1591

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ

Г.Ф. МОРОЗОВА»

ЭКОЛОГИЯ

Методические указания к практическим занятиям для студентов заочной формы обучения

по направлению подготовки – 15.03.02 Технологические машины и оборудование

ВОРОНЕЖ 2018

2

УДК 630*18:574

Прохорова Н.Л. ЭКОЛОГИЯ [Электронный ресурс]: методические указания к практическим занятиям для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 15.03.02 - Технологические машины и оборудование, / Н.Л. Прохорова, – ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». - Воронеж, 2018. – 22 с.

Рецензент: зам. директора ФГБУ «ВНИИЛГИСбиотех по научной и инновационной работе, кандидат биологических наук, доцент Семенов М.А.

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

4

Введение

Экология – одна из академических наук, которая исследует процессы и явления, в соответствии с которыми устроена природа. Экология исследует принципы функционирования основных компонентов биосферы – атмосферы,

литосферы и гидросферы, являющихся средой обитания живых организмов,

закономерности взаимодействия природы и общества.

Современная экологическая ситуация вызывает обоснованную тревогу всех людей планеты. Для сохранения цивилизации необходимо переосмысление экологических ценностей, включающих природные ресурсы, в том числе чистый воздух и воду, плодородные почвы, лесные богатства и многообразие живых организмов.

Транспортный комплекс относится к основным источникам загрязнения окружающей природной среды. Основные виды воздействия на окружающую среду автотранспорта – загрязнение токсичными веществами атмосферного воздуха отработавшими газами автомобилей; выбросы вредных веществ в атмосферу от стационарных источников; размещение и утилизация отходов от эксплуатации транспорта; загрязнение поверхностных вод и водоемов ливневыми сточными водами с объектов, обслуживающих транспортные средства.

Человек не может жить, не оставляя после себя твердые бытовые отходы.

Отходы собираются как на специализированных (санкционированные места), так

ина стихийно возникающих свалках (неразрешенные места).

Несанкционированные свалки, вследствие биохимических процессов разложения, оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Свалки бытовых отходов не только загрязняют почву, воду и воздух, там, в огромных количествах разводятся крысы, мыши и насекомые, что угрожает вспышками инфекционных заболеваний.

Целью практических занятий является усвоение и понимание механизма взаимодействия всех компонентов биосферы, познание предмета экологии и основных ее задач на современном этапе.

5

Объект, предмет и задачи экологии. История экологии

Современная экологическая ситуация вызывает обоснованную тревогу всех людей планеты. Для сохранения цивилизации необходимо переосмысление экологических ценностей, включающих природные ресурсы, в том числе чистый воздух и воду, плодородные почвы, лесные богатства и многообразие живых организмов. Приоритетными в этом плане становятся экологические знания и их понимание в поддержании равновесия биосферы, которое нарушается в результате необдуманных действий человека.

Термин «экология» впервые был введен в употребление немецким биологом Эрнестом Геккелем в 1866 году, в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос - дом, жилище; логос - наука).

В последние десятилетия современная экология фактически вышла за рамки только биологии и переживает колоссальное развитие в различных направлениях. Отсюда вытекает многообразие объектов, методов и средств экологических исследований, многие из которых, оказываются, заимствованы из смежных областей знаний.

Предмет экологии – совокупность или структура связей между организмами и средой. Объект – экосистема.

Экология своими корнями уходит в далекое прошлое. Она развивалась непрерывно, но неравномерно на протяжении всей своей истории. Потребность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей его органической и неорганической среде», возникла с древних времен. Достаточно вспомнить труды Аристотеля (384 – 322 до н. э.), Плиния Старшего (23 – 79 н. э.), Р. Бойля (1627 – 1691) и др., в которых обсуждалось значение среды обитания в жизни организмов и приуроченность их к определенным местообитаниям.

В истории развития экологии можно выделить три основных этапа: первый этап – зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. ХIХ в. ). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения; второй этап – оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (60-е гг. XIX в. – 50-е

гг. XX в.).

Начало второго этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых К.

Ф. Рулье (1814-1858), Н. А. Севецова (1827-1885), В. В. Докучаева (1846-1903),

впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии, которые не утратили своего значения и до настоящего времени.

