называемое сообществом, или биоценозом.

Природное жизненное пространство, занимаемое сообществом, называется биотопом. Биотоп вместе с сообществом образуют экологическую систему.

Экосистема - сообщество живых организмов и среда их обитания, которые функционируют совместно, т. е. обмен вещества и энергии происходит в них во взаимной связи. Изучение экосистем — центральный раздел экологии, а сами они - ее главный предмет.

Общую экологию рекомендуется изучать в следующей последовательности, соответствующей ее структуре:

1. Экология организмов (аутэкология)

2. Популяционная экология (демэкология).

3. Учение об экосистемах (синэкология)

4. Учение о биосфере (глобальная экология)

Вопросы для самопроверки

1. Определение экологии, ее разделы и задачи.

2. Предмет изучения общей и прикладной экологии.

3. Законы экологии Коммонера.

4. Понятия биотопа, сообщества, биоценоза, биогеоценоза, экосистемы.

Тема 2. Организмы и среды их обитания, или аутэкология

Изучая данную тему, студенты должны понять, что каждый живой организм находится под влиянием факторов среды. Действие этих факторов подчиняется определенным законам и формирует у различных видов отличительные признаки. Организмы в свою очередь влияют на среду обитания.

Аутэкология (от греч. "autos" - сам) изучает взаимодействие отдельного организма со средой его обитания (образ жизни, взаимодействие с отдельными элементами окружающей среды, поведение и т.п.).

Под экологическими факторами понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы отвечают приспособительными реакциями (адаптациями).

Под средой обитания обычно понимают природные тела или явления, с которыми организм (организмы) находится на прямых или косвенных взаимоотношениях. В пределах биосферы можно выделить четыре среды обитания;

- водная;

- наземно-воздушная;

- почва;

- живой организм.

Существует несколько классификации экологических факторов, однако допускается знание хотя бы одной, наиболее распространенной - деление всех факторов на абиотические, биотические и антропогенные. Действие факторов может быть прямым и косвенным.

Живые организмы не только испытывают влияние со стороны окружающей их среды, но сами активно влияют на среду своего обитания. В результате их жизнедеятельности на среду могут быть оказаны следующие воздействия:

- физико-химическое: изменение свойств среды (газового состава воздуха и воды, структуры и свойств почвы, даже климата местности);

- механическое: например, разрыхление грунта животными при прокладывании ходов, постройке нор; укрепление грунта корнями деревьев; очистка природных вод мелкими рачками, личинками и рыбами, которые имеют своеобразный тип питания, называемый фильтрацией.

При изучении экологических факторов необходимо акцентировать свое внимание на закономерностях, которые являются общими для всех организмов. К таким закономерностям относятся закон оптимума, закон лимитирующих факторов, законы К. Либиха и В. Шелфорда. Осознание этих правил позволит студентам понять, какие экологические факторы могут стать или уже стали лимитирующими для их собственного здоровья.

В результате изучения данного раздела студенты должны иметь общие представления о связях особи с окружающей средой, об основных средах жизни и их свойствах, о воздействии среды на организмы и о средообразующей деятельности организмов.

Вопросы дли самопроверки.

1. Дайте понятие среды обитания.

2. Средообразующая деятельность организмов.

3. Понятие и классификация экологических факторов.

4. Адаптации организмов к воздействию экологических факторов.

5. Закон Либиха. Закон толерантности Шелфорда.

6. Предельно-допустимые концентрации как лимитирующие факторы.

Тема 1.3. Популяционная экология, или демэкология

В данном разделе общей экологии рассматриваются основные свойства популяции, роль факторов внешней среды и внутренних свойств популяционной группы в процессах изменения ее численности.

Демэкология (экология популяций) — описывает колебания численности различных видов под воздействием экологических факторов и устанавливает их причины, рассматривает особь не изолированно, а в составе группы таких же особей, занимающих определенную территорию и относящихся к одному виду.

Популяция - это часть вида (состоит из особей одного вида), занимающая относительно однородное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию определенной численности. Каждый вид в пределах занимаемой территории (ареала), распадается на популяции.

Основные свойства популяций: самовоспроизводство, устойчивость (гомеостатичность), изменчивость.

Основные характеристики популяций: обилие, численность, плотность, иммиграция и миграция.

Демографические показатели популяций: возрастная и половая структуры, рождаемость, смертность.

