Praktikum_2010

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»

Кафедра ботаники и экологии

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

учебно-методическое пособие

для студентов специальностей: 110201.65 «Агрономия»; 110401.65 «Зоотехния»;

110305.65 «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции»;

110301.65 «Механизация сельского хозяйства»;

050502 «Технология предпринимательства»

Кемерово 2010

УДК 574(076) П 69

Рецензенты:

Н.В. Скалон - д.п.н, профессор, зав. кафедрой зоологии и экологии Кемеровского государственного университета.

А.Д. Поляков - к.б.н, профессор РАЕ, заслуженный работник науки и образования, доцент кафедры методики преподавания и биологии Кемеровского государственного сельскохозяйственного института.

Утверждено на заседании методического семинара кафедры ботаники и экологии КГСХИ

(протокол № 10 от 12.05.2010 г.)

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета аграрных технологий

(протокол № 8 от 29.05.2010 г.)

П69

Практикум по экологии [Текст]: учебно-методическое пособие [для сту- дентов специальностей: 110201.65 «Агрономия», 110305.65 «Технология произ- водства и переработки сельскохозяйственной продукции», 110401.65 «Зоотех- ния», 110301.65 «Механизация сельского хозяйства», 050502 «Технология предпринимательства» ] / сост. С. Н. Витязь, В. А. Колмыкова. – Кемерово, 2010. – 69 с.

Пособие содержит краткий теоретический материал по общей экологии, экологии че- ловека, вопросам охраны окружающей среды и рационального природопользования. Также в данном пособии представлены темы практических занятий, и подобраны задания для само- стоятельной работы студентов.

Пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения специально- стей: 110201.65 «Агрономия», 110305.65 «Технология производства и переработки сельско- хозяйственной продукции», 110401.65 «Зоотехния», 110301.65 «Механизация сельского хо- зяйства», 050502 «Технология предпринимательства».

© Изд-во Кем ГСХИ, 2010 © ООО «Фирма Полиграф», 2010

2

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость подготовки людей к решению экологических проблем по-

требовала на сегодняшний день экологизации всех сфер жизни и деятельности общества. Важной характеристикой тенденции проникновения идей, понятий, принципов, подходов экологии в другие дисциплины, а также формирование экологического мышления и подготовку экологически грамотной личности вы- ступает экологизация системы образования. Особое значение имеет процесс

формирования экологической культуры в период обучения в высшей школе при подготовке будущего специалиста. Специалист в любой сфере деятельности должен обладать экологическими знаниями, понимать сущность современных проблем взаимодействия природы и общества, разбираться в причинной обу-

словленности негативных воздействий хозяйственной деятельности человека на окружающую природную среду, увязывать решение производственных задач с соблюдением соответствующих природоохранных требований, вырабатывать и осуществлять научно обоснованные решения экологических проблем.

Важно формировать экологическое сознание и ценностное отношение к природе при подготовке специалистов для аграрной отрасли. Приоритетной за-

дачей аграрной промышленности является создание высокоурожайных сортов растений и пород животных, а также разработка на научной основе наиболее оптимальных условий их культивирования и разведения. Для успешного раз- вития сельскохозяйственного производства законы и правила, использующиеся

ваграрной промышленности, должны быть соотнесены с общими экологиче- скими законами. Только в этом случае возможно преодоление существующего

внастоящее время противоречия между возрастающими потребностями чело- вечества и ограниченными возможностями биосферы.

Важной частью изучения экологии является практическая работа студента, которая предусматривает освоение навыков самостоятельной работы по эколо- гической оценке состояния окружающей среды. Данный практикум по изуче- нию экологии содержит материалы для практических занятий по экологии,

адаптированные к учебным программам соответствующих курсов факультетов сельскохозяйственного направления. В нем изложены принципы и методы изу- чения структурных и функциональных особенностей природных и антропоген- ных экосистем. Основными формами организации занятий являются теоретиче- ские занятия в сочетании с индивидуально-групповыми исследованиями в ок- ружающей среде. Индивидуально-групповая работа позволяет лучше организо- вать самостоятельную творческую работу студентов со справочной, научной и учебной литературой, картами, атласами, схемами, проводить уроки-семинары, сочетать лекции с практическими работами и опытами, организовывать их учебно-исследовательскую деятельность за стенами учебного заведения.

3

ТЕМА 1. ФАКТОРИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ (АУТЭКОЛОГИЯ)

Цель: изучение составляющих природной среды и особенностей реакции живых организмов на действие экологических факторов.

Задачи: рассмотреть понятие «среда обитания» ее составляющие; позна- комиться с экологической классификацией организмов; изучить особенности

реакций живых организмов на действия абиотических и биотических факторов среды и особенности их адаптации к среде обитания.

