Биологическое разнообразие
ЭкоДон
EcoTanais
ЭКОЛОГИЯ и ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
Программа
ВОРОНЕЖ
Федеральный закон Российской Федерации от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ «ОБ ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ» (Принят Государственной Думой 20 декабря 2001 года, Одобрен Советом Федерации 26 декабря 2001 года)
Глава XIII. Основы формирования экологической культуры
Статья 71. Всеобщность и комплексность экологического образования. В целях формирования экологической культуры и профессиональной подготовки специалистов в области охраны окружающей среды устанавливается система всеобщего и комплексного экологического образования, включающая в себя ….послевузовское профессиональное образование, профессиональную переподготовку и повышение квалификации специалистов
Статья 73. Подготовка руководителей организаций и специалистов в области охраны окружающей среды и экологической безопасности.
1.Руководители организаций и специалисты, ответственные за принятие решений при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, которая оказывает или может оказать негативное воздействие на окружающую среду, должны иметь подготовку в области охраны окружающей среды и экологической безопасности.
2.Подготовка руководителей организаций и специалистов в области охраны окружающей среды и экологической безопасности, ответственных за принятие решений при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, которая оказывает или может оказать негативное воздействие на окружающую среду, осуществляется в соответствии с законодательством.
Правительством Российской Федерации издано постановление “О мерах по улучшению экологического образования населения“ от 18.05.94 № 436. В постановлении Администрации Воронежской области “О плане действий Администрации Воронежской области по охране окружающей среды на 1996-1997 годы “ № 1407 от 27.12.95 отмечена необходимость создания системы, разработки концепции и программы непрерывного экологического образования области населения области.
Главой Администрации Воронежской области приняты постановления “ О мерах по развитию и совершенствованию экологического образования “ от 6.12.95 № 1327 и “ О мерах по формированию и реализации региональной экологической политики и обеспечению экологической безопасности “ от 27.03.96 N 337. Администрацией Воронежской области издано постановление № 661 от 8.07.98 «О системе профессиональной экологической подготовки руководящих работников и специалистов».
Программа «Экология и природопользование» рекомендуется для практических работников по экологии и природопользованию, преподавателей вузов, аспирантов, студентов экологических специальностей
Библиографический указатель основных учебных пособий и монографий по экологическим проблемам может послужить основой для более углубленного изучения ряда разделов.
Составители: О.П.Негробов, В.Д. Логвиновский.
Введение
Предмет, содержание, место в системе научных дисциплин. История развития экологии, в связи с этапами становления цивилизации. Экологические кризисы в истории человечества.
Классификация экологических наук– общая экология, природопользование, охрана природы, энвайроментология, прикладные, социальные и экономические аспекты экологии, экологический менеджмент.
Фундаментальные свойства живых систем. Уровни биологической организации. Законы Долло, Реди. Биотический потенциал. Стратегии живых организмов. Организм как дискретная самовоспроизводящаяся открытая система, связанная со средой обменом вещества, энергии и информации. Разнообразие организмов.
Основы палеоэкологии.Этапы изменений фауны и флоры в различные периоды. Геохронология. Причины «великих» вымираний биоты.
Периоды развития экологических знаний. Хронология экологических открытий, роль отдельных ученых в становлении экологии. Становление и развитие системных идей в экологии.
Экосфера, ее подразделения. Среды обитания организмов. Понятия – экологическая среда, физиологическая среда, воспринимающая среда, окружающая человека среда. Экологическая лексика.
Строение Земли, ее оболочки, их структура, взаимосвязь, динамика. Классификация основных геологических и географических наук. Эволюция Земли.Земля, ее место в эволюции Космоса. Геосфера и биосфера- результат трансформации планетарного вещества. Формирование и строение геосфер. Особенности литосферы, гидросферы, атмосферы. Мобилизм и теория Вегенера. Динамическая устойчивость геосфер, буферность океана и атмосферы. Взаимодействие систем био- и геосфер.
