III. Сохранение биоразнообразия в урбанизированных и промышленных районах Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины: ознакомление студентов с проблемой сохранения биоразнообразия на урбанизированных территориях, с особенностями городской среды, трансформацией природных биоценозов на территории города, промышленных и пригородных зон, формирование представлений о роли биоразнообразия в сохранении устойчивости экосистем и в оздоровлении городской среды.

Задачи дисциплины: изучение влияния урбанизации на растительность, почвы и животный мир; обоснование мер по сохранению биоты на урбанизированных территориях и в промышленных зонах.

Место курса в профессиональной подготовке

Курс предлагается для включения в блок специальных дисциплины (региональный компонент) образовательно-профессиональных программ биологических специальностей. В этом случае 1-й раздел курса может быть сокращен. При использовании курса в подготовке слушателей для получения дополнительной квалификации «Эколог», он может быть включен в блок общепрофессиональных дисциплин, например в качестве раздела дисциплины «Актуальные проблемы современной экологии». Курс может быть также предложен для программы повышения квалификации работников особо охраняемых природных территорий. 1-й раздел учебного пособия адаптирован для лиц, не имеющих специального биологического образования.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины По завершении курса студент (слушатель) должен:

• уметь обосновать роль биоразнообразия в обеспечении устойчивости экосистем и биосферы;

• иметь представление о явлении урбанизации и его влиянии на биосферные процессы;

• знать особенности городской среды, ее влияние на почвы, растительность, животный мир;

• уметь обосновать необходимость и перспективы сохранения биоразнообразия в урбанизированных и промышленных районах;

• знать экологические принципы организации и оздоровления городской среды, мероприятия по сохранению биоразнообразия в городе, промышленных и пригородных зонах.

Объем дисциплины и виды учебной работы

В ОПП профессиональной подготовки: общая трудоемкость – 50 часов. Из них аудиторных – 26 час, в т.ч. лекций 16 час, семинаров 10 час.

В ОПП повышения квалификации или дополнительного образования: общая трудоемкость – 20 час, аудиторных – 10 час.

Вид итогового контроля – зачет. Лабораторный практикум не предусмотрен.

Материально-техническое обеспечение: диапроекторы, наглядные пособия, видеомагнитофон, компьютер.

Содержание программы

1. Разнообразие биологических видов и его значение для биосферы. Физиологическая разнокачественность различных групп организмов. Крупнейшие таксоны и роль их представителей в обеспечении биогеохимических циклов. Роль видового разнообразия в формировании устойчивости экосистем. Антропогенные воздействия на биоту.

2. Урбанизация – одна из характерных тенденций развития человечества в ХХ века. Загрязнение и деградация природной среды. Мегаполисы. Потоки вещества и энергии в городе. Городские ландшафты. Промышленные и селитебные зоны, парки, озеленение, рекреационные зоны, транспортные потоки. Влияние города на окружающие природные экосистемы.

3. Особенности биотопов в городе. Мозаичный характер природных комплексов, зеленых насаждений и застройки. Климатические условия. Подземное хозяйство. Структура поверхности зданий. Кормовая база для животных. Синантропизация флоры и фауны. Город как искусственная экосистема с преобладанием гетеротрофного звена. Проблема отходов.

4. Почвы города. Экологические функции почвы. Изменения почвенных биоценозов в условиях города и промышленных зон. Переуплотнение, загрязнение, потеря способности к саморегуляции городскими почвами. Необходимость сохранения и рекультивации почв.

5. Водные системы города. Гидрологический цикл в природе. Водные экосистемы и влияние на них городской среды: перерасход водных ресурсов, загрязнение и деградация водных экосистем. Способность к самоочищению. Проблемы водоснабжения города. Водные организмы как индикаторы качества воды. Изменения в составе фитоценозов, ихтиофауны, герпетофауны в городских водоемах и прибрежных зонах.

6. Растительность в городе. Функции растений в природных экосистемах. Роль растительности в оздоровлении городской среды. Состояние растений в городе. Разнообразие растений. Синантропные виды и интродуценты. Парковые зоны, уличные насаждения, пригородные леса, причины их деградации.

7. Животные в городе. Разнообразие животных в городе. Различные местообитания и виды, их населяющие. Особенности трофических цепей в городе. Трансформация природных и формирование городских экосистем в связи с изменениями типа землепользования (на примере Московского региона). Адаптация животных к городской среде.

8. Перспективы сохранения биоразнообразия в городе. Сохранение биоразнообразия и проблемы охраны местообитаний и целостных природных сообществ. Необходимость формирования зеленого каркаса города с сохранением естественных экосистем, основных типов местообитаний, путей миграций, мест размножения и зимовок для животных. Проблемы рекультивации почв, планирование фитоценозов, комплекса беспозвоночных, орнитокомплекса и формирование устойчивых искусственных экосистем в парковой зоне. Характерные черты синантропизации фауны.

9. Принципы оценки состояния урбоэкосистем. Физико-химический мониторинг. Биологический контроль состояния среды.