Оборудование: наглядные пособия (таблицы, слайды, схемы и др.), гер- барные материалы растений, коллекции насекомых, фотографии животных и растений, линейки, карандаши, рабочая тетрадь.

Основные теоретические положения темы

1. Окружающая среда. Экологические факторы

Термин «среда» в экологии применяется в широком и узком смысле слова. В широком смысле слова среда - это окружающая среда, а в узком – среда обита- ния.

Окружающая среда - это совокупность всех условий жизни, которые су- ществуют на планете Земля.

Среда обитания - это та часть природы, которая окружает организм и с ко- торой он непосредственно взаимодействует.

Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагает- ся из множества элементов живой и неживой природы и элементов, привноси- мых человеком в результате его хозяйственной деятельности. Выделяют сле- дующие среды обитания живых организмов, которые существенно различаются своими условиями: водная, наземно-воздушная, почва, живые организмы. Пер- вой была освоена водная среда. Затем живые организмы освоили наземно- воздушную среду, создали и заселили почву. Организменную среду освоили паразиты и симбионты (табл. 1).

Элементы среды, которые способны прямо или косвенно оказывать влияние

на организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития и вызывать у него специфическую приспособительную реакцию называются

экологическими факторами.

По природе, происхождению факторы среды можно разделить на абиотические (физико-химические), биотические (порожденные живущими организ- мами и антропогенные факторы (совокупность воздействий человека на жизнь организмов).

К важнейшим абиотическим факторам среды относятся, прежде всего, три сферы - атмосфера, гидросфера и литосфера. Они определяют взаимосвязь следующих важнейших веществ и элементов: воды, атмосферных газов, био- генных элементов (макро и микро) и явлений природы, связанных с процессами взаимоотношений этих веществ и элементов в средах - t°, излучения (свет), ис-

4

парения, осадков, влажности, воздушных потоков, давления, рельефа, почвы - как продукта взаимодействия всех факторов и живых организмов, обитающих в ней.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика сред обитания и адаптации к ним

живых организмов

	Среда	Характеристика	Адаптации организма к среде
		Самая древняя. Освещенность убы-	Обтекаемая форма тела, плавучесть,
		вает с глубиной. При погружении на	слизистые покровы, развитие воз-
	Водная	каждые 10 м давление возрастает на	духоносных полостей, осморегуля-
		1 атмосферу. Дефицит кислорода.	ции
		Степень солености возрастает при
		переходе от пресных вод к морским и
		океаническим. Относительно одно-
		родная (гомогенная) в пространстве и
		стабильная во времени
	-	Разреженная. Обилие света и кисло-	Выработка опорного скелета, меха-
		рода. Гетерогенная в пространстве.	низмов регуляции гид-
	Наземно воздушная
		Очень подвижная (динамичная) во	ротермического режима. Ос-
		времени	вобождение полового процесса от
			жидкой среды
		Создана живыми организмами. Ос-	Форма тела вальковатая, слизистые
		ваивалась одновременно с наземно-	покровы или гладкая поверхность, у
		воздушной средой. Дефицит или	некоторых имеется копательный
	Почвенная	полное отсутствие света. Высокая	аппарат, развитая мускулатура. Для
		плотность. Четырехфазная (фазы:	многих групп характерны микро-
		твердая, жидкая, газообразная, живые	скопические или мелкие размеры
		организмы). Неоднородная (ге-	как приспособление к жизни в пле-
		терогенная) в пространстве. Во вре-	ночной воде или в воздухоносных
		мени условия более постоянны, чем в	порах. Эфемерность жизни: легкий
		наземно-воздушной среде обитания,	переход из активного состояния в
		но более динамичны, чем в водной и	покой и наоборот
		организменной.
		Очень древняя. Жидкая (кровь, лим-	Коадаптация паразита и хозяина,
	Организм	фа) или твердая, плотная (ткани).	симбионтов друг к другу, выработка
		Наибольшее постоянство среды во	у паразита защиты от переварива-
		времени из всех сред обитания	ния хозяином и системы заякорива-
			ния в среде, усиление полового раз-
			множения, редукция зрения, пище-
			варительной системы, синхрониза-
			ция биоритмов.

К биотическим факторам среды относят растения, животных, грибы и микроорганизмы, находящиеся во взаимоотношениях, как с абиотическими элементами среды, так и с другими живыми объектами.

5

К антропогенным факторам среды относят как непосредственное воздей- ствие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел живот- ных, отлов рыбы и т.д.), так и влияние человека фактом своего существования (ежегодно в процессе дыхания людей в атмосферу поступает 1,1х1012кг углеки- слого газа из окружающей среды в виде пищи изымается 2,7x1015 кал энергии) или через хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, бытовая деятельность и т.д.).

