3437

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

ЭКОЛОГИЯ

Методические указания для практических работ студентов специальностей:

250201 «Лесное хозяйство»

260500 (250203) – Садово-парковое и ландшафтное строительство

Воронеж 2011

УДК 630*18: 574

Капитонов Д. Ю. ЭКОЛОГИЯ [Текст]: методические указания для практических работ студентов специальностей: 250201 «Лесное хозяйство», 260500 (250203) – Садово-парковое и ландшафтное строительство /Д.Ю. Капитонов, Н.Л. Прохорова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2011. – 39 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГБОУ ВПО «ВГЛТА»

Ответственный редактор д-р биол. наук, проф. Н.Н. Харченко

Рецензент, доц. Корчагин О.М.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Предмет и задачи экологии Экология – наука, изучающая условия существования живых организмов

и взаимосвязи между организмами и окружающей средой, в которой они обитают. Изначально она развивалась как часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками. Экология как самостоятельная наука окончательно сформировалась к концу XIX века.

Современную экологию можно рассматривать как науку междисциплинарную, занимающуюся изучением взаимодействий организмов, в том числе и человека, со средой, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможности уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации. В стратегическом плане – это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобрел (или приобретает) глобальные масштабы – в пределах всей планеты Земля.

Контрольные вопросы и задания

1.Объясните причины относительной молодости экологии как самостоятельной научной дисциплины.

2.В чем, на ваш взгляд, может выражаться связь экологии с другими науками. Заполните таблицу.

Таблица 1

7Экономика

3.В.И.Вернадский писал: «Проблемы, которыми занимаются исследователи, все чаще не укладываются в рамки отдельной определенной сложившейся науки, мы специализируемся не по наукам, а по проблемам». Подтвердите слова В.И.Вернадского на примере изучения экологических проблем природопользования.

4.Назовите ученых, внесших значительный вклад в развитие экологии, и обоснуйте свой ответ. Подготовьте сообщения по данной тематике.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Организм и среда. Экологические факторы Экологические факторы – это элементы окружающей среды, оказы-

вающие положительное или отрицательное влияние на организмы на протяжении хотя бы одной из фаз их индивидуального развития.

Экологические факторы весьма разнообразны, имеют разную природу и специфику действия. Они необходимы для организмов или, наоборот, вредны для них, могут способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от уровня других.

Экологические факторы условно делят на биотические, абиотические и антропогенные.

К биотическим факторам относится вся совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Абиотические факторы – это все влияющие на организм элементы косной природы.

Антропогенные – это факторы, определяющиеся активным воздействием человека на природу.

Контрольные вопросы и задания

1. Определите форму биотических взаимоотношений для каждой группы представителей.

14 Ель и проросток березы

2.Составьте список организмов, имеющих разного типа экологические связи: а) с березой; б) с клевером луговым; в) с дождевым червем; г) с зайцембеляком. Ответ можно представить в виде схемы, в центр которой помещен обсуждаемый организм.

3.Назовите основные факторы-ограничители беспредельного роста численности: а) для микроорганизмов, б) для растений; в) для животных.

4.Объясните, чем отличаются последствия конкурентных отношений между: а) двумя особями; б) двумя популяциями разных видов; в) двумя разными видами.

В чем опасность внутривидовой конкуренции? Укажите механизмы выхода из внутривидовой конкуренции у животных.

Каковы пути выхода из межвидовой конкуренции у животных, птиц?

5.Укажите, к каким из перечисленных групп относятся организмы из предложенного списка. Составьте таблицу.

Группы:

А. Фитофаги; Б. Зоофаги; В. Паразиты; Г. Симбионты; Д. Детритофаги.

Список организмов:

8.Назовите организмы, которые являются симбионтами человека. Какую роль они выполняют? Способен ли человек выжить без этих организмов?

9.Перечислите преимущества и недостатки гомойотермии (теплокровности) над пойкилотермией (холоднокровностью).

10.а) Можно ли ящерицу, нагревшуюся на солнцепеке до температуры 390С, назвать теплокровным (гомойотермным) животным?

б) Можно ли бактерий, постоянно обитающих в горячих источниках гейзеров (при температуре 700С) и неспособных выжить, если температура их клеток изменится всего на несколько градусов, назвать теплокровными (гомойотермными) организмами?

Обоснуйте свой ответ.

11.Ответьте, почему негроидная раса людей сформировалась в жарких экваториальных регионах земного шара, хотя известно, что черный цвет поглощает больше тепла из светового потока, чем какой-либо другой.