Магнитосфера и ее роль в динамике природных процессов. Пояса Ван Валена. Электромагнитные, гравитационные поля, космическое излучение, естественная радиация и физико-химические процессы в био- и геосферах. Баланс динамического и функционального равновесия биосферно-геосферных систем.
Климат. Геохронологическая таблица, в связи в многолетними циклами изменения климата. Палеоэкология, методы датирования возраста периодов развития Земли, метод актуализма. Ледниковые периоды и их воздействие на биоту. Биоклиматология, климатология, метеорология. Типы климатов, связь климата с географическими условиями. Климатические пояса по Л.Г. Бергу и Холдриджу. Показатель континентальности климата.
Атмосфера и ее подразделения. Состав воздуха. Происхождение кислорода и азота. Точки Юри и Пастера. Основные свойства воздушной среды. Планетарная циркуляция воздушных масс, камеры Хэдли и Ферелля. Виды ветров. Шкала Бофорта. Давление воздуха, приборы и методы его измерения. Микрокомпонентные примеси в атмосфере (геохимические, биологические, антропогенные). Перенос веществ воздух- вода, воздух-почва. Озоновый экран, его формирование и значение для биоты. Влияние антропогенных факторов на разрушение озона. Парниковый эффект.
Испарение, транспирация, эвапотранспирация. Коэффициент увлажнения. Максимальная, абсолютная и относительная влажность воздуха. Виды осадков и облаков. Методы и приборы для определения влажности. Образование смога и его виды. Воздействие техногенеза на атмосферу.
Литосфера и ее структура. Теория Вегенера, современный тектогенез. Геоморфология, факторы рельефообразования, виды ландшафтов и рельефов. Кора выветривания, астеносфера, граница Мохо, гипсографическая кривая. Процессы формирования ландшафтов, геосинклинальные области, орогенез, абразия, дефляция, денудация. Законы Бэра-Кариолиса и Бэра-Бабине.
Ландшафтоведение. Природные и антропогенные ландшафты. Типы ландшафтов. Биомы. Зональные, азональные и интерзональные элементы ландшафтов. Правило предварения (Вальтера-Алехина). Климатическая зональность и основные типы наземных экосистем. Тундры, болота, тайга, смешанные и широколиственные леса умеренной зоны, степи, тропические влажные леса, пустыни.
Биогеографическое подразделение Земли. Реликты, эндемики, адвентивные и аллохтонные виды. Основные пути синантропизации и биологического загрязнения. Интродукция и акклиматизация видов. Содержание видов ex setu.
Геоэкология.Космохимическая классификация элементов. Кларковый состав литосферы. Большой круговорот веществ в верхних оболочках Земли, эволюция коры выветривания, полный геохимический цикл, состав земной коры (химических элементов, минералов, петрографический состав). Типы пород (магматические, осадочные, метаморфические). Эффузивные и интрузивные породы, обломочные породы, каустобиолиты и др. Основные виды минералов. Процесс формирования осадочных пород или литогенез (гипогенез, седиментогенез, диагенез, катагенез). Классификация геохимических и биохимических барьеров, градиент барьеров. Миграционные ряды элементов и веществ, дефицитные и избыточные элементы, тяжелые металлы, биогены.
Геохимия.Классификация геохимических ландшафтов. Большой и малый биогеохимический круговорот. Сложный биохимический ландшафт (катена) по Полынову. Эколого-геохимические аномалии и биогеохимические провинции. Геопатогенные зоны. Поллютанты и ксенобиотики.
Гидросфера. Аномальные свойства воды и их экологическое значение. Основные характеристики водной среды по гидрохимическим показателям (pH, редокс (rH), БПК, ХПК, биогены). Соотношение отдельных частей гидросферы (океан, реки, озера, атмосферная влага) и их время возобновления во времени. Отличия водных элементов экосистем от наземных.
Экологические группыгидробионтов. Планктон, бентос, нектон, нейстон, плейстон. Основные группы продуцентов в водной среде: фитопланктон, макрофиты, перифитон. Роль зоопланктона и бактерий в минерализации органического вещества. Детрит. Вертикальная структура водных экосистем. Континентальные водоемы: реки, озера водохранилища, эстуарии. Олиготрофные и эвтрофные водоемы Антропогенное эвтрофироваиие водоемов. Биологическая структура океана. Неритические и пелагические области. Зоны апвеллинга и аутвеллинга. Интенсивность первичного продуцирования в различных частях Мирового океана.