2. Адаптация организмов

Условие существования живых организмов - способность к адекватным реакциям на действие факторов среды. Организмы, утратившие эти свойства, гибнут. В процессе эволюции у живых организмов выработались определённые виды ответных реакций на неблагоприятные воздействия:

Избегание - наиболее быстрый и эффективный способ. Возможно физиче- ское избегание - перемещение в пространстве, либо физиолого-биохимическое, выражающееся в изменении ритма жизни, проявлении активной фазы в то вре- мя, когда действие негативного фактора минимально либо отсутствует.

Изменение фактора или его интенсивности - длительный процесс сре-

дообразования, проявляющийся в воздействии живых организмов или их сово- купности на отдельные элементы среды: уплотнение почвы корнями растений, насыщение её колинами, сооружение жилищ и убежищ, выделение в среду фи- тонцидов и антибиотиков, формирование сообществ, затенение, разрушение литосферы с целью вовлечения новых биогенов, организация круговорота и т.д.

Адаптация - эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятель- ность в условиях динамических экологических факторов. Адаптации бывают:

§биохимические - наследственно закрепленные изменения в обмене ве- ществ организма (появление изоферментов, изменение концентрации внутрен- них растворов, и т.д.).

§физиологические - наследственно закрепленные изменения характера и скорости физиологических процессов (изменение: набора пищеварительных ферментов в зависимости от состава пищи, кислородной емкости крови в зави- симости от концентрации кислорода в воздухе, скорости и интенсивности ды- хания, потоотделения, сроков размножения и созревания и т.д.).

§морфологические - наследственно закрепленные изменения морфологи- ческих признаков (приспособления к быстрому плаванию или нырянию у раз- личных животных (обтекаемая форма тела, наличие плавников, хвоста и т.д.), к засушливым условиям у растений (редукция листьев, уменьшение количества устьиц) и т.д.).

§поведенческие (этологические) - наследственно закрепленные различные формы поведения с целью приспособления к условиям среды (поведение живот- ных, направленное на обеспечение нормального теплообмена с окружающей сре- дой (строительство убежищ, суточные и сезонные кочевки); приспособительное поведение у хищника и жертвы, паразита и хозяина и т.д.).

6

3. Экологическая классификация организмов

Принцип - распределение живых организмов, обитающих совместно, в со- обществе по их роли в данном сообществе, уровню влияния на его продуктив- ность, формированию (или преобразованию) среды, отношению организмов друг к другу и факторам среды.

1. по типу питания:

Автотрофы - самостоятельно питающиеся, "зеленый пояс", способны са- ми создавать органическое вещество. Они делятся на фототрофов (использу- ют энергию солнечного света) и хемотрофов (используют энергию химиче- ских связей).

Гетеротрофы - питаемые другими, "коричневый пояс", используют уже готовое органическое вещество.

2. по месту в пищевой цепи:

Пищевая цепь - это система переноса энергии пищи от ее источника (рас- тение) через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими. По месту в пищевой цепи организмы делятся:

а) продуценты - автотрофные зеленые растения; б) консументы 1-го порядка - животные травоядные;

в) консументы 2-го порядка - животные хищники, поедающие травоядных;

г) консументы 3-го и последующих порядков - животные хищники, по-

едающие хищников; д) редуценты или деструкторы - гетеротрофные организмы, бактерии,

грибы, получающие энергию за счет разложения тканей; е) детритофаги - группа организмов, питающихся детритом (детрит - ор-

ганическое вещество, вовлеченное в процесс разложения. Роль детритофагов - подготовить органическое вещество к разложению).

3. по средообразующей способности и роли в сообществе:

а) эдификаторы (средообразователи) - организмы, создающие среду для себя и для других (зеленые растения);

б) доминанты - господствующие организмы на данной территории в дан- ный момент (любой эдификатор должен быть доминантом, но не каждый доми- нант может быть эдификатором);

в) компоненты - организмы, находящиеся в подчинении и занимающие ос- тальную часть территории.

Самостоятельная работа

Задание 1. Составить классификацию элементов среды конкретного ме- стообитания (комната, лес, поле, луг, пруд, океан).

Задание 2. Составить краткую характеристику (в форме таблицы 2) основ- ных экологических факторов четырёх сред жизни.

