Title: Министерство образования Российской Федерации
Author: Shuysky
Last saved by: Иванова
Company: SPMI

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 330200

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2003

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра экологии, аэрологии и охраны труда

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 330200

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2003

УДК 502. 55: 502. 65 (075. 84)

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ: Программа, методические указания и контрольные задания / Санкт-Петербургский горный ин-т. Сост.: В.Ф. Шуйский, Д.С. Петров. СПб, 2003. 13 с.

Программа, краткие методические указания с контрольными вопросами для самопроверки, а также контрольное задание предназначены для студентов заочного обучения специальности 330200 "Инженерная защита окружающей среды"

Табл. 2. Библиогр.: 8 назв.

Научный редактор проф. Ю. В. Шувалов

© | Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова, 2003 г.

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель дисциплины “Общая экология" — дать студентам необходимые основные знания в области классической экологии, сформировать научно-методическую базу для дальнейшего изучения прикладных направлений экологии, охраны окружающей среды и рационального природопользования.
Данная дисциплина включает в себя основы: науки о структуре и функционировании биосистем различных иерархических уровней; аут-, дем- и синэкологии; факториальной экологии; экологического и гигиенического нормирования и анализа состояния и изменения экосистем и биосферы.
В результате изучения дисциплины "Общая экология" студенты должны знать: теоретические основы общей экологии, ее основные понятия и современные концепции, структурно-функциональные особенности, закономерности существования и развития, важнейшие статические и динамические характеристики биосистем надорганизменного ранга, подходы и методы оценки и нормирования состояния окружающей среды.
В результате изучения дисциплины "Общая экология" студенты должны уметь практически использовать полученные экологические знания, планировать и осуществлять экологические исследования, эксперименты, наблюдения, обрабатывать, анализировать и интерпретировать полученные результаты, пользоваться тематическими нормативными документами.