Подземные воды и их типы, грунтовые и артезианские воды, водопроницаемые и водоупорные породы, подразделение вод в зависимости от количества растворенных солей и химического состава. Педохимическая классификация подземных вод. Лентические и лотические водные системы. Водосборный бассейн, пойма, надпойменные террасы. Гидрология рек: дельта, эстуарий, плесы, перекаты, межень, рипаль, паводок, половодье, расход реки, сток, водоносность. Типы озер и болот. Побережья морей (ватты, марши, польдеры), гипсографическая кривая морского дна.
Аутоэкология
Возможности адаптации организмов к изменениям условий среды. Гомеостаз (сохранение постоянства внутренней среды организма); принципы регуляции жизненных функций. Экологическая валентность, преферендум. Зоны оптимума и минимума. Генетические пределы адаптации. Эврибионты и стенобионты. Особенности зависимости организма от среды на разных стадиях жизненного цикла. Критические периоды развития.
Влияние рельефа на местообитания, правило Алехина. Облачность, ветер и давление как экологические факторы. Измерение скорости ветра, анероид. Влияние ветра на организмы, анемогамия, флагообразность растений. Гидростатическое и парциальное давление. Эври- и стенобаты.
Лимитирующие факторы в водной и наземной среде. Правила и законы Ю. Либиха, толерантности (Ф. Блекмана-В. Шелфорда), эффективности факторов (А. Митчерлиха), компенсации факторов (Э.Рюбеля), дополнения закона толерантности Ю. Одума. Взаимодействие экологических факторов. Распределение отдельных видов по градиенту условий.
Представление об экологической нише: фундаментальная (потенциальная) и реализованная ниша. Перекрывание экологических ниш.
Понятие об экологическом факторе и их классификация. Множественность экологических факторов, соответствующих иерархическому уровню живых систем. Факторы окружающей среды: абиотические, биотические и антропогенные. Синергизм. Процессы роста и развития особей, влияние на них экологических факторов.
Экологическое значение основных абиотических факторов: тепла, освещенности, влажности, солености, концентрации биогенных элементов. Сигнальное значение абиотических факторов. Гибернация, эстивация, диапауза, фотопериодизм, анабиоз.
Температура в жизни природы, тепловое излучение. Термальные пояса Земли. Изотерма. Температурная стратификация в атмосфере и в водной среде. Температурная инверсия и окклюзии в атмосфере. Сезонная циркуляция воды в озере- эпилимнион, металимнион, гиполимнион, термоклин. Источники тепла, теплопроводность и теплообмен. Эндо- и экзотермы. Эври- и стенотермы. Термотаксис и термонастии. Температурный оптимум, физиологический ноль, преферендум, температурные границы жизни. Сумма эффективных температур. Температурные адаптации животных: физиологические, биохимические, этологические. Группы растений по отношению к температурным факторам, группы термофилов по жаростойкости и криофилов по морозоустойчивости, психофиты, хианофилы. Правила Аллена, Бергмана, Гессе, мехового покрова. Ветрификация и зимостойкость. Кривая П. Бахметьева. Реакция организма человека на похолодание или повышение температуры. Типы термометров и температурных шкал – Цельсия, Реомюра, Фаренгейта, Кельвина. Пересчет температуры в различные шкалы, сумма эффективных температур.