12.Объясните, чем вызваны частые ныряния водоплавающих птиц в проруби водоемов в самые сильные морозы.

13.В тропических районах океана, где много тепла и света, жизнь очень бедна. Эти районы называют океаническими пустынями. Назовите лимитирующие факторы, ответ обоснуйте.

14.После заселения озера всеядными рыбами численность дафний в нем возросла. Предположите возможные гипотезы для объяснения этого факта.

15.Разные группы животных, освоивших сушу, имеют сходные приспособления (адаптации) для экономного расходования воды и существования в условиях пониженной влажности. Назовите эти адаптации.

16.Объясните, почему птицы и млекопитающие переносят низкую внешнюю температуру легче, чем высокую.

17.Тюльпаны, маки – влаголюбивые растения. Почему они могут расти в жарких пустынях?

18.Известно, что в жарких песчаных пустынях вода лимитирует развитие растений. Тепло и обилие солнечной энергии, наоборот, способствует хорошему росту многих растений. Как Вы считаете, достаточно ли доставить в пустыню воду, чтобы получать высокие урожаи сельскохозяйственных культур?

19.По правилу Алена, существует связь между строением тела теплокровных животных и климатом, в котором они живут. У животных холодного климата все выступающие части тела (уши, хвост, конечности) намного короче, чем у родственных им видов в теплых краях. С чем связаны эти особенности строения организма? Приведите примеры. Применимо ли правило Алена к человеку?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Популяции Популяция – любая, способная к самовоспроизведению совокупность

особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида. Количественные показатели популяции разделяют на статические и динамические.

Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. К ним относятся численность, плотность и показатели структуры (половой – соотношение полов, размерный – соотношение количества

особей разных размеров, возрастной – соотношение особей различного возраста в популяции).

Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени. Основными динамическими показателями популяции являются рождаемость, смертность и скорость роста популяции.

Контрольные вопросы и задания

1. Определите, какие группы организмов являются популяцией:

а) птичий базар; б) все растения березовой рощи; в) овес на поле; г) караси в озере; д) семья волков; е) соболи полуострова Камчатка; ж) группа львов в зоопарке.

2. Популяция, состоящая из 50 простейших организмов в некотором объеме воды, увеличивается путем деления. Через 1 час ее численность возрастает до 150 особей. Абсолютная рождаемость составила 100 особей в час, а удельная

– только 2 особи.

Рассчитайте абсолютную и удельную рождаемость популяции человека (за 1 месяц, за 1 год), исходя из того, что в городе с населением 10 тыс. человек за год появилось 400 новорожденных.

3.Население города составляет 6 млн человек, а его площадь 300 км2. Какова плотность населения на 1 км2?

4.Охотоведы установили, что весной на площади 20 км2 тайги обитало 8 соболей, из которых 4 самки. Ежегодно одна самка в среднем приносит 3 детенышей. Средняя смертность соболей (взрослых и детенышей) на конец года составляет 10%. Определите: численность соболей в конце года; плотность весной и в конце года; показатель рождаемости за год; показатель смертности за год.

5.На территории площадью 100 км2 ежегодно производили частичную рубку леса. На момент организации на данной территории заповедника было отмечено 50 лосей. Через 5 лет численность лосей увеличилась до 650 голов. Еще через 10 лет количество лосей уменьшилось до 90 голов и стабилизировалось в последующие годы на уровне 80–110 голов.

Определите численность и плотность поголовья лосей: а) на момент создания заповедника; б) через 5 лет после создания заповедника; в) через 15 лет после создания заповедника.

Объясните причины изменения численности.

6. Проследите за изменением средней продолжительности жизни группы особей, общим числом 1000, появившихся на свет в 10 11 одно и то же время. В первом случае смертность составляет 30%, во втором – 50%, в третьем – 70%.

Таблица 3

До какого возраста доживут эти группы? Какова средняя продолжительность жизни при данном уровне смертности?

7.Площадь охотничьего хозяйства – 39000 га. Леса на этой площади относят к лесам среднего качества. Лесистость хозяйства – 73%.

Численность лося ориентировочно 421 особь. Рассчитайте плотность популяции лося (низкая, оптимальная, высокая), если для лесов среднего качества плотность лосей должна составлять 3–5 особей на 1000 га.

Предложите предпочтительный вариант регулирования численности лося. Почему охотоведы настаивают на уменьшении в первую очередь численности старых быков, старых коров, быков с недоразвитыми или уродливыми рогами?

