МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

М.Н. Харламова

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Учебно-методическое пособие

МУРМАНСК

2014

УДК 574 (075.8) ББК 28.080я73 Х21

Печатается по решению Совета по научно-исследовательской работе и редакционно-издательской деятельности Мурманского государственного гуманитарного университета

Рекомендовано учебно-методическим советом МГГУ к использованию в учебном процессе (протокол № 4 от 28.02.2014 г.)

Автор: М.Н. Харламова, канд. биол. наук, доцент, доцент кафедры естественных наук (МГГУ)

Рецензенты: Г.М. Воскобойников, д.б.н., профессор, профессор кафедры естественных наук (МГГУ); Е.А. Горбачева, к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории

прикладной экологии и токсикологии (ПИНРО)

Харламова М.Н.

Общая экология : учебно-методическое пособие / М.Н. Харламова. – Мурманск : МГГУ, 2014. – 92 с.

Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для студентов университетов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата 022000.62 «Экология и природопользование» и 020400.62 «Биология», а также предлагается к использованию всем желающим пополнить свои знания по общей экологии. В пособии рассматриваются наиболее важные закономерности и положения общей экологии – современной комплексной науки об экологических факторах, популяциях, экосистемах и биосфере.

Печатается в авторской редакции.

©Харламова М.Н., 2014

©Оформление. ФГБОУ ВПО «Мурманский государственный гуманитарный университет», 2014

2

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебно-методическое пособие предназначено для студентов университетов, обучающихся по следующим направлениям подготовки бакалавриата: 022000.62 «Экология и природопользование» и 020400.62 «Биология».

В его основу положены избранные лекции и практические занятия, читаемые и проводимые автором на кафедре естественных наук факультета естествознания, физической культуры и безопасности жизнедеятельности (ЕФКиБЖД) Мурманского государственного гуманитарного университета (МГГУ) при изучении студентами биологами и экологами 1 и 2 курсов дисциплин «Основы экологии: общая экология» и «Общая экология». Следует заметить, что предлагаемые в пособии практические занятия дополнены и обновлены по сравнению с типовыми работами, обычно используемыми на практических занятиях университетских курсов.

Основная цель курса «Общая экология» – ознакомить бакалавров с наиболее важными закономерностями и положениями экологии, концептуальными основами экологии как современной комплексной фундаментальной науки об экосистемах и биосфере; способствовать формированию экологического мировоззрения на основе знания особенностей сложных живых систем и воспитанию навыков экологической культуры.

Дисциплина «Общая экология» относится к профессиональному циклу дисциплин основной образовательной программы (ООП). Традиционно общая экология базируется на знаниях, полученных в курсах зоологии и ботаники, физиологии растений, человека и животных, и способствует их углублению и обобщению. Однако в данном случае студенты, обучающиеся по направлению подготовки бакалавриата 022000.62 «Экология и природопользование», этой возможности лишены. Из биологических дисциплин им читаются только биология и биогеография. Первая дисциплина – биология – читается также на первом курсе, параллельно. Поэтому единственными «входными» знаниями и умениями данных студентов оказываются те немногие знания, полученные ими по биологии, и по экологии в частности, в школе.

Общая экология – это научная основа рационального природопользования и охраны природы, и поэтому данная дисциплина является базой для последующих других экологических дисциплин, таких как геоэкология, экология человека, экологии животных и растений, охрана окружающей среды, основы природопользования, прикладная экология и др.

Структура пособия состоит из введения, содержания дисциплины, материалов для самостоятельной работы студентов, содержания практических занятий и др. Представленный в пособии лекционный материал содержит основные теоретические сведения по соответствующим темам, которые, по возможности, иллюстрированы схемами и рисунками. Приводи-

3

мые рисунки были отобраны из других пособий и руководств с соответствующими ссылками на авторов. Пособие включает также тестовые задания, вопросы к экзамену, темы рефератов, курсовых и квалификационных (дипломных) работ, словарь и т.д. Помимо списков основной и дополнительной литературы в пособии имеются так же списки рекомендуемой по каждому практическому и лекционному занятиям литературы. Приведенный в пособии материал позволяет, с одной стороны, закрепить знания полученные студентами в ходе изучения ими данного курса, а с другой – помочь им в процессе подготовки к выполнению практических занятий по конкретным темам. Кроме того, все это поможет студентам организовать свою самостоятельную работу над дисциплиной.

Данное учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов последнего поколения к содержанию, уровню и качеству подготовки бакалавров.

4

ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

По окончанию изучения курсов студенты должны обладать следующими компетенциями.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Основы экологии: общая экология» для направления подготовки 022000.62 «Экология и рациональное природопользование»:

−иметь базовые общепрофессиональные (общеэкологические) представления о теоретических основах общей экологии, геоэкологии,

экологии человека, социальной экологии, охраны окружающей среды (ПК-4).

