Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «Экология»

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И  НАУКИ  РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Физический  факультет

Рассмотрено и  рекомендовано 

на заседании кафедры биофизики и                                          

биокибернетики                                                                          

Протокол № _______         

 «_____»____________2010 г.                                                     

Зав. кафедрой проф. Владимирский Б.М

_________________________________                                                         УТВЕРЖДАЮ

Декан физического  факультета,

профессор В.С. Малышевский 

__________________________ 

   "_____"_____________2010 г.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

учебной дисциплины «Экология» 
 
 
 

                                                                              Составитель: доц. Кирой Р.И. 
 
 
 
 

Ростов-на Дону

2010 г.

 

     Пояснительная записка

      Дисциплина  «Экология» относится к базовой части блока 2 ООП Математический и  естественнонаучный цикл. Изучение материалов курса  базируется на  знаниях,  полученных  студентами при изучении дисциплин: биология, химия, физика, математика.

      Цели  освоения дисциплины «Экология»: 

- формирование  у студентов экологического мировоззрения, 

- воспитания  способности оценки своей профессиональной  деятельности с точки зрения  охраны биосферы. 
           

          В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

 знать:

- особенности биологической формы организации материи;

- о  целостности  и  гомеостазе живых систем;

- о взаимодействии организма и среды, сообществе организмов, экосистемах;

- о глобальных проблемах экологии и путях их решения;

- об основных   методах защиты окружающей среды, рационального природопользования; 

- о целях и средствах мониторинга,  перспективах создания неразрушающих природу технологий;

-о биосфере, направлении эволюции биосферы;

- о математическом, физическом, химическом и биологическом моделировании.

Уметь:

- прогнозировать  последствия профессиональной деятельности;

- адаптировать  методы фундаментальных наук  для анализа экологических проблем;   

- планировать  меры оздоровления экологической  ситуации, возникшей в результате  профессиональной деятельности;

- использовать  знание основных законов экологии  в решения конкретных экологических  проблем.

Владеть:

- методами  экологического  анализа процессов профессиональной 

деятельности;

- методами математического  моделирования;

- знаниями о международном сотрудничестве в области охраны окружающей среды. 

Структура и содержание дисциплины.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 108 часов (аудиторные занятия - 36 часов, самостоятельная работа – 72 часа). Форма отчетности  - зачет. 7семестр. 

Учебно-тематический план.

 
 

     Рабочая программа учебной  дисциплины

        
                                                   Введение 
           Место экологии в системе естественных наук. Современное понимание экологии как науки об экосистемах и биосфере. Проблемы, связанные с антропогенным воздействием на биосферу. Экологический кризис. Связь состояния природной среды с социальными процессами. Значение экологического образования и воспитания. Необходимость формирования правовых и этических норм отношения человека к природе. Экологическое мировоззрение. Переход от антропоцентризма к биоцентризму. Идеология биоцентризма как новая научная парадигма и путь к “устойчивому развитию человечества.

1. Общая экология 
             Систематика живых организмов. Положение человека в системе живой природы.

       Взаимодействие  организма и среды. Фундаментальные  свойства (признаки) живых систем. Уровни организации биологических систем. Организм как дискретная самовоспроизводящаяся открытая система. Разнообразие организмов. Источники энергии для организмов. Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез и дыхание: кислород атмосферы как продукт фотосинтеза. Основные группы фотосинтезирующих организмов. Хемосинтез. Основные группы гетеротрофов (бактерии, грибы, животные). Трофические отношения между организмами: продуценты, консументы и редуценты. 
            Гомеостаз (сохранение постоянства внутренней среды организма). Принципы регуляции жизненных функций. Возможности адаптации организмов к изменениям условий среды. Типы и уровни адаптации, ее генетические пределы. Эврибионты и стенобионты. Гомойо- и пойкилотермность. Принципы воспроизведения и развития различных организмов. Особенности зависимости организма от среды на разных стадиях жизненного цикла. Критические периоды развития.

Условия и ресурсы среды. Представление о физико-химической среде обитания организмов; особенности водной, почвенной и воздушной сред.

       Представление об экологической нише. Специализированные и общие ниши, потенциальная и реализованная ниша.

      Организмы — индикаторы качества среды. Биотестирование и биоиндикация как методы контроля качества среды.

      Стресс как экологический фактор.

2. Факториальная экология.

       Экологические факторы, их классификация. Общие закономерности количественного действия факторов среды на организм. Зона оптимума. Пределы выносливости. Лимитирующие факторы. Экологический закон минимума Ю.Либиха. Дополнения к закону. Взаимодействие экологических факторов. Характеристика основных экологических факторов.

         Основные климатические факторы: энергия Солнца, температура, осадки, влажность, подвижность среды, давление.

              Топографические факторы: высота над уровнем моря, экспозиция (освещенность склона), рельеф местности, крутизна склона, влияющая на дренаж.

