Короткі теоретичні відомості. Основні поняття і терміни. Факультету фізичного виховання

Усманова Г. О.

ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ

З ЕКОЛОГІЇ

Для студентів

Факультету фізичного виховання

Чернігів – 2013

УДК 378.016:504(076.5)

ББК Е 08р30-252.43

У 75

Рецензенти: доктор біологічних наук, професор, академік НААН України, завідувач відділу фітопатогенних бактерій Інституту мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України Патика Володимир Пилипович

доктор біологічних наук, професор,
завідувач кафедри біологічних основ
фізичного виховання та спорту
Чернігівського національного педагогічного
університету імені Т. Г. Шевченка
Жиденко Алла Олександрівна

доктор біологічних наук, професор,
заступник директора Інституту фізіології рослин і генетики НАН України з наукової роботи
Коць Сергій Ярославович

Усманова Г. О.

У 75 Лабораторний практикум з екології для студентів факультету фізичного виховання / Г. О. Усманова. – Чернігів: Чернігівський національний педагогічний університет, 2013. – 144 с.

ББК Е 08р30-252.43

УДК 378.016:504(076.5)

У навчальному посібнику наведено лабораторні роботи з екології за такими розділами : "Основи загальної екології", "Антропогенна діяльність і довкілля", "Екологія людини". Тематика лабораторних робіт максимально наближена до найбільш актуальних проблем сучасності і рекомендується для студентів факультетів фізичного виховання вищих навчальних закладів.

Рекомендовано до друку вченою радою
факультету фізичного виховання
Чернігівського національного педагогічного університету
імені Т.Г.Шевченка (протокол № 9 від 25 червня 2013 р.)

© Усманова Г. О., 2013

ЗМІСТ

Вступ.................................................................................................. 5

Перелік умовних скорочень........................................... 7

ОСНОВИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕКОЛОГІЇ.............................................. 8

Лабораторна робота 1. Предмет і завдання екології.
Екологія організму.................................................. 8

Лабораторна робота 2. Екологія популяцій,
біоценозів та екосистем.
Побудова схем ланцюгів живлення.................... 17

Лабораторна робота 3. Продуктивність та зміни
екосистем. Екологічні піраміди........................... 25

Лабораторна робота 4. Біосфера. Біогеохімічний
кругообіг хімічних елементів
у біосфері та різних типах екосистем................ 31

АНТРОПОГЕННА ДІЯЛЬНІСТЬ І ДОВКІЛЛЯ....................... 40

Лабораторна робота 5. Антропогенне забруднення
довкілля. Забруднення атмосфери.................... 40

Лабораторна робота 6. Антропогенне забруднення
довкілля. Забруднення гідросфери................... 50

Лабораторна робота 7. Забруднення літосфери.
Міські екосистеми................................................... 59

Лабораторна робота 8. Джерела радіаційного
забруднення. Екологічний стан
окремих регіонів України..................................... 70

Лабораторна робота 9. Наслідки антропогенного впливу
на довкілля. Охорона навколишнього середовища 80

ЕКОЛОГІЯ ЛЮДИНИ.................................................................... 91

Лабораторна робота 10. Екологія людини.
Вплив екологічних факторів
на здоров’я людини................................................ 91

Лабораторна робота 11. Адаптація організму людини
до зовнішніх впливів. Конституціональна типологія людини....................................................................................... 101

Лабораторна робота 12. Біологічні ритми організмів.......... 108

Додатки........................................................................................... 118

Список використаної і рекомендованої літератури 139

ВСТУП

Екологічна освіта і виховання –

це процес безупинний,

який має розпочинатися змалечку

і здійснюватися протягом усього життя людини

Прогресуюча деградація біосфери Землі, яка почалася у середині ХХ століття, може набути характеру незворотних процесів, і навколишнє середовище може стати непридатним для існування. Серед основних причин такої ситуації – споживацьке відношення людини до природи. Розв’язання цієї проблеми можливе лише за умов сформованої екологічної свідомості людства. Одна з провідних ролей у формуванні екологічної свідомості підростаючого покоління належить вчителю фізичної культури. Адже саме він значну кількість уроків проводить з дітьми на вулиці, організовує спортивні змагання, туристичні походи та інші позакласні заходи на природі. Тому вчитель фізичної культури повинен мати фундаментальні екологічні знання, нове бачення світу, новий тип екологічного мислення і свідомості. Для досягнення цієї мети створено методичний посібник, який Ви тримаєте у руках. Він присвячений питанням екологічної освіти і виховання; особливостям будови і функціонування біосфери; впливу людини на природне середовище і екологічним проблемам; питанням охорони навколишнього середовища, особливостям функціонування людського організму внаслідок дії екологічних факторів.