Влажность. Гидрологический цикл воды, связь гидросферы с атмосферой, динамика углекислого газа. Морской и континентальный климат. Типы осадков. Количество осадков и испаряемость. Гидротермический коэффициент. Абсолютная и относительная влажность, дефицит влажности. Приборы, измеряющие количество осадков, влажность и испаряемость. Адаптация растений и животных к влажности среды обитания. Экологические группы растений по отношению к водному режиму: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты, мезофиты (летние, зимние, древесные и травяные, эфемеры), ксерофиты (суккуленты, склерофиты). Адаптации растений и животных к засухе и подтоплению. Шкала влажности Г.Эленберга. Климограмма, гидротермическая ниша. Понятие о гидрохимии, минеральные группы вод. Классы вод- хлоридные, сульфатные, гидрокарбонатные (кальциевые, натриевые, магниевые). Минерализация водных экосистем, классификация вод по солености. Пойкилосмотические (осмоконформеры) и гомойосматические (осморегуляторы) организмы. Водно-солевой обмен у животных у пресноводных и морских рыб, у птиц. Концентрация водородных ионов (рН), эври- и стенойонные формы, ацидофильные и алкалифильные организмы.
Гелиобиология, работы А.Л.Чижевского. Распределение солнечной радиации на поверхности Земли. Число Вольфа. Солнечная радиация, радиационная энергия и единицы ее измерения (джоуль, эрг, калория), радиационный поток и плотность потока излучения. Солнечная постоянная. Спектр электромагнитных волн, типы излучений и световой режим, инсоляция, альбедо, радиационный баланс, эффективное излучение. Парниковый эффект. Измерение силы света (кандела), светового потока (люмен), освещенности (люкс). Ритмы солнечной активности, их связь с магнитными бурями и многолетними циклами. Гелиофиты, гелиофобы, сциофиты. Важнейшие процессы, протекающие у организмов с участием света.
Фототаксис, фототропизм, фотонастии, фотосинтез. Морфологические адаптации гелиофитов и сциофитов. Фотосинтетическая поверхность (ФАР), индекс листовой поверхности, типы фотосинтеза, С3 (цикл Кельвина), С4 (путь Хельча-Слэка), кислотный метаболизм толстянковых (САМ). Типы фотопериодической реакции растений, в зависимости от длины дня.
Биотические факторы. Экологические факторы и отклик биокомпонентов. Совокупное действие факторов среды. Биоритмология. Эмержентные свойства, синергизм. Трофические цепи и сети. Коадаптация в процессе эволюции организмов.
Типы взаимодействия организмов, межвидовая и внутривидовая конкуренция. Правило конкурентного исключения (Гаузе). Типы взаимоотношений – нейтрализм, аменсализм (антибиоз), в том числе аллелопатия, комменсализм, протокооперация, мутуализм, эндо- и эктосимбиоз, инквилизм, паразитизм, хищничество. Взаимоотношения хищник-жертва, паразит-хозяин. Химические связи у животных и растений – хемомедиаторы, токсины, репелленты, антифиданты, половые феромоны, аттрактанты, антибиотики, колины. Понятие консорции и консортивных связей.
Этология животных. Импринтинг как метод обучения. Ритуализация, типы коммуникаций, ориентация в природе. Сообщества животных – стадо, стая, прайд и др. Поведение общественных насекомых.
Биосфера
Учение о биосфере как закономерный этап развития наук о Земле. Особенности живого вещества. Истоки учения В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Определение понятия биосфера. Формирование облика биосферы в процессе жизнедеятельности организмов, взаимодействия биоты и косного вещества: состав воздуха, воды, происхождение почвы. Эмпирические обобщения В.И. Вернадского и основные положения учения. Место человечества в эволюции биосферы. Современные методы исследования биосферы. Математическое моделирование глобальных биосферных процессов.
Планетные характеристики и планетная среда биосферы. Распространение живого вещества в биосфере и его влияние на свойства основных компонентов географической оболочки. Границы биосферы. Поле устойчивости и поле существования жизни. Неоднородность горизонтальной и вертикальной структуры биосферы.
Структура биосферы на термодинамическом уровне. Структура биосферы на физическом, химическом и биологическом уровнях организованности. Парагенетический уровень организованности биосферы. Представление о биогеоценотическом покрове Земли. Коэволюция атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы.