7

Таблица 2 - Характеристика основных экологических факторов четырёх сред

жизни

Экологические факторы		Среда жизни
	Водная	Наземно-	Почва	Организм
		воздушная
Подвижность
Температурный режим
Плотность
Световой режим				|
Газовый режим
Водный режим
Минеральный состав
Органические вещества

Задание 3. Проанализировать действие, каких факторов (биотических, абиотических) вызвали следующие ответные реакции:

§образование пробки на стеблях растений

§выделение антибиотиков грибами

§шипы на побегах растений

§яркая расцветка многих насекомых

§опушение на листьях и стеблях многих растений

§подшёрсток у многих пушных зверей

§форма тела червя

§горбы у верблюда

§горький вкус травянистых растений

§накопление сахаров осенью в клетках растений

§капсулы у бактерий

§раннее цветение подснежников

§листопады у деревьев

§перелёты птиц

§строительство гнёзд

§одревеснение тканей у многолетних растений

§зимний сон у многих млекопитающих

§плавательный пузырь у рыб

Задание 4. Изучите приспособленность животных к среде обитания (зада- ние дается индивидуально для каждого студента). Результаты работы оформить в виде таблицы 3.

Таблица 3 - Приспособленность организмов к среде обитания

Название	Среда	Адаптация: морфологическая,	Значение
организма	обитания	физиологическая, биохимиче-	адаптаций
		ская, этологическая

Таблица заполняется по следующей схеме:

8

§определите по внешнему облику среду обитания предложенного вам для исследования организма;

§выявите у рассматриваемого вами организма не менее 5 черт приспо- собленности к среде обитания;

§укажите значение этих приспособлений.

§сделайте вывод о значении приспособленностей в жизни организмов разных видов, об относительном характере приспособленностей.

Задание 5. Изучите приспособленность растений к среде обитания.

5.1.Определите по внешнему облику среду обитания растения, предло- женного Вам для исследования. Для этого опишите растение по следующему плану:

§название растения;

§тип корневой системы (система главного корня, система придаточных корней, смешанная корневая система, средняя величина корневой систе- мы);

§тип стебля (прямостоячий, восходящий, приподнимающийся, стелю- щийся, ползучий, цепляющийся); форма стебля (округлая, цилиндрическая, плоская, четырехгранная, крылатая, бочонковидная);

§стебель (гладкий, опушенный, с колючками);

§лист простой (одна листовая пластина или сложный с несколькими чет- ко обособленными листовыми пластинами, каждый из которых имеет со- членение черешка листочка с общим черешком);

§лист по форме листовой пластинки (округлые, овальные, продолгова- тые, ланцетные, линейные, мечевидные, игольчатые);

§лист по форме основания листовой пластинки (сердцевидные, округлые, клиновидные, стреловидные, копьевидные, почковидные, влагалищные);

§лист по форме верхушки (тупые, острые, заостренные, остроконечные, выемчатые);

§лист по форме края (цельнокрайний, зубчатый, пильчатый, городчатый, выемчатый, извилистый);

§сложные листья (перистосложные - парноперистые, непарноперистые, тройчатые, пальчатосложные);

§видоизменения побега (корневище, стеблевые клубеньки, луковица, клубнелуковица, усы и петли, колючки, ловчие аппараты);

§тип соцветия (простое - колос, сережка, початок, кисть, щиток, зонтик, головка); (сложное - сложный колос, сложный зонтик, метелка, сложный щиток);

5.2.Выявите черты приспособленности к среде обитания.

5.3.Подумайте, о чем свидетельствуют морфологические особенности Вашего объекта?

5.4.На основании знаний о движущих силах эволюции опишите предпола- гаемый механизм возникновения приспособлений. Выявите относительный ха- рактер приспособленности.

9

Вопросы для обсуждения:

1.Что такое среда обитания и какие среды заселены организмами?

2.Как называется совокупность факторов неорганической среды?

3.Какое значение имеет свет для жизни на Земле?

4.Какие важнейшие группы растений и животных выделяют в зависимо- сти от способов адаптации их к влаге?

5.Какие важнейшие группы растений и животных выделяют в зависимо- сти от способов адаптации их к свету?

6.Какие вы знаете основные экологические факторы водной среды? Дайте им характеристику.

7.Что понимают под эдафическими факторами?

8.Что такое адаптация? Приведите примеры адаптации у растений и жи-

вотных

9.Приведите примеры экологической классификации организмов.

Вопросы самоконтроля:

1.Что такое среда обитания?

2.Перечислите среды жизни организмов в порядке их освоения.

3.Назовите основные абиотические экологические факторы сред жизни.

4.Виды реакции живых организмов на действие факторов среды.

5.Какими способами можно избежать действия негативного фактора?

6.Как проявляется анатомическая адаптация у организмов?

7.Приведите пример физиологической и биохимической адаптации.

8.Приведите примеры изменения действия факторов среды растительными организмами.

9.Какая из сред жизни, по вашему мнению, обладает наименее динамичны- ми экологическими факторами?

10.Перечислите лимитирующие факторы водной среды.

11.Перечислите лимитирующие факторы наземно-воздушной среды.

12.Перечислите лимитирующие факторы почвенной среды.

10