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Общая экология» для направления подготовки 020400.62 «Биология»:

−приобретает новые знания и формирует суждения по научным, социальным и другим проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии (ОК-3);

−проявляет экологическую грамотность и использует базовые знания в области биологии в жизненных ситуациях; понимает социальную значимость и умеет прогнозировать последствия своей профессиональной деятельности, готов нести ответственность за свои решения (ОК-8);

−демонстрирует базовые представления о разнообразии биологических объектов, понимание значения биоразнообразия для устойчивости биосферы (ПК-1);

−демонстрирует и применяет базовые представления об основах общей, системной и прикладной экологии, принципах оптимального природопользования и охраны природы (ПК-9);

−знает принципы мониторинга, оценки состояния природной среды и охраны живой природы, участвует в планировании и реализации соответствующих мероприятий (ПК-12).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

1.Знать: уровни, являющиеся предметом изучения экологии; принципы воздействия экологических факторов на живые организмы и экологические формы организмов в зависимости от различных факторов, понятие экологической ниши; основные экологические законы; определение и структуру популяций, динамические и статические характеристики популяции; понятие сообщества, структуру сообществ; основы учения о биосфере.

2.Уметь: грамотно спланировать и осуществить наблюдения и экспериментальные исследования различных сторон жизнедеятельности жи-

5

вотных и растений в природных экосистемах и лабораторных условиях. Иметь навыки оценки экологических последствий деятельности человека (в том числе в профессиональной области).

3. Владеть: основными экологическими методами, используемыми при изучении общей экологии.

6

ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Общая трудоемкость дисциплины для направлений подготовки 022000.62 «Экология и рациональное природопользование», профилю «Природопользование» и 020400.62 «Биология», профилю «Общая биология» и составляет 4 зачетные единицы (из расчета 1 ЗЕТ=36 часов); 144 ч.

7

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Разделы дисциплины и виды занятий в часах. Примерное распределение учебного времени:

Примечание: Вариант 1 для направления подготовки 022000.62 «Экология и природопользование» профиль: Природопользование. Вариант 2 для направления подготовки 020400.62 «Биология», профиль: Общая биология.

8

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Раздел 1. Введение в общую экологию. Предмет, задачи, методы.

Основные этапы становления науки.

Определение экологии, ее подразделения. Понятие аутэкологии, демэкологии и синэкологии. Методы экологических исследований: флотационные, индекс Линкольна, пробные площадки, учет на линейных маршрутах, нанесение меток и др. Современные задачи. Краткая история экологии. Основные этапы.

АУТЭКОЛОГИЯ

Раздел 2. Экологические факторы. Механизм воздействия экологи-

ческих факторов. Лимитирующие факторы.

Определение экологического фактора. Классификации факторов. Механизмы воздействия экологических факторов. Понятие о лимитирующем факторе. Законы минимума Либиха, толерантности Шелфорда. Зоны толерантности: физиологическая и популяционная. Понятие о преферендуме. Типы морфофизиологических приспособлений организмов; правило двух уровней адаптаций. Понятие об экологической валентности. Стено- и эврибионты, их примеры.

Раздел 3. Абиотические факторы. Влияние важнейших абиоти-

ческих факторов (температуры, света, влажности, солености и минерального состава) на жизнедеятельность и распространение организмов. Примеры стенобионтов и эврибионтов.

3.1Температура. Адаптации животных и растений к действию высоких и низких температур. Понятия о термофилах и криофилах, гетеротемии, гомойо- и пойкилотермных животных. Их примеры. Виды сна (зимний, «перелетный»), спячек млекопитающих (летняя, зимняя, настоящая, настоящая непрерываемая). Правила Аллена, Бергмана, Глогера, Расса.

3.2Свет. Влияние интенсивности и продолжительности воздействия света на жизнь растений и животных. Короткодневные и длиннодневные животные, дневные и сумеречные виды и др.

3.3Влажность и осадки. Основные экологические группы организмов по их потребности в воде. Понятие об относительной влажности. Ее влияние на наземные организмы, их распространение и развитие. Адаптации животных и растений к условиям аридного климата.

3.4Соленость и минеральный состав. Биогены, макро- и микроэлементы, их влиянии на жизнь гидробионтов. Стено- и эвригалинные организмы. Особенности осморегуляции у ракообразных, круглоротых и рыб. Солевые железы морских позвоночных. Ацидофильные и алкалифильные организмы, их примеры.

9

Раздел 4. Взаимодействие факторов. Климат. Временные крити-

ческие факторы.

Примеры взаимодействия факторов. Понятия климата, временных критических факторов. Влияние верховых и низовых пожаров, засух, наводнений, цунами и других временных критических факторов на животных и растения.

Раздел 5. Биотические факторы. Понятие об экологической нише.

Конкуренция. Хищничество. Паразитизм. Комменсализм. Мутуализм.

Понятие о биотических факторах. Типы взаимодействия между популяциями. Концепция экологической ниши. История вопроса. Понятие фундаментальной и реализованной ниши. Динамика ниши при разных типах взаимоотношений между организмами.

5.1Конкуренция. Виды конкуренции: прямая (интерференция), косвенная (эксплуатационная), внутри- и межвидовая. Принцип конкурентного исключения Гаузе. Синтопия, ее примеры.

5.2Хищничество. Класификации хищников. Отношения хищникжертва. Эволюционные последствия хищничества: тактика защиты и избегания. Основные типы окраски у животных. Закон покровительственной окраски. Мимикрия, ее виды. Групповое поведение животных.