Третий этап – 50-е гг. XX в. и до настоящего времени. В это период происходит превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя

6

науки об охране природной и окружающей человека среды. Из строгой науки экология превращается в «значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики».

Экологические факторы

Любой организм может функционировать только при условии тесной связи с окружающей средой. Совокупность абиотических и биотических условий жизни организма называют средой обитания.

Среда – одно из основных экологических понятий, это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное воздействие. На нашей планете живые организмы освоили четыре среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную. Условия обитания различных видов удивительно разнообразны. Одни из них, например некоторые мелкие клещики или насекомые, всю жизнь проводят внутри листа растения, который для них – целый мир, другие осваивают огромные и разнообразные пространства, как, например, северные олени, киты в океане, перелетные птицы.

Все элементы среды, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы, называются экологическими факторами.

В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Вычленить роль каждого из них непросто. Закон ограничивающего фактора гласит, что наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений. Именно от него и зависит в данный конкретный период выживание особей. В разные отрезки времени ограничивающими могут быть разные факторы, и в течение жизни организмы встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности.

Популяция

Популяция – (populatio – народ, население) это совокупность особей одного вида, обладающих генофондом и занимающих определенную территорию, существующая относительно изолирована от других популяций. Этот термин ввел В. Иогансен в 1903 году.

Генофонд – это совокупность всех генов всех особей данной популяции. Фенотип, особенности строения и жизнедеятельности организма,

обусловленные взаимодействием его генотипа с условиями среды (В. Иогансен, 1909).

7

Скорость, с какой растет популяция – важный показатель состояния экосистемы. При благоприятных условиях среды происходит быстрый рост числа особей. Совокупность факторов, которые способствуют увеличению численности вида, называют биотическим потенциалом. Противоположное ему действие на экосистему оказывают лимитирующие факторы, сочетание которых называют сопротивлением среды.

На численность популяций влияют самые разнообразные факторы, которые можно объединить в две группы: зависящие от плотности и не зависящие от ее численности. При высокой численности главенствующее значение приобретают факторы внутривидовых и межвидовых отношений.

Изменения в размерах, структуре и распределении популяций, которые составляют основу экосистем, реагируют на изменения окружающей среды не только изменением численности, но и структурными показателями. Изменения уровня смертности и рождаемости является основной реакцией видов на изменения окружающей среды.

Практическая работа № 1

Экологические системы

Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества, называют экологической системой, или экосистемой.

Совокупность живых организмов, составляющих структурную основу, экосистемы представляют отдельные виды, популяции и биоценозы.

Задание № 1. В таблице, представленной ниже, показано несоответствие между типами взаимоотношений и соответствующим им понятиям. Определите типы взаимодействий организмов и дайте терминам соответствующие определения, используя сведения таблицы.

Выберите пары живых организмов из предлагаемого ниже перечня, соответствующие одному из типов биотических отношений: карась, муха,

клубеньковые азотфиксирующие бактерии, цапля, лев, человек, дизентерийная амеба, береза, рыба-лоцман, акула, горох, росянка, щука, подберезовик, лосось, муравей, заяц-беляк, водные бактерии, тля, шмель, пшеница, бодяк полевой, гиена, заяц-русак, аскарида, инфузория, клевер, лось, медведь, синица.

В таблицу впишите примеры живых организмов, характеризующих тот или иной тип биотических взаимоотношений.

Основные типы организмов, которые формируют биотические компоненты экосистем, принято делить на продуценты, консументы и редуценты. Это разделение базируется на преобладающем способе питания организмов.

В функционирующей природной экосистеме не существует отходов. Последовательность организмов, в которой каждый последующий съедает или разлагает другой, называют пищевой цепью. При переходе от одного пищевого уровня к другому передается около 10% энергии. Такая потеря энергии приводит к тому, что число видов в пищевой цепи незначительно – 3-5. Обобщенные пирамиды энергетических потоков показывают уменьшение количества доступной энергии на каждом последующем трофическом уровне пищевой цепи.