Бажаємо, щоб після вивчення курсу "Основи екології", екологія стала для Вас не просто наукою, а засобом для розвитку мислення і формування способу життя.

"Коли наука про дім (екологія) та наука про ведення

домашнього господарства (економіка) зіллються,

коли предмет етики розширить свої межі та включить

до себе поряд з цінностями, створеними людьми,

цінності, створені навколишнім середовищем,

тоді ми справді зможемо стати оптимістами

щодо майбутнього людства"

Ю. Одум

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

СПАРсинтетичні поверхнево-активні речовини;

АЕС атомна електростанція;

ГДКгранично допустима концентрація;

ТЕСтеплоелектростанція;

ГЕСгідроелектростанція;

ВООЗВсесвітня організація охорони здоров’я;

ЧАЕСЧорнобильська атомна електростанція;

РАВрадіоактивні відходи;

ЮНЕП Програма ООН з навколишнього середовища;

ВМО Всесвітня метеорологічна організація;

ЮНЕСКО Організація Об'єднаних Націй з питань освіти, науки і культури;

ЄЕК Європейська економічна комісія;

ММО Міжнародна морська організація;

МАГАТЕ Міжнародна організація з радіологічного захисту;

МСОП Міжнародна спілка охорони природи, природних ресурсів;

МОДМ Міжнародна рада з досліджень моря;

МОКМіжнародна організація з питань зміни клімату;

ВФДП Всесвітній фонд дикої природи (WWF);

СДОРсильнодіючі отруйні речовини;

ДДТдихлородифенілтрихлорометилметан;

ФОСфосфорорганічні сполуки;

ДСТУДержавний стандарт України;

ДНКдезоксирибонуклеїнова кислота.

ОСНОВИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕКОЛОГІЇ

Лабораторна робота 1

Предмет і завдання екології.
Екологія організму

Мета роботи: з’ясувати необхідність екологічної освіти і виховання для майбутнього фахівця з фізичного виховання, ознайомитися з поняттям екології як науки та її підрозділами, особливостями впливу екологічних факторів на живі організми.

Матеріали та обладнання:роздаткові матеріали – схематичне зображення структури екології як науки, схеми і малюнки структури біосфери та впливу екологічних факторів на організми.

Програма підготовки до заняття

Вступ до екології

1. Еволюція взаємин людини і природи. Екологічна освіта і виховання.

2. Екологія як наука, її предмет і завдання. Галузі і підрозділи екології.

Оточуюче середовище та екологічні фактори

1. Поняття про середовище існування. Екологічні фактори, їх класифікація.

2. Основні закони екології.

3. Вплив екологічних факторів на живі організми. Адаптація організмів до різних середовищ існування.

Питання для самостійного опрацювання

1. Історія екології. Зв’язки екології з іншими науками.

2. Види біотичних взаємовідносин між організмами.

Після опрацювання матеріалу теми Ви повинні знати: – основні причини і напрямки екологічної освіти і виховання; – визначення екології та основні завдання екології; – предмет і об’єкт вивчення екології та методи досліджень в екології; – історію екології як науки; – основні середовища існування живих організмів; – класифікацію екологічних факторів і адаптації до них живих організмів.

Після опрацювання матеріалу теми Ви повинні вміти: – сприяти екологічному вихованню підростаючого покоління; – дати визначення екології та охарактеризувати її структурні підрозділи; – пояснити суть основних екологічних понять; – дати характеристику екологічним факторам, привести приклади; – формулювати і пояснювати основні екологічні закони; – знати типи взаємовідносин між організмами.