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Программа. Понятия экологии, окружающей среды и ее охраны, рационального природопользования. Прикладные направления экологии. Понятие биологической системы (биосистемы). Свойства биосистем эмерджентные и аддитивные. Основные типы биосистем (от организма до биосферы) и их иерархия. Определение общей экологии, ее основные понятия, цели и задачи. Холизм и редукционизм в экологии. Разнообразие форм жизни. Три парадигмы экологии. Экология и наука об окружающей среде. Экология и рациональное природопользование. 
Научно-методические основы организации исследований в инженерной экологии. Методы экологических исследований, их классификация, цели и задачи исследований. Особенности теоретических, натурных и лабораторных исследований.
Основы факториальной экологии. Организм и среда его обитания. Понятия окружающей (внешней) и внутренней среды, экологического фактора. Факторы естественные, естественно-антропогенные и искусственные; абиотические и биотические.
Основные абиотические факторы. Климатические условия. Строение атмосферы; температура, температурная стратификация, ветровой режим, осадки. Гидрогеологические и гидрологические условия. Подземные и поверхностные воды, их характеристики (показатели, параметры). Орографические факторы, роль рельефа. Почвы, грунты, их характеристики. Эдафические факторы. Химические факторы среды. Основные биотические факторы. Взаимодействие абиотических и биотических факторов, их совместное действие на биосистемы.
Концепция лимитирующих факторов. Закон толерантности, основные диапазоны факторных значений. Понятия "экологической ниши" (по Дж. Гриннелу–Д. Хатчинсону и по Ч. Элтону). Адаптация живых организмов к экологическим факторам. Виды адаптации. 
Аутэкология. Балансовое равенство, его составляющие. Рацион. Ассимиляция. Усвояемость пищи. Продукция организма, ее составляющие. Коэффициенты К_1, К_2. Аэробные и анаэробные организмы. Траты на обмен и скорость потребления кислорода у аэробных организмов, оксикалорийный коэффициент. Основной обмен. Изменение абсолютных и удельных трат на обмен в онтогенезе. Соматический рост: экспоненциальный, параболический и S-образный. Рост изометрический и аллометрический. 
Основы популяционной экологии (демэкологии). Понятие популяции. Понятие демэкологии. Свойства популяции. Основные статические и динамические характеристики популяции. Субпопуляционные структуры: семья, дем, парцелла. Пространственное распределение особей, основные типы (равномерное, случайное, агрегированное). Основные типы популяционной динамики. "Волны жизни". «Биотический потенциал» вида. Элиминация особей в популяциях. Продукция популяции и методы ее оценки.
Основы синэкологии. Понятие синэкологии. Понятия сообщества и биоценоза. Основные типы эколого-ценотических стратегий популяций (r– и К–; виолентность, патиентность и эксплерентность). Основные типы межпопуляционных взаимоотношений (нейтрализм, симбиоз, мутуализм, аменсализм, комменсализм, жертваэксплуататор, конкуренция). Внутривидовая и межвидовая конкуренция. Правило Гаузе. «Планктонный парадокс». Правило Бура. Трофические связи в сообществах. Элективность питания и ее оценка (индексы Ивлева, Шорыгина). Этологические взаимодействия в сообществах. Аллелохимические взаимодействия в сообществах (ферромоны, аттрактанты, репелленты). Коэволюция. Основные статические и динамические, структурные и функциональные характеристики сообщества и биоценоза. 
Консорции. Виды–эдификаторы. Виды–доминанты, субдоминанты. Трофологические классификации живых организмов. Продуценты и консументы. Автотрофы и гетеротрофы. Редуценты. Фотосинтез. Хемосинтез. Первичная продукция (валовая и чистая). Вторичная продукция. Биологическая деструкция. Влияние факторов среды на первичную продукцию. «Трофическая цепь». «Трофическая сеть». «Реальная продукция» сообщества и ее зависимость от структуры трофической сети. Биологическое разнообразие и методы его оценки. 
Биотоп (экотоп). Биоценоз и биота. Сообщество и биоценоз. Биогеоценоз. Экосистема – ключевое понятие современной экологии. Экотон. «Краевой эффект» («эффект опушки»). Особенности видового разнообразия в экотонах. Вещества, автохтонные и аллохтонные для экосистемы. Соотношение продукции и деструкции экосистемы, его влияние на состояние экосистемы. Удельная продуктивность биосистемы (P/B–коэффициент). Транспирация. Эвапотранспирация.
Основные статические и динамические, структурные и функциональные характеристики экосистемы. Потоки вещества, энергии и информации в экосистеме. Продукция экосистемы. Гомеостаз, сукцессия экосистем, основные типы сукцессий. 
Экосфера Земли. Биосфера Земли, ее структура. Круговорот веществ в биосфере. Динамика и развитие биосферы. Место и роль человека в биосфере. Ноосфера. 
Нормирование воздействия производства на природную среду. Экологические нормативы. Принципы нормирования воздействия на природную среду (атмосферу, гидросферу, литосферу). Понятия о предельно допустимых концентрациях (ПДК), предельно допустимой нагрузке (ПДН), предельно допустимых уровнях воздействия (ПДУВ). Достоинства и недостатки действующей системы экологического нормирования, понятие об альтернативной системы "экологических ПДК".
Временно действующие нормативы качества атмосферного воздуха (его приземного слоя), поверхностных вод (водотоков и водоемов), почвы: ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), ориентировочно-допустимый уровень (ОДУ), ориентировочно-допустимая концентрация (ОДК).
Предельно допустимые выбросы (ПДВ) вредных веществ в приземный слой атмосферы, предельно допустимые сбросы (ПДС) вредных веществ в водные объекты.
Методические указания. Современная экология – наука, изучающая структуру и функционирование биологических систем надорганизменного уровня (в естественных и измененных условиях) с целью обоснования их рационального использования человеком. К биосистемам надорганизменного уровня относятся популяции и внутрипопуляционные группировки организмов, сообщества, биоценозы, экосистемы, а также экосфера и биосфера Земли.
В разделе о факториальной экологии следует обратить внимание на понятия: экологический фактор, среда, адаптация организма к условиям среды обитания; познакомиться с концепцией лимитирующих факторов, законом Шелфорда, различать интервалы толерантных (терпимых) и оптимальных (наилучших) значений факторов. Отметить, что понятие "экологическая ниша" в экологии имеет двойное значение. Ниша по Дж. Гриннелу и Д. Хатчинсону – область всех допустимых сочетаний значений экологических факторов (причем "фундаментальная ниша" задается интервалами толерантности, без учета взаимодействия лимитирующих факторов, а расположенная внутри нее меньшая "реализованная ниша" определяется с учетом эффекта межфакторного взаимодействия). Ниша по Ч. Элтону ("функциональная ниша") – специализация вида (в первую очередь, по типу питания), его роль в экосистеме. Первое понятие более конкретно и полезно, оно используется чаще. Раздел о факториальной экологии важен для понимания основ взаимоотношения биосистем, включая человека, с окружающей средой, для количественного обоснования регуляции воздействия деятельности человека на природную среду.
При изучении раздела о популяционной экологии целесообразно принять определение популяции, как любой способной к самовоспроизведению совокупности особей одного вида, более или менее изолированной в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей особей того же вида. Следует уяснить закономерности формирования, изменения и саморегуляции популяций, знать важнейшие популяционные параметры, представлять себе, как образуется и оценивается популяционная продукция. 
Изучая синэкологический раздел, следует обратить внимание на принципиальное различие понятий сообщества (как любой совокупности живых организмов определенной категории, одновременно населяющих определенную область пространства) и биоценоза (как совокупности особей всех видов, одновременно населяющих биотоп и взаимосвязанных между собой и с биотопом потоками вещества, энергии и информации). Следует различать основные эколого-ценотические стратегии (1) r- и К- стратегии; 2) виолентная, патиентная и эксплерентная стратегии) и типы межпопуляционных взаимоотношений, знать основные характеристики сообществ и биоценозов. 
В современной экологии понятие экосистемы является основным, экосистема – главный объект экологического исследования. "Экосистема" – совокупность обитающих вместе и взаимодействующих организмов всех видов, а также физических и химических компонентов среды, необходимых для их существования или являющихся продуктом их жизнедеятельности. "Биогеоценоз" – понятие более частное: это экосистема, обязательно имеющая естественное происхождение, сравнительно четкие пространственные границы и внутреннюю однородность. Следует знать основные структурно-функциональные характеристики экосистемы, ее статические и динамические показатели, знать и четко различать основные разновидности сукцессий (направленных, закономерных и необратимых изменений экосистем) – автогенных и аллогенных, автотрофных и гетеротрофных, первичных и вторичных, естественных и искусственных (в частности, техногенных). 
Следует изучить классификации основных способов питания живых организмов и понять их соотношение и взаимосвязь, представлять закономерности трансформации вещества и энергии в экосистемах, образования биологической продукции. По способу питания организмы делят на 3 категории: 1) "автотрофы" – потребляющие исключительно неорганические вещества и производящие их них органические вещества (благодаря фотосинтезу, как растения, или хемосинтезу, как некоторые бактерии); 2) "гетеротрофы" – способные поедать органическое вещество, произведенное другими организмами (например, животные); 3) "редуценты" – разлагающие органические остатки и продукты жизнедеятельности автотрофов и гетеротрофов до более простых органических и, в итоге, до неорганических веществ (некоторые бактерии, грибы, и др.). Используются также понятия "продуценты" (организмы, способные производить органическое вещество из неорганического) и "консументы" (потребляющие исключительно органическое вещество, произведенное другими организмами). Обычно (но не всегда) автотрофы являются продуцентами, а гетеротрофы – консументами. Автотрофы создают "первичную продукцию" биоценоза; гетеротрофы перерабатывают ее во "вторичную продукцию"; редуценты осуществляют "деструкцию" – возвращают в экосистему минеральные вещества (большую часть которых снова используют автотрофы для создания первичной продукции, и т.д.). 
Целесообразно сопровождать изучение синэкологии рассмотрением конкретного примера сравнительно простой экологической системы.
Важно хорошо представлять соотношение понятий и пространственных границ биосферы (всей области земной поверхности, населенной жизнью или сформированной при участии живых организмов) и экосферы (глобальной экосистемы, объединяющей все современные экосистемы Земли и являющейся лишь малой составляющей биосферы). Необходимо знать закономерности круговорота веществ и энергии в экосистемах и в биосфере, в целом. Особое внимание уделяется роли человека, закономерностям развития биосферы и формирования ноосферы. 
Необходимо представлять основные принципы нормирования воздействия производства на окружающую природную среду (атмосферу, гидросферу, литосферу). Следует иметь понятие о методах установления предельно допустимых уровней воздействия, в том числе – предельно допустимых концентраций (ПДК) поллютантов в воздухе рабочей зоны производственного помещения, в атмосферном воздухе населенных пунктов, в водоемах и водотоках различной категории водопользования, в почвах. Требуется также иметь представление о временно действующих нормативах качества природных сред: ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), ориентировочно-допустимый уровень (ОДУ), ориентировочно-допустимая концентрация (ОДК). Необходимо также представлять себе понятия и принципы установления предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в приземный слой атмосферы и предельно допустимых сбросов (ПДС) вредных веществ в водные объекты.