10. Экологические принципы организации городской среды. Рациональное планирование застройки, транспортных магистралей, сохранение и создание зе­леных территорий, меры по снижению уровней загрязнений, сокращение энергозатрат, расхода воды. Необходимость создания охраняемых и заповедных зон в «зеленом поясе» города, охраны и восстановления малых рек, сохранение биоразнообразия и создание экологической сети с восстановлением связей между экосистемами на урбанизированной территории. Зоопарки, меры по охране редких видов.

Заключение. Элементы жизнеобеспечения для гетеротрофной системы промышленно-городского типа. Принципы «экоразвития». Формирование экологической культуры.

Литература

Основная

1. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. Т. 1 и 2.

2. Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа, 1987.

3. Негробов О.П., Жуков Д.М., Фирсова Н.В. Экологические принципы оптимизации и управления городской средой. Воронеж: 2000.

Дополнительная

1. Экополис 2000. Экология и устойчивое развитие города. Материалы Международной конференции по программе «Экополис». М.: 2000.

2. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П., Экология. М.: МГНИЭ, 2000.

IV. Биологическое разнообразие и методы его оценки

Лекций: 24 часа

Практических занятий: 16 часов

Семинары: 8 часов

Общий объем: 48 часов

Цели и задачи преподавания дисциплины

В результате изучения дисциплины студенты должны иметь представление о разнообразии живых организмов и надорганизменных биологических систем; географическом распределении биологического разнообразия; роли биологического разнообразия в поддержании устойчивого развития человеческого общества и стабильного существования естественных экосистем; основных факторах, воздействующих на изменения биологического разнообразия; методах оценки биологического разнообразия; знать параметры биологического разнообразия; основные модели видового разнообразия; закономерности динамики биологического разнообразия; факторы, воздействующие на изменение биологического разнообразия; уметь использовать компьютерные базы данных по биологическому разнообразию; компьютерные программы для оценки биологического разнообразия; ГИС-технологии для представления данных о биологическом разнообразии; статистические пакеты общего назначения в оценке биологического разнообразия; результаты оценки биологического разнообразия в экологической экспертизе.

Содержание дисциплины

1.Введение

Предмет и задачи курса «Биологическое разнообразие». Понятие «Биологическое разнообразие». История возникновения термина «Биологическое разнообразие» и причины, определившие интерес к биологическому разнообразию в 80-х годах XX столетия. Угроза тропическим лесам как причина формирования программы «Биологическое разнообразие» Международного союза биологических наук. Биологическое разнообразие в контексте структуры и функционирования экосистем. Биологическое разнообразие как основа развития и существования биосферы. Основные термины и понятия, относящиеся к «Биологическому разнообразию» – ген, фен, геном, генотип, фенотип, пиния, популяция, генофонд, сорт, порода, раса, подвид, вид, сообщество, экосистема, ландшафт, биосфера. Биологическое разнообразие и развитие человечества. Биологическое разнообразие и устойчивая биосфера. Потеря биологического разнообразия – путь к экологической катастрофе человечества. Фундаментальные проблемы биоразнообразия.

2. Мировое сообщество и Россия в сохранении биологического разнообразия (6 час)

Сохранение биологического разнообразия как одна из первоочередных задач национальных правительств. Программа «Биологическое разнообразие» как стратегическая программа Международного союза биологических наук. Участие международных организаций: ЮНЕСКО, СКОПЕ, ВФДП, ЮНЕП, ФАО, МСОП, МСНС в программе «Биологическое разнообразие». Международная конвенция по сохранению биологического разнообразия (Бразилия, 1992). Задачи Российской Федерации в выполнении Конвенции по сохранению биологического разнообразия: обязательств по подписанным договорам и соглашениям; разработка основ законодательства по биоразнообразию; создание мониторинговой сети для наблюдения за охраняемыми биотопами и миграционными путями международного значения; создание справочников и баз данных по региональному и глобальному биологическому разнообразию; участие в создании и пересмотре красных книг. Разработка национальной стратегии использования биологических ресурсов в биотехнологии, хозяйственной деятельности человека на основе исследования биологического разнообразия. Структура, цепи, задачи, финансирование ГНТП Российской Федерации «Биоразнообразие».

3. Биоразнообразие – наука о разнообразии биологических систем (надорганизменный уровень)

3.1. Терминология и понятия. Уровни биоразнообразия. Биоразнообразие и устойчивость экосистем. Механизмы поддержания биоразнообразия. Динамика разнообразия во времени и пространстве (2 час).

3.2. Видовое разнообразие как отражение представлений о биологическом разнообразии (2 час).

Концепция вида. Современные знания о количестве видов. Распределение описанных видов по царствам и типам организмов. Историческая динамика описания. Размеры организмов и число описанных видов. Где искать новые виды? Почему насекомые богаче видами по сравнению с другими группами живых организмов. Тропики – видовое разнообразие действительное или кажущееся. Сколько видов может заселять Земной шар?