Задание № 2. Вставьте пропущенные слова:

Комплекс совместно обитающих видов и связанных между собой называют ___________. В его состав входят виды – производящие органические вещества, использующие компоненты неживой природы и являющиеся связующим звеном между живой и неживой природой, которые называют

_________, а также организмы, потребляющие органическое вещество и перерабатывающие его в новые формы. Эти организмы составляют группу

__________. Замыкают круговорот веществ в системе организмы, которые потребляют органическое вещество и полностью разлагают его до минеральных соединений. Эти организмы называют _________. Передача энергии,

9

заключенной в химических связях органических веществ – пище осуществляется по _________________.

В биоценозах различают виды, которые в наибольшей степени формируют характерную для сообщества среду, их называют________ .

Единый природный комплекс, который выступает, как функциональное целое и образован живыми организмами и средой их обитания называют

____________. Экосистемы, которые обмениваются с соседними энергией, но не веществом, называют ___________. Экосистему земли в целом называют ____.

Задание № 3.

3.1Выберите среди предложенных детритные и пастбищные пищевые цепи: диатомовые водоросли – личинка поденки – личинка ручейника; листовая подстилка – дождевой червь – землеройка – горностай; мертвое животное – личинка падальной мухи – травяная лягушка – уж обыкновенный; вереск – пчела

–насекомоядная птица – хищная птица; бурая водоросль – береговая улитка – кулик – сорока; перегной – красный калифорнийский червь – крот; коровий помет – личинка мухи – скворец – ястреб-перепелятник; нектар – пчела – паук – землеройка – сова

3.2Определите правильно составленную пастбищную цепь питания: леопард – газель – трава; клевер – заяц – орел – лягушка; трава – зеленый кузнечик – лягушка – уж; перегной – дождевой червь – землеройка – горностай

Биоценозы, которые возникают на землях сельскохозяйственного пользования, называют агроценозами. Они отличаются от природных сообществ, во-первых, пониженным разнообразием входящих в них видов и, вовторых, пониженной способностью главного объекта этих сообществ – культурных растений – противостоять конкурентам и вредителям.

Задание № 4. Найдите соответствие между природной и искусственной экосистемами и их признаками.

10

Практическая работа № 2

Биосфера

Термин биосфера был предложен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. А в 1926 г. В. И. Вернадский создал учение о биосфере, как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе и человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения. И сейчас, вслед за Вернадским, биосферой называют область активной жизни, оболочку Земли, населенную живыми организмами, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Жизнь на Земле существует в неклеточной и клеточной формах. Неклеточная форма живого вещества представлена вирусами, которые лишены раздражимости и собственного синтеза белка. Простейшие вирусы состоят лишь из белковой оболочки и молекулы ДНК или РНК, составляющей сердцевину вируса. Иногда вирусы выделяют в особое царство живой природы – Vira. Они могут размножаться только внутри определенных живых клеток. Клеточные формы жизни представлены прокариотами и эукариотами. К прокариотам – доядерным организмам, относятся различные бактерии. Эукариоты – это организмы, в клетках которых имеется обособленное ядро. К ним относятся все высшие животные и растения, а также одноклеточные и многоклеточные водоросли, грибы и простейшие.

Биосфера, как особая оболочка Земли сформировалась в процессе эволюции. Миллиарды лет геологической истории увеличивалось разнообразие живых организмов, усложнялась их организация, возрастала их общая масса и влияние на все оболочки. Растения изменили состав атмосферы: обогатили её кислородом и уменьшили содержание углекислого газа. Химический состав океанских вод сформирован и в значительной степени при фильтрации воды живыми организмами. Большое влияние оказали живые организмы на литосферу. Они принимают активное участие в процессах выветривания, в создании органогенных горных пород (известняков, каменного угля, торфа, по одной из теорий, нефти и др.), а также некоторых форм рельефа, например коралловых островов (атоллов), термитников. Велика роль живых организмов в создании особого природного образования – почвы.

Развитие жизни шло неравномерно. Некоторые виды (например, синезеленые водоросли) сохранились с архея до наших дней; другие дали начало возникновению сложных форм живого, вплоть до человека; многие вымерли, не сумев приспособится к изменяющимся условиям среды. За всю историю