8.Определите, какую этологическую структуру популяции (А – одиночный образ жизни; Б – семья; В – стая; Г – стадо; Д – колония) имеют следующие организмы:

1) термит; 2) бобр; 3) пингвин; 4) антилопа гну; 5) лев; 6) сельдь; 7) щука;

8)пчела; 9) слон; 10) павиан; 11) журавль.

9.У слонов снижение скорости размножения начинается при повышении плотности популяции в 2–3 раза, а у многих насекомых только тогда, когда плотность возрастет в десятки и сотни раз.

Каковы возможные причины столь разной чувствительности видов к изменению плотности популяции?

10.Африканские двоякодышащие рыбы – протоптерусы – живут в периодически пересыхающих водоемах. Дополнительные органы дыхания, легкие, позволяют им выжить в этих условиях. Объясните, почему эти рыбы крайне агрессивны к представителям своего и других видов, вплоть до человека, хотя крупной добычей не питаются.

11.Какое значение имеет пение в жизни птиц? Почему птицы в средней полосе России поют преимущественно до середины лета, а затем умолкают?

12.Какое значение имеют миграции организмов в изменении численности популяций определенных видов? К каким последствиям могут привести миграции животных или растений? Приведите примеры известных Вам миграций, охарактеризуйте последствия.

13.Какое значение для популяций раннецветущих насекомоопыляемых растений могут иметь растянутые во времени сроки зацветания?

14.Какие сезонные изменения численности популяций животных и растений Вам известны? Приведите примеры циклических колебаний численности животных или растений.

Составьте список абиотических, биотических и антропогенных факторов, влияющих на динамику популяций известных Вам видов насекомых (например, комаров, пчел, саранчи, комнатной мухи и т.д.).

15.В результате самоизреживания елей в густых посадках число деревьев на 1 га составляло: в 20-летних насаждениях – 6720, в 40-летних – 2380, в 60летних – 1170, в 80-летних – 755, в столетних – 555, а в 120-летних – 465. Рассчитайте площадь, приходящуюся на одно дерево в разном возрасте. В какой период самоизреживание деревьев происходит наиболее интенсивно? Почему не рекомендуется заранее высаживать ели более разреженно?

16.По данным ЮНФПА (фонд ООН для деятельности в области народонаселения), в 1980-е годы численность народонаселения увеличивалась на 3 человека в секунду. Сколько детей рождалось ежедневно? За год?

17.Постройте две возрастные пирамиды, отражающие возрастной состав населения России (150 млн жителей) и Индонезии (190 млн жителей), используя данные из таблицы.

Таблица 4

Сравните построенные пирамиды и ответьте на вопросы: а) Численность населения какой страны растет?

б) Численность населения какой страны стабильна, с тенденцией к сокращению?

в) Почему в возрастной пирамиде населения России группа от 51 до 60 лет имеет численность меньшую, чем соседние группы?

г) Население какой страны близко к простой замене численности одного поколения другим?

д) Рассчитайте долю (в %) молодежи (возраст от 0 до 30 лет) в России и в Индонезии.

е) В какой стране демографический потенциал выше?

18.Численность жителей города в данном году составила 500 тыс. человек. За год родилось 7 тысяч. Рассчитайте, какова относительная рождаемость в пересчете на 1000 человек.

19.Если популяция реагирует на собственную высокую плотность снижением рождаемости, то почему возможно чрезмерное размножение вредителей в агроценозах?

20.На пне срубленной осины часто появляются быстрорастущие порослевые побеги. Однако порослевая осина в большей степени, чем осина семенного происхождения, подвержена гнилостным заболеваниям. Объясните быстрый рост порослевой осины и большую подверженность ее заболеваниям.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Биоценозы и экосистемы Экосистема – система живых организмов и окружающих их неорганиче-

ских тел, связанных между собой потоком энергии и круговоротом веществ. «Экосистема» и «биогеоценоз» – понятия близкие, но не синонимы. Каждый биогеоценоз – это экосистема, но не каждая экосистема – биогеоценоз. В структуре экосистемы (биогеоценоза) можно выделить 2 главные составляющие:

1)биоценоз – совокупность живых организмов: растений – фитоценоз; животных – зооценоз; микроорганизмов – микроценоз;

2)биотоп – абиотическое окружение, т.е. комплекс факторов неживой природы, из которого биоценоз черпает средства к существованию и куда выделяет продукты обмена; абиотические факторы обусловливают преобладание определенных видов растений в биоценозе.

Биоценоз имеет сложную внутреннюю структуру. Видовая структура – соотношение видов организмов по численности.