В результате изучения этого раздела студенты должны знать о том, как происходят изменения биологических видов, отчего численность некоторых растений или животных снижается, а других возрастает, с какой целью необходимо изучать динамику численности популяций.

Вопросы для самопроверки

1. Понятие популяции.

2. Свойства популяции.

3. Демографические показатели популяции.

4. Основные характеристики популяций.

5. Возрастная структура популяции.

6. Динамика популяции.

Тема 1.4. Учение об экосистемах (биогеоценозах), или синэкология.

В процессе изучения природных комплексов студентам необходимо прежде всего определить различия в терминологических понятиях: "местообитание", "биотоп" и "экологическая ниша"; "биоценоз" и "сообщество", "биогеоценоз" и "экосистема".

Одним из главных свойств экосистемы как целостного образования является круговорот вещества и поток энергии, наиболее важным критерием её структуры и функционирования считают пищевые взаимоотношения популяций - трофическую структуру экосистемы (от греч. trophe - питание). Студенты должны иметь представление о продуктивности экологической системы - скорости, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество, которое затем может быть использовано в качестве пищи.

Место организма в природе и образ его жизнедеятельности, включающий отношение к факторам среды, видам пищи, времени и способам питания, местам размножения, укрытий и т. п., называют экологической нишей организма.

Экосистемы изменяются с течением времени. Изменение видовой структуры и биоценотических процессов в экосистеме называют сукцессией экосистемы. Способность сохранять свою первоначальную структуру и противостоять любым изменениям называют гомеостазом.

Межвидовые и внутривидовые взаимодействия в экосистемах рекомендуется изучать, пользуясь схемой (рис. 2).

Рис. 2. Основные типы биотических взаимодействий

В результате изучения данного раздела студенты должны иметь представление о цепях питания; о трофической структуре и общем строении экосистемы; о факторах, обеспечивающих гомеостатичность (устойчивость) природных экосистем, о ходе биоценотических сукцессии в природе, о горизонтальном и вертикальном строении экосистемы; об экологической нише организма и человека; уметь привести примеры различных биотических взаимоотношений.

Вопросы для самопроверки

1. Понятие об экологической нише организма.

2. Понятие о трофической структуре экосистем.

3. Автотрофы, гетеротрофы. Продуценты, консументы, редуценты.

4. Пирамиды чисел, биомасс, энергии.

5. Понятия о продукции и продуктивности экосистемы.

6. Правило десяти процентов.

7. Горизонтальная и вертикальная структуры экосистем.

8. Гомеостаз и сукцессия экосистем. Климаксное состояние экосистем.

Тема 1.5. Учение о биосфере (глобальная экология)

Учение о биосфере было разработано выдающимся русским ученым В.И. Вернадским (1863-1945).

Изучая эту тему, студент должен уяснить, что такое биосфера Земли, узнать о строении биосферы и её свойствах, о протекающих в ней геохимических и энергетических превращениях, определяемых суммарной активностью живых организмов. При этом необходимо помнить, что все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляют целостную, сложно организованную систему, что жизнь на Земле поддерживается благодаря непрерывному потоку энергии и круговороту веществ, в которых происходит переход питательных элементов и их соединении от неживой природы к живым организмам и обратно.

Эволюция биосферы - это постепенное усложнение структуры биологических сообществ, умножение числа видов и совершенствование их приспособленности. С появлением на Земле человека развитие нашей планеты вступило в фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой, и изменения на планете, вызванные человеком, носят явно глобальный характер.

В этой связи студенты должны понять, что перед человечеством стоит целый комплекс задач не только научно-технического, но и социального порядка, сводящихся к одной цели - не допустить, чтобы происходящие в природной среде изменения наносили вред живым организмам и самим людям, а также придать им разумно направленный характер.

В результате изучения этой темы студенты должны знать: понятие биосферы Земли, границы распространения биосферы на планете, свойства биосферы, функции и свойства живого вещества, отличия биогеохимического и антропогенного (ресурсного) циклов, а также понятий техносферы и ноосферы. Суть учения Вернадского В.И. о биосфере.

Вопросы для самопроверки

1. Биосфера Земли. Границы биосферы. Свойства биосферы.

2. Живое вещество. Функции и свойства живого вещества.

3. Техносфера и ноосфера.

4. Понятие устойчивости биосферы.

5. Учение В.И. Вернадского о биосфере.