Биогеохимические процессы в биосфере. Типы миграции вещества. Круговороты биогенных элементов и их антропогенная модификация. Круговороты газообразного и осадочного циклов. Круговороты макро- и микроэлементов. Круговорот воды. Особенности физико-химических свойств воды и ее биологическое значение. Пути перемещения воды; вода в биосфере; круговорот воды в экосистеме.
Круговорот углерода. Биологическое значение углерода. Особенности круговорота в водных и наземных экосистемах. Хозяйственная деятельность человека и трансформация круговорота углерода. Круговорот кислорода. Биологическое значение кислорода. Биохимические, анатомические и физиологические механизмы использования кислорода организмами. Резервный фонд круговорота кислорода, источники поступления кислорода в биосферу.
Круговорот азота. Фиксация азота и вовлечение его в биогеохимический круговорот. Симбиотические и свободно живущие организмы – фиксаторы азота. Процессы аммонификации, нитрификации и денитрификации. Проблемы загрязнения окружающей среды соединениями азота.
Круговорот фосфора. Биологическая роль фосфора. Фосфор как лимитирующий фактор. Последствия антропогенного нарушения круговорота фосфора. Круговорот серы. Биологическое значение серы. Резервный фонд серы. Микробиологические процессы в круговороте серы. Антропогенная трансформация круговорота серы. Поступление серы в атмосферу. Локальные, региональные и глобальные проблемы загрязнения атмосферы соединениями серы. Последствия влияния загрязнителей на популяционном, биоценотическом и геосистемном уровнях.
Особенности круговоротов алюминия, железа, серы, галогенов, тяжелых металлов.
Почва как компонент биосферы. Происхождение и классификация почв. Разнообразие состава и свойств почв как результат функционирования экосистем и условие их устойчивости. Энергетический баланс биосферы. Преобразующее влияние живого на среду обитания. Эффект самоочищения. Обменные процессы в организмах как ключевой этап биопродуктивности. Первичная продукция суши и океана. Потенциальная продуктивность Земли.
Человек в биосфере
Человек как биологический вид. Его экологическая ниша. Экология и здоровье человека. Популяционные характеристики человека. Экология человечества: проблемы демографии, развития технологической цивилизации, ресурсы биосферы. Модели «пределы роста» Медоуза. «Римский клуб» и его проекты. Преднамеренное и непреднамеренное, прямое и косвенное воздействие человека на природу. Экологический кризис. Ограниченность ресурсов и загрязнение среды как фактор, лимитирующий развитие человечества.
Экология популяций
Определение популяции. Иерархическая структура популяции. Границы популяции. Свойства популяционной группы. Статические характеристики популяции: численность, плотность, возрастной и половой состав. Представления о скорости роста и внутренняя скорость естественного роста. Кривые роста популяции. Флюктуации численности популяций и “циклические” колебания. Независимая и зависимая от плотности регуляция численности популяций.
Структура популяции: характер распределения организмов в пространстве, агрегация, изоляция и территориальность. Распределение энергии и оптимизация популяции. Биомасса и способы ее выражения: сырой и сухой вес, энергетический эквивалент. Методы оценки численности и плотности популяции.
Характер пространственного размещения особей и его выявление. Случайное, равномерное и агрегированное распределение. Механизмы поддержания пространственной структуры. Территориальность. Скопления животных и растений, причины их возникновения.
Динамические характеристики популяции: рождаемость, смертность, скорость популяционного роста. Таблицы и кривые выживания. Характер распределения смертности по возрастам в разных группах животных и растений. Экспоненциальная и логистическая модели роста популяции. Специфическая скорость роста популяции, "плотность насыщения" как показатель емкости среды, чистая скорость размножения. Динамика биомассы. Понятие о биопродуктивности.
Экология сообществ
Понятие о биоценозе (взаимодействие популяций и структура). Сообщество как совокупность взаимодействующих популяций. Типы взаимоотношения между организмами: положительные взаимодействия (комменсализм, кооперация и симбиоз, мутуализм), конкуренция, аллелопатия (антибиоз), биотрофия (хищничество в широком смысле слова). Межвидовая конкуренция. Эксплуатация и интерференция. Принцип конкурентного исключения. Условия сосуществования конкурирующих видов. Конкуренция и распространение видов в природе. Отношения “хищник-жертва". Сопряженные колебания численности хищника и жертвы. Сопряженная эволюция. Видовое разнообразие как специфическая характеристика сообщества. Трофическая структура сообществ. Пирамида численностей, биомасс и продукций. Разнообразие и устойчивость сообществ. Биоценотический уровень охраны живой природы.