Ключові поняття і терміни: екологічне виховання, екологічна освіта, екологічна культура, екологія, предмет екології, об’єкт екології, завдання екології, аутекологія, демекологія, синекологія, екосистемологія, біосферологія, популяція, біоценоз, екосистема, біосфера, екологічні фактори; абіотичні, біотичні та антропогенні фактори; середовище існування, біотичні відносини, нейтралізм, мутуалізм, коменсалізм, аменсалізм, хижацтво, паразитизм, конкуренція.

Короткі теоретичні відомості. Основні поняття і терміни

Сучасне людство існує в період екологічної кризи, ознакою якої є такі глобальні екологічні проблеми:

– парниковий ефект, порушення озонового екрану, деградація ґрунтів, деградація лісів, кислотні опади, радіаційна загроза, забруднювачі, вичерпність ресурсів планети, скорочення рослинного і тваринного різноманіття.

Подальший розвиток та існування цивілізації може відбуватися лише в поєднанні з законами природи, при усвідомленні людиною своєї справжньої ролі в системі біотичної регуляції. Перед людством постало дуже нелегке завдання – здійснити кардинальні зміни у своїй свідомості, сформулювати і добровільно прийняти обмеження та заборони, що продиктовані законами розвитку біосфери. Це вимагає зміни багатьох стереотипів поведінки, механізмів економіки і соціального розвитку.

У зв'язку з цим у багатьох країнах відбувається реформа системи освіти і виховання –обов’язковими є екологічна освіта і виховання.

Екологічна освіта – цілеспрямовано організований, планово і систематично здійснюваний процес засвоєння екологічних знань, умінь і навичок.

Сучасна система екологічної освіти України має неперервний, комплексний, міждисциплінарний та інтегрований характер, з диференціацією залежно від професійної орієнтації. Вона складається з двох підсистем: неформальної і формальної екологічної освіти. Підсистему неформальної освіти утворюють засоби масової інформації (радіо, телебачення, газети, журнали, реклама тощо), заклади культури, охорони здоров'я, фізичної культури та спорту, туризму, заповідні об'єкти, зоопарки, ботанічні сади, національні парки, рекреаційні зони, житловий будинок, сім'я, родина. Особливою ланкою підсистеми неформальної екологічної освіти є сімейне і родинне виховання, яке закладає основи екологічного світогляду і світовідчуття дитини. Тому екологічним навчанням мають бути охоплені передусім батьки. Підсистему формальної екологічної освіти утворюють установи та заклади освіти, основані як на державній, так і на приватній формах власності (дошкільні установи, загальноосвітня школа, заклади позашкільної освіти, професійно-технічні училища, вищі навчальні заклади, заклади післядипломної освіти тощо), де здійснюється науково і методично обґрунтований, цілеспрямований процес формування екологічної культури відповідно до завдань цих установ і закладів освіти щодо соціалізації особистості.

Екологічне вихованняпокликане формувати активну природоохоронну позицію. Екологічне виховання досягається за допомогою комплексу природоохоронної та екологічної освіти, який включає шкільну і вузівську екологічну просвіту, пропаганду екологічної поведінки.

Екологія–це наука, яка займається вивченням загальних законів взаємодії живої і неживої природи, функціонування біосфери як цілісної системи (наука про довкілля).

Об’єктом досліджень екології є функціонування біосфери.

Предметом досліджень екології є:

– взаємозв’язки живих організмів;

– взаємозв’язки груп живих організмів;

– взаємозв’язки живих організмів і їх груп з неживими компонентами екосистем;

– вплив природних і антропогенних факторів на функціонування екосистем і біосфери в цілому.

Основні завдання сучасної екології:

– вивчення загального стану сучасної біосфери, умов його формування та причин змін під впливом природних і антропогенних факторів;

– прогнозування динаміки стану біосфери в часі й просторі;

– розробка шляхів:

- гармонізації взаємовідносин людського суспільства і Природи (з урахуванням основних екологічних законів);

- збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання і самовідновлення.

Методи екології поділяють на такі групи:

– методи збору інформації;

– методи обробки інформації;

– методи інтерпретації отриманих результатів;

– методи прогнозування та математичного моделювання.

В екології розглядають такі рівні організації живої природи:

організм → популяція → біоценоз → екосистема → біосфера.