        Температурные пределы жизни. Температурные адаптации у растений. Терморегуляция. Пути физической, химической и поведенческой терморегуляции у животных.

       Значение  воды для жизнедеятельности организмов. Физические свойства воды. Роль воды в природе. Экологические группы растений по отношению к воде. Адаптация организмов к недостатку влаги.

              Распределение солнечной радиации на Земле. Солнечная постоянная. Биологическое действие ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра солнечного света. Видимый свет. Составляющие видимой части света. Экологические группы растений, животных по отношению к условиям освещенности. Фотопериод. Фотопериодизм.

             Биотические факторы.  Межвидовая борьба (межвидовые взаимоотношения). 

   

3. Экология  популяций (демэкология). 
                Определение понятий "биологический вид" и "популяция". Статические характеристики популяции: численность, плотность, возрастной и половой состав. Биомасса и способы ее выражения: сырой и сухой вес, энергетический эквивалент. Методы оценки численности и плотности популяции. Механизмы поддержания пространственной структуры. Регуляция численности популяций в природе. 
                   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. Динамика биомассы. Понятие о биопродуктивности.

 
   

4. Экология  сообществ и экосистем (синэкология) 
                Сообщества. Биоценозы (сообщества), их таксономический состав и функциональная структура. Видовое разнообразие как специфическая характеристика сообщества. Типы взаимоотношений между организмами: симбиоз, мутуализм, комменсализм, конкуренция. Межвидовая конкуренция. Принцип конкурентного исключения. Условия сосуществования конкурирующих видов. Конкуренция и распространение видов в природе. Отношения "хищник - жертва". Сопряженные колебания численности хищника и жертвы. Сопряженная эволюция.  
                  Трофическая структура биоценозов. Трофические уровни. Пищевые цепи и сети. Экологические пирамиды. Закономерности трофического оборота в биоценозе. (Правило десяти процентов. Правило биологического усиления).

       Пространственная  структура биоценозов. Видовая структура биоценозов. Межвидовые взаимоотношения.

Закономерности  саморегуляции биоценозов. Экологическое  дублирование.

                  Сравнительная характеристика агроценозов и естественных биоценозов.

         Экосистемы. Определение понятия "экосистема". Составные компоненты экосистем, основные факторы, обеспечивающие их существование. Основные принципы функционирования экосистем.

Развитие экосистем: сукцессии. Первичные, вторичные сукцессии. 
               Основные этапы использования вещества и энергии в экосистемах. Первичная продукция. Значение фото- и хемосинтеза. Основные методы оценки первичной продукции. Деструкция органического вещества в экосистеме. Пищевые цепи "выедания" (пастбищные) и пищевые цепи "разложения" (детритные).           

         Емкость и устойчивость экосистем. Экологическое равновесие. Разнообразие видов как основной фактор устойчивости экосистем.

              Климатическая зональность и основные типы наземных экосистем. Тундры, болота, тайга, смешанные и широколиственные леса умеренной зоны, степи, тропические влажные леса, пустыни. Первичная продукция разных наземных экосистем. Взаимосвязи разных компонентов наземных экосистем. Значение почвы как особого биокосного тела. Полнота биотического круговорота. Особенности сукцессии наземных экосистем. 
            Водные экосистемы и их основные особенности. Отличия водных экосистем от наземных. Планктон, бентос, нектон. Основные группы продуцентов в водной среде. Роль зоопланктона и бактерий в минерализации органического вещества. Детрит. Вертикальная структура водных экосистем. Континентальные водоемы. Биологическая структура океана. Интенсивность первичного продуцирования в различных частях Мирового океана. 

5. Глобальная экология. 
              Биосфера. Происхождение и строение Земли, ее оболочки, их структура, взаимосвязь, динамика. Природные ландшафты.

            Структура и границы биосферы. Роль В.И. Вернадского в формировании современного понятия о биосфере. Живое и биокосное вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества и энергии. Функциональная целостность биосферы.  
            Почва как компонент биосферы. Происхождение и классификация почв. Разнообразие состава и свойств почв как результат функционирования экосистем и условие их устойчивости. 
           Энергетический баланс биосферы. Круговорот важнейших химических элементов в биосфере. Преобразующее влияние живого на среду обитания. Эффект самоочищения. Обменные процессы в организмах как ключевой этап биопродуктивности. Биогеохимические функции разных групп организмов. Биоразнообразие как ресурс биосферы. Первичная продукция суши и океана. Потенциальная продуктивность Земли. Распределение солнечной радиации на поверхности Земли. Роль атмосферы в удержании тепла. Атмосфера Земли в сравнении с атмосферами других планет. 
             Основные этапы эволюции биосферы. Представления о ноосфере. Нелинейная динамика биосферных процессов. Системный анализ, математические модели, экологическое прогнозирование. 
               Классификация природных ресурсов; особенности использования и охраны исчерпаемых (возобновимых, относительно возобновимых и невозобновимых) и неисчерпаемых ресурсов. Ресурсный цикл.