Экологическая ниша.Фундаментальная и реализованная ниша.Принцип конкурентного исключения Гаузе. Диффузная конкуренция. Жизненные формы растений (фанерофиты, хаметофиты, гемикриптофиты, терофиты) и животных (дендробионты, педобионты, хортобионты, герпетобионты, тамнобионты).
Динамика сообществ во времени. Фенология. Сукцессия. Сериальные и климаксовые сообщества. Основные этапы использования вещества.
Противоречие стратегии максимальной сохранности экосистем и принципа получения максимума продукции человеком. Проблемы экоразвития. Энергия в экосистемах. Экологическая трактовка законов термодинамики. Мера термодинамической упорядоченности экосистем. Потери энергии при переходе с одного трофического уровня на другой. Экологическая эффективность.
Классификация сообществ, различные подходы. Одномерная и многомерная ординация экосистем. Классификация по доминантам лесов умеренных широт Сукачева.
Биологическое разнообразие
Растительный и животный мир планеты Земля.Краткая история возникновения и развития жизни на Земле. География жизни – разнообразие и специфика природных условий на планете Земля. Горизонтальная и вертикальная зональность. Влияние климата, океана и суши на распределение жизни на Земле. Растительный и животный мир как среда обитания человека. Современная биосфера.
Культурное разнообразие – часть и производная от биологического разнообразия. Относительное число описанных видов растений и животных. Разнообразие экосистем, наземные и водные экосистемы. Биологическое разнообразие как природный ресурс – генетический фонд, разнообразие пищевого и лекарственного сырья, строительные материалы, планетарный и местный климаты, топливо, туризм, культура.
Сокращение биологического разнообразия.Потеря биологического разнообразия – угроза благополучию и выживанию человечества. Основные причины сокращения биологического разнообразия. на планете Земля: рост популяции человека и рост потребления им живых ресурсов; сужение спектра потребляемых человеком продуктов сельского, лесного и рыбного хозяйства, как следствие – обеднение создаваемых человеком ценозов; социальные и политические причины потери биоразнообразия (монополизация в использовании природных ресурсов, потеря национальных традиций в использовании природных ресурсов и т.п.).
Механизмы потери биологического разнообразия.Потеря мест обитания и фрагментация ареалов растений и животных. Интродукция видов. Переэксплуатация живых ресурсов. Загрязнение воды, почв, атмосферы. Глобальное изменение климата. Влияние сельского и лесного хозяйства – преобладание на больших площадях монокультур и монопород.
Природопользование как компонент взаимодействия общества и природы. Сопряженная эволюция природы и общества. Противоречия во взаимодействии общества и природы на разных этапах развития человеческих цивилизаций. Двуединость природопользования. Природопользование как совокупность прикладных научных отраслей, базирующихся на естественнонаучном знании и комплексе фундаментальных социально-экономических дисциплин. Природопользование как широкая практика использования природы человеком.
Природопользование как сфера знания. Объект,предмет, задачи природопользования как науки– разработка общих принципов осуществления всякой деятельности, связанной либо с непосредственным пользованием природой и ее ресурсами, либо с изменяющими ее воздействиями. Конечная цель этой разработки. Основные аспекты природопользования и охраны окружающей среды: социально-политический, правовой, социально-гигиенический, технико-технологический, эколого-экономический. Принципы и задачи природопользования и охраны окружающей среды.
Охрана окружающей природной среды как система мер, направленная на поддержание рационального взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, обеспечивающая сохранение и восстановление природных богатств, рациональное использование природных ресурсов, предупреждающая вредное (прямое и косвенное) влияние результатов деятельности общества на природу и здоровье человека. Методология охраны окружающей природной среды.