Экология

Цели и задачи курса

• Сформировать у будущих специалистов знания о фундаментальных биологических закономерностях, необходимые для принятия оптимальных решений в условиях экологического кризиса и обсудить проблемы формирования науки "Экологии" как точной науки, базирующейся на соединении биологических концепций с концепциями, методами и приборами физики, химии, математики, информатики и других естественных наук;
• проследить, как эта интегрированная естественнонаучная дисциплина может быть применена в практической деятельности человека при решении проблем как естественнонаучного, так и социального (экономический и социальный аспекты) профиля.

1. Глобальный кругооборот веществ в природе

Динамическое равновесие газо- и водообмена. Роль живых организмов в биохимических циклах. Взаимодополнение растений и животных. Эффект "самоочищения". Преобразующее влияние живого на среду обитания.




2. Экосистемы

Концепция экосистем. Структура экосистем и их изучение. Биологическая регуляция геохимической среды. Глобальная продукция и распад. Кинетическая природа и стабильность экосистем. Классификация и примеры экосистем. Город как гетерофазная экосистема. Агроэкосистемы.




3. Энергия в экологических системах

Энергия космоса и Земля. Роль Солнца. Процессы инсоляции и геотермальные процессы. Микрорайонирование экосистем. Энергетические характеристики среды, продуктивность. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни. Качество энергии. Метаболизм. Трофическая структура и экологические пирамиды. Энергетическая классификация экосистем. Энергия, деньги и цивилизация.




4. Биогеохимиические циклы

Структура и основные типы биогеохимических циклов. Количественное изучение биохимических циклов. Глобальные круговороты углерода и воды. Осадочные циклы. Круговорот второстепенных элементов. Пути возвращения веществ в круговорот. Коэффициенты возврата. Математические модели геобиохимических циклов. Кинетические уровни, средние времена жизни звеньев. Функции распределения.




5. Лимитирующие факторы и физические факторы среды

Концепция лимитирующих факторов: "Закон минимума" Либиха. Компенсация факторов и экотипы. Условия существования как регулирующие факторы. Краткий обзор важных лимитирующих факторов. Антропогенный стресс и токсические отходы как лимитирующий фактор индустриальной цивилизации. Динамика биоразнообразия.




6. Динамика популяций

Популяции в сообществах. Понятие ареала вида. Популяции и динамическое равновесие численности популяции. Структура популяции, взаимодействие видов. Видовое, структурное, генетическое разнообразие в сообществах. Популяции и сообщества в географических градиентах, краевые эффекты. Палеоэкология. От популяций к сообществам и экосистемам. Геоинформационные системы и базы данных популяционной динамики.




7. Биосфера, развитие и эволюция экосистем

Стратегия развития экосистемы, концепция климакса, эволюция биосферы, естественный отбор, коэволюция, групповой отбор. Применимость теории развития экосистемы и эволюции биосферы к экологии человека. Моделирование функций пространственно-временного распределения в геосферном блоке.




8. Экологические принципы рационального природопользования

Понятие об иммунитете экосистемы. Допустимые нагрузки, направления дрейфа экосистем и изменение среды обитания под влиянием перераспределения веществ и воздействия на биогеофизические циклы. Стимуляция сохранения биоразнообразия и естественных экосистем. Региональный и глобальный природный мониторинг. Лечение и корректировка экосистем. Планирование индустриального природопользования на основе экологических оценок его последствий. Имитационные модели. Промышленная экология. Экозапретная техника и технология. Основы экологического права, профессиональная ответственность.




9. Глобальные модели и варианты будущего мира

Экологическая оценка. Отчеты Римского клуба.

Литература

1. Одум Ю.П. Экология. В 2 т. М.: Мир, 1986.
2. Одум Ю.П. Основы экологии. М.: Мир, 1975.
3. Стадницкий Г.В. Экология. СПб.: Химия, 1995.
4. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии. СПб.: ДЕАН+ФДИА, 1996.
5. Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология. М.: Высшая школа, 1988.
6. Введение в экологию / Казанский Ю.А., Сазыкина Т.Г., Крышев И.И. и др. М.: ИздАТ, 1992.
7. Степановских А.С. Общая экология. Курган: Зауралье, 1996.
8. Чернова Н.М. Экология. М.: Просвещение, 1988.