5.3Паразитизм, его виды: факультативный, облигатный, периодический, постоянный. Понятия и примеры гнездового паразитизма, клептопаразитизма, гиперпаразитизма, внутривидового паразитизма. Влияние паразитизма на функционирование сообщества. Эпизоотии.

5.4Комменсализм. Его основные формы (сотрапезничество и квартиранство), их примеры. Зоохория.

5.5Понятие симбиоза. Облигатный и факультативный мутуализм. Протокооперация.

ДЕМЭКОЛОГИЯ

Раздел 6. Понятие популяции, ее динамика.

6.1Понятие популяции в экологии. Популяционная структура вида. Правило объединения в популяции. Популяции: элементарная, экологическая, географическая. Их происхождение, специфика свойств, степень изолированности. Ареалы популяции (трофический, репродукционный).

6.2Динамика популяций. Понятие рождаемости, биотического потенциала, выживаемости, смертности, репродуктивной ценности, плотности. Кривые выживаемости и роста популяций (логистическая и экспоненциальная модели). Оптимальная эксплуатация популяции.

6.3Стратегия r- и K-отбора. Реакции популяции на среду обитания. «Волны жизни». Расселение популяций.

10

Раздел 7. Структура популяции.

7.1Пространственная структура популяции, ее особенности, адаптивное значение. Использование пространства: индивидуальные участки и территориальность. Распределение особей в популяции: равномерное, случайное, групповое.

7.2Возрастная и половая структуры популяции. Особенности предрепродуктивного, репродуктивного и пострепродуктивного возраста, соотношения полов. Правила стабильности возрастной структуры популяции и соотношения полов.

7.3Генетическая структура популяции. Экологическое значение поддержания сложности общего генофонда популяции; адаптивные механизмы.

7.4Этологическая структура популяции (структура взаимоотношений), ее особенности. Формы организации популяций. Иерархия и доминирование. Взаимоотношение особей в стаях и стадах; лидеры и вожаки. Биологическое значение упорядоченности взаимоотношений особей в популяции.

7.5Понятие об обычных и редких видах. Причины редкости. Охрана популяций. Проблемы интродукции новых видов. Понятия акклиматизации, натурализации вида, интродукции внедрения и замещения.

СИНЭКОЛОГИЯ

Раздел 8. Понятие сообщества. Концепция экосистемы.

8.1Понятие биоценоза, сообщества. Видовая структура биоценоза. Видовое богатство и разнообразие. Индексы видового разнообразия. Понятие экотона.

8.2Структура биоценоза. Вертикальная структура биоценоза. Мозаичность. Микрогруппировки. Временная структура биоценоза. Виды сукцессий. Климаксное сообщество.

8.3Классификация биоценозов; физиономический и другие подходы

кклассификации. Понятие консорции и гильдии. Понятие биома и формации. Классификации Н. Майерса, Р. Риклефса, Ю. Одума. Основные биомы Земли, их краткая характеристика.

8.4Концепция экосистемы. Понятие биогеоценоза. Структура экосистемы. Ее гомеостаз.

8.5Энергетика экосистемы. Первичная и вторичная, чистая и валовая продуктивность. Особенности продуктивности наземных и водных экосистем, агроценозов.

8.6Трофическая структура экосистемы. Пищевые цепи и сети. Основные типы экологических пирамид. Экологические правила.

11

Раздел 9. Понятие о круговоротах веществ. Биосфера. Свойства и

функции живого вещества биосферы. Ноосфера.

9.1Понятие о большом геологическом и биологическом (биотическом) круговоротах веществ. Особенности круговоротов углерода, азота, фосфора.

9.2Основные геосферы Земли. Краткая характеристика.

9.3Биосфера как одна из оболочек Земли. Границы необиосферы. Состав и структура биосферы. Свойства и функции живого вещества биосферы.

9.4Понятие о ноосфере. Техносфера. Современные глобальные экологические проблемы.

12

ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

2.Экологические факторы,

4.Классификация биоценозов; физиономический и

5.Большой геологический и биологический кругово-

13

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки бакалавриата реализация компетентностного подхода должна предусматривать широкое использование в учебном процессе активных и интерактивных форм проведения занятий в сочетании с внеаудиторной работой с целью формирования и развития профессиональных навыков обучающихся. В рамках данных учебных курсов могут быть предусмотрены встречи с представителями российских и зарубежных компаний, государственных и общественных организаций и др. Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах, определяется главной целью программы, особенностью контингента обучающихся и содержанием дисциплины. В целом в учебном процессе интерактивные формы занятий должны составлять не менее 20% аудиторных занятий для студентов-экологов и 30% – для студен- тов-биологов (определяется требованиями ФГОС с учетом специфики ООП). Занятия лекционного типа для соответствующих групп студентов могут составлять не более 40% аудиторных занятий для экологов и 50% – для биологов (определяется соответствующим ФГОС). В таблице приведены интерактивные формы проводимых занятий (нумерация разделов указана в соответствии с содержанием дисциплины, данным выше).

Таблица

Интерактивные формы занятий

14