4. Экосистемы – как конкретная среда биологического разнообразия

Структура экосистем. Наземные экосистемы и водные экосистемы. Классификация экосистем. Сообщества и взаимоотношения видов. Экологическая ниша вида. Биологическое разнообразие и облик экосистем. Термины, связанные с трофической структурой экосистем – гильдии, ассамблеи, функциональные группы, лиги. Термины, связанные с пространственной структурой экосистем – ярус, ассоциация, консорция, биоценотический горизонт. Пространственно-временная структура экосистем. Сукцессии и биологическое разнообразие. Экотоны и биологическое разнообразие. Ландшафты и биологическое разнообразие экосистем.

5. Глобальное распределение биологического разнообразия

Географические аспекты распределения видов. Биомы Земного шара и распределение видового богатства по широтному градиенту. Сходство и различие распределения видов на разных материках. Температура и влажность как факторы распределения видового разнообразия на суше. Температура и соленость как факторы распределения видового разнообразия в океане.

6. Модельные группы организмов для оценки глобального распределения биологического разнообразия

Наземные позвоночные как модель для оценки глобального распределения биологического разнообразия. Географическое распределение групп наземных позвоночных и их видовое разнообразие. Распространение эндемизма отдельных таксономических групп позвоночных на материках. Изученность видового разнообразия позвоночных в различных странах. Почвенные сообщества в оценке разнообразия. Цивилизация и эндемизм. Острова – природные лаборатории изучения биологического разнообразия. Материковые и океанические острова – зависимости биологического разнообразия, связанные с происхождением островов. Эндемизм растений островов и связь с эндемизмом животных. Антильские и Галапагосские острова – классические примеры эндемизма растений и животных. Дарвиновы вьюрки – эндемизм и биологическое разнообразие. Макартур и теория островной биогеографии. Заповедники как острова на суше. Теория островной биогеографии и проблемы сохранения биологического разнообразия.

7. Охрана биоразнообразия живой природы

7.1. Человечество и исчезновение видов. Воздействие человечества на биологическое разнообразие. Опасность потери биологического разнообразия. Биоэтика.

7.2. Биологическое разнообразие и глобальные изменения среды. Парниковый эффект и биологическое разнообразие – возможные сценарии и следствия. Глобальные изменения и динамика биоразнообразия морей и океанов. Кислотные дожди – проблема биоразнообразия в северных странах. Устойчивое сельское хозяйство и дилеммы развития в контексте проблем сохранения биоразнообразия. Ядерные аварии: биоразнообразие растет? Военные полигоны и охрана биоразнообразия. Военные конфликты и воздействие на биоразнообразие. Генная инженерия и проблемы биоразнообразия.

7.3. Охрана биоразнообразия – задача всего человечества. Международное сотрудничество в области охраны биоразнообразия. Международные законодательные акты. Биосферные заповедники. Международная сеть территорий для инвентаризации и мониторинга биологического разнообразия. Что такое исчезающий вид? Красная книга. Категории видов в Красной книге. Доля исчезающих видов в различных группах организмов. Почему исчезают крупные виды? Распределение исчезающих видов на карте мира. Взаимосвязь между числом исчезающих видов и территорией государств. Какие экосистемы связаны с исчезновением видов. Что исчезает раньше экосистема или конкретный вид? Цивилизация и исчезновение видов. Островные экосистемы и исчезновение видов. Оценка риска исчезновения видов.

8. Человек – источник биоразнообразия

Сельскохозяйственные растения, животные и человек. Искусственный отбор как источник биоразнообразия. Интродукция растений и животных. Коэволюция человека и синантропных видов. Патогенные организмы и человек. Биотехнология и биоразнообразие.

9. Измерение и оценка биологического разнообразия

9.1. Уровни биоразнообразия. Классификации биоразнообразия. Альфа-, бета-, гамма- и эпсилон-разнообразие. Параметры биоразнообразия. Видовой состав, видовое богатство, обилие видов, таксономическое разнообразие. Выравненность. Видовое богатство. Методы построения графиков видового обилия. Компьютерный анализ графиков видового обилия.

9.2. Модели биологического разнообразия. Геометрическое распределение. Логарифмическое распределение. Лог-нормальное распределение. Модель «разломанного стержня» Макартура. Другие теоретические модели. Компьютерная оценка эмпирических данных. Подбор теоретических моделей видового разнообразия.

9.3. Индексы биологического разнообразия. Индексы сравнения. Индексы видового разнообразия. Применение индексов биологического разнообразия и их ограничения. Существуют ли объективные индексы биологического разнообразия.

9.4. Анализ бета-разнообразия. Сравнение, сходство, соответствие сообществ. Показатели сходства, основанные на мерах разнообразия, показатели соответствия. Основные индексы общности для видовых списков. Индекс общности для количественных данных. Графический анализ бета-разнообразия. Применение кластерного анализа в оценке бета-разнообразия.

9.5. Компьютерный анализ разнообразия. Программные продукты для оценки биоразнообразия. Межпопуляционные различия и их оценка. Биологическое разнообразие и биоиндикация нарушений окружающей среды. Коллекции и оценка биологического разнообразия. Новые методы в оценке биологического разнообразия по коллекционным и ископаемым материалам. Картирование биологического разнообразия.