Приложения

Лабораторные работы

1. Ознакомление с приборами для контроля качества пищевой и промышленной воды - 6 часов.
2. Ознакомление с приборами определения качества воздушной среды - 6 часов.
3. Ознакомление с приборами определения качества почвы - 6 часов.
4. Ознакомление с системами сбора и обработки информации по экологии - 2 часа.

Практические занятия и семинары

1. Экологические ГИСы - 2 часа.
2. Базы данных экологического мониторинга - 2 часа.
3. Датчики для природного мониторинга - 4 часа.
4. Лазерные комплексы в экологии - 4 часа.
5. Математические модели и имитационное моделирование в экологии - 4 часа.
6. Планирование регионального развития на базе имитационных моделей - 6 часов.
7. Моделирование поведения звена в цепи биогеохимического обмена на базе анализа кинетических уравнений - 4 часа.
8. Оптимизация процедур имитационного моделирования при использовании открытых систем - 4 часа.

Контрольные вопросы

1. Человек и среда его обитания: рациональное природопользование.
2. Человек и среда его обитания: оптимальное природопользование.
3. Атмосфера, состав, структура, функционирование.
4. Фотопоглощение и фотосинтез.
5. Факторы среды и их влияние на организм.
6. Проблемы солнечной энергетики.
7. Учение В.И. Вернадского о переходе биосферы в ноосферу.
8. Продуктивность и регенерация в экосистеме. Фактор устойчивости природного разнообразия.
9. Потоки энергии и веществ в трофических сетях.
10. Причинно-следственная связь экологических стрессов и катастроф.
11. Поток элементов в круговороте веществ.
12. Морские и воздушные течения как результат взаимодействия Земли и Солнца.
13. Биоэнергетические ресурсы районов Карелии.
14. Кризис экосистемы и ее устойчивость.
15. Сукцессии в природных системах.
16. Экология, основные этапы развития, место в системе современных наук.
17. Химическое загрязнение среды промышленностью.
18. Экологические ниши.
19. Ноосфера как высший этап развития биосферы.
20. Биогеоценоз. Уникальная планета Земля.
21. Экология и космос.
22. Антропогенное воздействие на гидросферу.
23. Трансформация солнечной энергии в автотропном русле экосистем.
24. Промышленная экология.
25. Гидросфера.
26. Экосистема. Состав и структура.
27. Причинно-следственные связи экологических кризисов и катастроф.
28. Состав и структура биосферы.
29. Биоиндикаторы загрязнения окружающей среды.
30. Углеродный цикл и изменения климата.
31. Состав и структура популяции.
32. Круговорот веществ в биосфере: экологический аспект.
33. Биологические круговороты веществ в природе.
34. Динамические характеристики популяций.
35. Экологические катастрофы и их последствия в биосфере.
36. Роль круговорота воды в переносе веществ в биосфере.
37. Роль кислорода и серы в биосфере.
38. Роль и действие лимитирующих факторов.
39. Природно-климатическое районирование экосистем.
40. Естественные и субсидируемые экосистемы.
41. Хозяйственное значение и экологическая роль агроэкосистем.
42. Экологические аспекты планов преобразования природы.
43. Солнечные и рукотворные энергоресурсы человечества.
44. Океаны и пресноводные бассейны. Проблемы питьевой воды.
45. Первичные и вторичные гетеротрофи. Роль вегетарианства.
46. Роль форфора в биосфере и жизни человека.
47. Роль и действие микроэлементов в биосфере.
48. Биологическая и экологическая роль почвы.
49. Экологическое планирование природопользования.
50. Первичная валовая продуктивность, пути ее повышения.
51. Продукция и продуктивность экосистем.
52. Продуценты и консументы в круговороте энергии вещества.
53. Взаимодействие биосферы со спектральными составляющими излучения Солнца.
54. Биологическая продуктивность океанов и суши.
55. Роль детритной пищевой цепи в круговороте веществ.
56. Пастбищные пищевые цепи.
57. Роль азота в природе.
58. О происхождении жизни на Земле.
59. Современное состояние водных объектов Карелии.
60. Водные ресурсы: социально-экологические вопросы.

Составил зав. КИИСиФЭ, профессор Хахаев А.Д.