Контрольные вопросы.
1. Дайте определение понятия "экология"
2. Что такое "экологический фактор"?
3. Каковы принципы классификации экологических факторов?
4. Как формулируется закон толерантности (закон Шелфорда)?
5. Укажите основные абиотические факторы
6. Укажите основные биотические факторы
7. Дайте определения понятия "экологическая ниша" 
8. Дайте определения понятия "популяция"
9. Как классифицируют живые организмы по способу питания?
10. Дайте определения понятий "сообщество" и "биоценоз" и сравните их.
11. Дайте определения понятий "экосистема" и "биогеоценоз" и сравните их.
12. Что такое "экологическая сукцессия", каковы основные типы сукцессий?
13. Дайте определения понятий "экосфера" и "биосфера" и сравните их.
14. Охарактеризуйте круговорот веществ и энергии в отдельной экосистеме и во всей биосфере, в целом. 
15. Каковы основные закономерности развития биосферы?
16. Дайте определение предельно допустимой концентрации вредного вещества в воде водоема хозяйственно-питьевого использования.
17. Дайте определение предельно допустимой концентрации вредного вещества в воде водоема рыбохозяйственного использования.
18. Сопоставьте понятия предельно допустимой концентрации вредного вещества в воздухе рабочей зоны производственного помещения и в воздухе ближайшего к предприятию населенного пункта. 
19. Укажите основные токсикометрические характеристики, используемые при гигиеническом нормировании содержания поллютантов в природных средах.
20. Сопоставьте принципы гигиенического и экологического нормирования качества природных сред, выделите достоинства и недостатки обоих подходов.