Відповідно, екологію поділяють на п’ять великих підрозділів: аутекологію, демекологію, синекологію, біогеоценологію (екосисте­мологію) та біосферологію.

Аутекологія (екологія організмів) – вивчає взаємозв'язки організмів певного виду (представників виду) з оточуючим їх середовищем.

Демекологія (екологія популяцій) – описує коливання чисельності різних видів і встановлює їх причини. Цей розділ ще називають динамікою популяцій, або популяційною екологією.

Популяція – сукупність особин одного виду, які здатні до вільного схрещування і протягом тривалого часу населяють певну територію. Відділена від сусідніх подібних сукупностей особин певними формами ізоляції.

Синекологія (біоцеологія) – вивчає взаємини між організмами, що належать до різних видів угруповань (біоценозів), а також між ними і оточуючим середовищем.

Біоценоз – це біологічна система, що становить сукупність популяцій різних видів рослин, тварин та мікроорганізмів, які мешкають спільно в одних і тих же умовах середовища (біотопі).

Екосистемологія, або біогеоценологія,вивчає біогеоценотичний шар Земної кулі і, зокрема, конкретні біогеоценози (суходільні, водні), в яких взаємодіють біоценози і абіотичне середовище.

Екосистема – це сукупність різних видів рослин, тварин та мікроорганізмів, які взаємодіють один з одним та навколишнім середовищем таким чином, що вся ця сукупність може зберігатися невизначено довго.

Біогеоценоз – це поняття дещо тотожне поняттю екосистема, воно включає в себе також сукупність живих організмів і певні ділянки земної поверхні, але ділянка земної поверхні тут є однорідною (поле, ліс – широколистий чи хвойний тощо), біогеоценоз має чіткі межі, це завжди відкрита система. Тобто біогеоценоз може бути екосистемою, але не кожна екосистема є біогеоценозом, оскільки поняття біогеоценоз набагато вужче.

Біосферологія (глобальна екологія) – вивчає біосферу як єдине планетарне ціле, з'ясовує закономірності еволюції біосфери.

Біосфера – оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери, населені живими організмами.

Середовище існування – це частина оточуючого простору з яким організм взаємодіє і знаходиться в стані матеріального (речовинного), енергетичного та інформаційного обмінів. Виділяють водне, наземно-повітряне середовища існування, ґрунт, а також організми інших істот.

Кожен організм відчуває на собі вплив окремих властивостей або елементів середовища – екологічних факторів: абіотичних, біотичних і антропогенних.

Абіотичні фактори – це фактори неорганічного середовища (неживої природи): температура, вологість, світло, тиск, природне радіоактивне випромінювання, склад води і ґрунту, геологічні умови.

Біотичніфактори – це фактори впливу живих істот одна на одну (відносини між організмами, зв’язки, в які вони вступають один з одним, населяючи один і той же біотоп). Ці зв’язки визначають основні умови життя видів, можливість добування їжі, завоювання нового простору. Види біотичних взаємовідносин: нейтралізм, мутуалізм, коменсалізм, аменсалізм, хижацтво, паразитизм, конкуренція, симбіоз.

Антропогенні фактори – це фактори, які створюються в результаті прямої людської діяльності (забруднення, технічні перетворення й руйнування, вичерпання природних ресурсів, естетичні впливи).

Накопичення наукових даних про структуру і функціонування біосфери дозволило виявити певні загальні закономірності, які стали називати законами чи принципами. Вони випливають з тих особливостей біосфери Землі, що відомі людині за період існування цивілізації. Деякі з основних законів загальної екології:

1. Закон обмеженості природних ресурсів стверджує, що всі основні природні ресурси планети, мають цілком визначений обмежений розмір. Дійсно, запаси води, вуглекислого газу, мінеральних речовин тощо цілком скінченні і їх не більше, ніж є на земній кулі.

2. Закон рівнозначності умов і ресурсів, необхідних для живих організмів, підкреслює, що один ресурс не можна замінити іншим. Наприклад, дефіцит води не можна замінити великою кількістю вуглекислого газу.

3. Закон мінімуму Ю. Лібіха встановлює, що розмір біологічної продукції будь-якого живого організму залежить від того ресурсу чи умови, який знаходиться в мінімумі.

4. Правило енергетичної піраміди підкреслює, що при переході енергії від одного трофічного рівня до іншого на формування біомаси організмів більш високого трофічного рівня витрачається не більше 10% енергії, що є на попередньому трофічному рівні.

5. Закон неможливості абсолютно безвідходних виробництв свідчить, що як у сільському господарстві, так і в промисловості за будь-яких технологій виробництва обов'язково утворяться відходи.

6. Закон екологічних кореляцій свідчить, що в будь-який екосистемі, як і в біосфері в цілому, усі структурні частини погоджені одна з одною і функціонують в єдності. Випадання того чи іншого компонента з екосистеми неминуче переводить екосистему в новий стан, а часто загрожує її повним руйнуванням.

7. Закон екологічної індивідуальності живих організмів Л.Г. Раменського показує, що екологічні амплітуди, у межах яких може існувати той чи інший вид живого організму, строго індивідуальні. У природі немає видів рослин чи тварин з абсолютно однаковими вимогами до умов існування.

Кожен живий організм пристосувався (адаптувався) до конкретних умов середовища (світла, температури, вологості, тиску тощо) і може існувати тільки в певних межах, до яких пристосовані його метаболізм та структура.

Хід роботи

1. Складіть схему системи екологічної освіти в Україні.

2. Складіть схему зв’язку екології з дисциплінами природничо-наукової, професійної та практичної підготовки.

3. Визначте абіотичні, біотичні та антропогенні фактори, які впливають на організм людини при заняттях:

– легкоатлетичним бігом; лижним спортом; футболом; плаванням; боротьбою; туризмом; альпінізмом.

4. Визначте екологічні фактори, які впливають на організм спортсмена під час змагань.

5. Виконайте завдання екологічного змісту.

Завдання екологічного змісту

1. Розподіліть перераховані фактори середовища за категоріями – абіотичні, біотичні, антропогенні: а) хижацтво; б) вирубування лісів; в) вологість повітря; г) паразитизм; д) світло; е) будівництво спортив­них майданчиків; є) тиск повітря; ж) конкуренція; з) викид вуглекислого газу підприємством; и) солоність води; і) симбіоз.

2. Як впливають високі та низькі температури на життєдіяль­ність теплокровних тварин і людини зокрема: а) підсилюється тепло­віддача, б) зменшується тепловіддача, в) знижується тепло про­дукція, г) збільшується теплопродукція, д) впадають у сплячку, е) виникає заціпеніння, є) змінюється добова активність, ж) почина­ють будувати сховища, з) активно уникають високої або низької температури?

3. Відомо, що у негроїдів значно нижча температура тіла порівняно з європеоїдами, а кількість поту, що виділяється, навпаки, більша. Крім того, у мешканців тропічних країн середня маса тіла менша, ніж у представників популяцій, що живуть у помірному та холодному кліматі. Внаслідок чого виникли такі відмінності у людей різних рас?

4. Вчені-іхтіологи мають серйозні проблеми при збереженні глибоководних риб для музеїв. Підняті на поверхню з водойм, вони "вибухають". Поясніть, чому це відбувається.

5. Поясніть, чому глибоководні риби мають або редуковані, або гіпертрофовані (дуже збільшені) органи зору.

6. Спираючись на дані додатку А, зазначте види біотичних взаємовідносин між людиною та різними видами рослин і тварин.

7. Наведіть приклади взаємовідносин між особинами в популяції людини: а) під час спортивних змагань; б) під час навчання в університеті.

8. Які чинники є лімітуючими для умов життя людей в екстремальних зонах розселення? (Поясніть на прикладі ескімосів Гренландії й аборигенів пустель Намібії).

9. Які чинники є лімітуючими для досягнення високих результатів у спорті?

Сформулюйте і запишіть висновок до лабораторної роботи.

Контрольні запитання

1. Поясніть вислів: "Сучасна система екологічної освіти України має неперервний, комплексний і міждисциплінарний характер з диференціацією залежно від професійної орієнтації".

2. З яких підсистем складається система сучасної екологічної освіти в Україні?

3. Що вивчає наука екологія?

4. Які підрозділи виділяють в екології?

5. Назвіть найбільш видатних діячів в галузі екології.

6. Поясніть основні закони дії на організм екологічних факторів: закон оптимуму, закон взаємодії факторів, закон мінімуму, закон толерантності.

7. Наведіть приклади відповідності середовищ існування живих організмів та екологічних факторів.

8. Запропонуйте приклади біотичних взаємовідносин між живими організмами (хижацтва, паразитизму, конкуренції, нейтралізму, коменсалізму, симбіозу).

9. Опишіть особливості адаптацій рослин і тварин до різної температури, освітленості, вологості.

Список рекомендованої літератури

1. Білявський Г. О. Основи екології : Підручник / Г. О. Біляв­ський, Р. С. Фурдуй, І. Ю. Костіков. – К. : Либідь, 2004. – 408 с. (С. 6-51).

2. Заверуха Н. М. Основи екології: навчальний посібник / Н. М. Заверуха, В. В. Серебряков, Ю. А. Скиба. – К.: Каравелла, 2006. – 368 с. (С. 8-62, 354-364).

3. Чернова Н. М. Экология / Н. М. Чернова, А. М. Былова. – 2-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1988. – 272 с. (с. 3-106, 178-194).

4. Сухарев С. М. Основи екології та охорони довкілля. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів / С. М. Сухарев, С. Ю. Чундак, О. Ю. Сухарева. – К.: Центр навчальної літератури, 2006. – 394 с. (с. 30-32).

Лабораторна робота 2

Екологія популяцій,
біоценозів та екосистем.
Побудова схем ланцюгів
живлення

Мета роботи: ознайомитися з характеристиками і структурою популяцій та біоценозів. Ознайомитися з типами екосистем світу. Навчитися будувати схеми простих і складних харчових ланцюгів для різних типів екосистем.

Матеріали та обладнання: роздаткові матеріали із зображенням простих схем ланцюгів живлення та складної сітки трофічної мережі, зображення окремих представників флори і фауни різних екосистем.

Програма підготовки до заняття

1. Поняття про ареал виду, популяцію. Основні екологічні характеристики популяцій (чисельність, щільність, народжуваність, смертність, міграції).

2. Структура популяцій (вікова, статева, етологічна).

3. Поняття про біоценоз. Структура біоценозів (просторова, видова, трофічна). Поняття про екологічну нішу.

4. Поняття про екосистему (продуценти, консументи, редуценти). Потік речовини і енергії в екосистемі.

Питання для самостійного опрацювання

1. Екосистеми світу.

Після опрацювання матеріалу теми Ви повинні знати: – поняття ареалу, популяції; – характеристики та структуру популяцій; – поняття про біоценоз, екологічну нішу та структуру біоценозів; – поняття екосистеми та її ланок.

Після опрацювання матеріалу теми Ви повинні вміти: – пояснити структуру біоценозу; – пояснити особливості функціонування екосистем; – наводити приклади трофічних ланцюгів.

Ключові поняття і терміни: ареал, популяція, чисельність, щільність, народжуваність, смертність, міграція, структура популяції, біоценоз, структура біоценозу, екологічна ніша, екосистема, продуценти, консументи, редуценти, ланцюг живлення.

Короткі теоретичні відомості. Основні поняття і терміни

Організми, що належать до одного виду, займають певну територію, або ареал. Ареал– це ділянка поширення на земній поверхні систематичної групи живих організмів або угруповань.

Для популяцій характерні ознаки:

Чисельність популяції – це кількість особин, з яких складається популяція.

Щільність популяції – це співвідношення чисельності організмів популяції до одиниці площі чи об'єму простору.

Народжуваність – це кількість особин популяції, що народилася за одиницю часу.

Смертність – це кількість організмів популяції, які вмирають чи гинуть за різних причин в певний проміжок часу.

Міграція – регулярні та спрямовані переміщення організмів (туди і в зворотному напрямку) з однієї території на іншу.

Еміграція – масове виселення організмів з певної території (популяції) внаслідок перенаселення чи інших причин.

Імміграція – вселення організмів на певну територію чи в популяцію.

В популяції розрізняють вікову, статеву і етологічну структури.

Вікова структура популяції – наявність особин різних вікових періодів: передрепродуктивного, репродуктивного і пострепродук­тивного.