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Вопрос 1. Составить таблицу источников техногенного воздействия предприятия, где Вы работаете, на окружающую природную среду и соответствующих факторов, влияющих на окружающую природную среду, по следующей форме: 

Источники
техногенного 
воздействия

Факторы

| Естественно-антропогенные | Искусственные

Вопрос 2. Составить таблицу иерархических уровней организации биологических систем, с тремя примерами биосистем каждого уровня организации, по следующей форме.

Уровни организации биологических систем | Примеры
| №1 | №2 | №3

Вопрос 3. Составить блок-схему трофических связей ("трофическую сеть") экосистемы пресноводного водоема

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Основной:
1. Одум Ю. Экология / Ю. Одум. М.: Мир. 1986. 2 т. 
2. Стадницкий Г.В. Экология / Г.В. Стадницкий, А.И. Родионов. СПб: Химия, 1997. 
3. Цветкова Л.И. Экология / Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, Б.П. Усанов, и др. М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 1999. 
4. Шуйский В.Ф. Основы общей биологии и общей экологии: учебное пособие. СПб. СПГГИ, 2001. 
5. Мирзаев Г.Г. Экология горного производства / Г.Г. Мирзаев, Б.А. Иванов, В.М. Щербаков, Н.М. Проскуряков. 
М.: Недра, 1991. 

Дополнительный:
6. Гиляров А.М. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ, 1990. 
7. Федоров В.Д. Экология / В.Д. Федоров, Т.Г. Гильманов. М.: Изд-во МГУ, 1980. 
8. Иванов Б.А. Инженерная экология / Б.А. Иванов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ
Контрольные вопросы.
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК