03.00.16 – экология *

Специальность
* Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 7 июня 2007 г. № 108
 

Цель программы – представить информацию о современном содержании и структуре науки «экология» (биологические науки), определить уровень и масштаб знаний, обеспечивающий высокую профессиональную грамотность экзаменуемого, его способность проводить самостоятельные экологические исследования, решать теоретические и практические задачи.

Основные задачи программы:

  • Структурировать перечень тем и вопросов по разделам экологии в соответствии с уровнем развития экологии как науки.

  • Выделить в каждом разделе программы вопросы концептуального и методического характера, которые соответствуют уровню кандидатского экзамена.

Требования к уровню знаний экзаменуемого:

  • Четко представлять положение экологии в трибе биологических дисциплин в соответствии с уровнями организации живой материи.

  • Понимать физико-химическую специфику сред жизни, их роль в разнообразии форм жизни и в биологическом прогрессе.

  • Знать основные особенности систем (популяция, биоценоз, экосистема, биосфера), механизмы их функционирования и развития.

  • Владеть приёмами выделения систем в природе, методами их наименования и классификации.

  • Знать адаптивное значение структурированности популяций, структуры биоценоза, особенности гомеостаза экосистемы и биосферы.

  • Понимать планетарную роль и функциональную значимость живого вещества в возникновении, развитии и сохранении биосферы.

  • Профессионально ориентироваться в современной экологической ситуации, объективно оценивать последствия отрицательных тенденций современного экологического кризиса.

  • Владеть современными методами экологических исследований.

Программа подготовлена на основе базовой программы по дисциплине «Экология», (УО «Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка»).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ-МИНИМУМА

ВВЕДЕНИЕ

Содержание, предмет и задачи экологии как биологической науки. Положение экологии в трибе биологических дисциплин в соответствии с уровнями организации живой материи. История становления и развития. Структура экологии.

Методы экологических исследований. Полевые методы, методы экспериментальных исследований. Моделирование. Экологическое прогнозирование и мониторинг.

Экология как теоретическая основа рационального природопользования, ресурсосбережения и охраны природы.

1. ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ

Понятие о среде. Основные среды жизни и их физико-химическая специфика.

Водная среда. Термодинамические свойства воды и их роль в жизни водных экосистем. Плотность воды и давление, подвижность, кислородный и солевой режимы, свет и температура.

Наземно-воздушная среда. Состав, влажность и температура воздуха. Световой режим. Географическая зональность и вертикальная поясность.

Почва как среда жизни. Особенности температурного, водного и воздушного режимов. Почвенная влага. Биотический компонент почвы. Плодородие почв.

Организм как среда жизни. Своеобразие условий внутренней среды хозяина: постоянство режима среды, защищенность от внешних факторов, обилие пищи, газообмен.

Роль среды в жизни организмов, разнообразии видов и биологическом прогрессе. Биологический закон единства организма и среды (закон Рулье-Сеченова).

1.1.  ФАКТОРЫ СРЕДЫ И АДАПТАЦИИ ОРГАНИЗМОВ

1.2. Факторы среды. Классификация факторов по В.В. Алехину (1950). Факторы биотические и абиотические. Антропические факторы. Взаимодействие факторов. Общие закономерности влияния фактора на организм. Концепция лимитирующих факторов. Закон минимума Ю. Либиха. Пределы толерантности и правило В. Шелфорда. Антропогенный стресс и токсичные отходы как лимитирующий фактор современной цивилизации. Экологическая амплитуда или экологическая валентность вида. Стено- и эврибионтные виды.

1.3. Адаптации организмов. Адаптации генетические и модификационные. Адаптации частные, ведущие к специализации, и общие, обеспечивающие освоение новых адаптивных зон. Основные адаптационные механизмы: генетические, физиологические, анатомо-морфологические, поведенческие. Характер и особенности возникновения адаптаций. Основные формы адаптаций. Жизненная форма как выражение универсальности приспособления организма к условиям среды. Происхождение жизненных форм растений. Сущность системы жизненных форм Раункиера. Система жизненных форм травянистых поликарпиков по И.Г. Серебрякову. Система жизненных форм животных по Д.Н. Кашкарову.

1.4. Основные факторы среды и адаптации организмов

1.3.1 Свет. Спектральный состав. Физико-химическая характеристика света. Роль света в жизни организмов. Особенности распределения солнечной радиации и эффективность её использования растениями в процессе фотосинтеза. Фотопериодизм. Экологические группы растений по отношению к свету. Свет как сигнальный фактор. Анатомо-морфологические и физиологические адаптации организмов к свету. Биологические ритмы. Роль солнца в стартовой ориентации мигрирующих птиц. Лунные ритмы.

1.3.2 Температура. Роль тепла в жизни организмов. Температурный диапазон жизни. Правило Вант-Гоффа-Аррениуса. Экологические группы видов по отношению к теплу. Терморегуляция у растений. Адаптации растений к высоким и низким температурам. Покой органический и вынужденный. Специфика теплообмена у животных. Пойкилотермия и гомойотермия. Адаптации пойкилотермных и гомойотермных животных. Правила Бергмана, Аллена, Гессе и Глогера.

1.3.3 Вода как фактор среды. Физико-химические особенности воды и их роль в жизни организмов. Основные типы анатомо-морфологических адаптаций растений к недостатку и избытку влаги. Экологические группы растений по отношению к воде. Адаптации животных к водной среде. Экологические группы водных животных.

2. ПОПУЛЯЦИЯ

Понятие популяции в экологии. Признаки биологические и групповые. Основные характеристики популяции. Гетерогенность особей в популяции и её роль в определении адаптивных стратегий. Ценопопуляция. Популяционная структура вида.

2.1. Структуры популяции

Пространственная структура. Определяющие факторы. Типы распределения особей в популяциях. Принцип В. Олли. Значение в освоении территории, ослаблении конкуренции и для внутрипопуляционных контактов.

Половая структура. Первичное, вторичное и третичное соотношение полов в популяции. Понятие о системе скрещивания. Адаптивное значение половой гетерогенности.

Возрастная структура. Возрастное или онтогенетическое состояние особей. Особенности возрастной структуры популяций у растений и животных. Разнокачественных возрастных состояний. Типы популяций по возрастной структуре. Возрастные спектры. Экологическое значение разновозрастности.

Этологическая структура. Биохорологические репродуктивные группировки. Экологическая сущность иерархии, специализации и территориальности. Эффект группы.

Генетическая структура. Основные причины, определяющие генетическую гетерогенность популяций. Фенетика популяций. Предмет и методы фенетики популяций. Популяция как эволюционирующая единица вида. Эволюционные процессы в популяции.

2.2. Динамика популяции.

Динамические характеристики популяции: рождаемость, смертность, иммиграция, эмиграция. Типы кривых выживания. Ёмкость среды и биотический потенциал. Основные составляющие биотического потенциала. Чистое воспроизведение и врожденная скорость популяционного роста. Концепция экологических стратегий Р. Мак-Артура и Э. Уилсона. К- и r-стратегии. Типы кривых роста численности популяций. Типы жизненных стратегий растений по Л.Г. Раменскому и Д. Грайму. Регуляция численности популяции. Факторы зависимые и независимые от плотности популяции. Специфика проявления мягких и жестких форм внутривидовой конкуренции.

2.3. Популяция и пути биологического прогресса.

Особенности популяции как биологической системы. Преемственность, независимость, динамичность, уникальность и структурированность популяции.

БИОЦЕНОЗ

Основные компоненты. Фитоценоз. Зооценоз. Грибы и микроорганизмы как компоненты биоценоза. Экотоп и биотоп.

2.4. Структуры биоценоза

Видовая структура. Видовое разнообразие и видовое богатство. Индексы видового разнообразия. Факторы, определяющие видовое разнообразие биоценоза. Правило Уоллеса и Декандоля. Градиент разнообразия по Уиттекеру. Правило А. Тинемана. Концепция экотонов и их роль в сохранении разнообразия. Ценотическая значимость видов в биоценозе. Эдификаторы и их роль в формировании фитосреды. Биоценотическое правило Г.Ф. Морозова. Биоразнообразие. Система категорий и методы учёта.

Пространственная структура. Ярусность как вертикальное разделение среды жизни в биоценозе. Горизонтальная структура. Ярусность во времени. Понятие мозаичности. Микрогруппировка. Синузия как эколого-биологическая, структурная единица биоценоза. Принцип плотной упаковки Р. Мак-Артура. Значение видовой и пространственной структуры биоценоза.

Экологическая структура и её роль в функционировании биоценоза.

2.5. Классификация растительности

Основные подходы к классификации растительности. Система таксономических единиц растительности В.Н. Сукачева. Понятие об ординации. Правила наименования таксономических единиц.

2.6. Типы биоценотических связей

Связи трофические, топические, форические и фабрические. Особенности взаимосвязи высших и низших организмов в биоценозах. Автотрофные и гетеротрофные организмы. Голозойный, сапрофитный и симбиотический типы питания. Консорция как элементарная единица функциональной организации биоценоза.

2.7. Формы биоценотических связей

Хищник-жертва. Разнообразие форм защитных адаптаций жертвы. Адаптации хищника. Типы охоты у плотоядных животных. Взаимоотношения видов в системе хищник-жертва. Модель Лотки-Вольтерры. Экологическая роль хищничества.

Хозяин-паразит. Особенности адаптаций хозяина и паразита в связи со специфическими условиями среды. Концепции паразитизма. Критерии и экологический статус. Экологическая значимость паразитизма.

Симбиоз. Мутуализм, комменсализм. Экологические аспекты азотфиксации, микоризы, лишайников. Коэволюция симбионтов. Критерии и экологический статус симбиоза. Роль симбиоза в природе.

Конкуренция. Формы конкурентных отношений. Правило конкурентного исключения Г.Ф. Гаузе. Механизмы, ослабляющие конкуренцию видов в биоценозе. Конкуренция как движущий фактор эволюции и фактор организации сообщества. Эволюционная сопряженность биоценотических связей.

2.8. Экологическая ниша

Концепция гиперпространственной ниши Дж. Хатчинсона. Ниша фундаментальная и реализованная. Гомогенность, мерность, «ширина» или размер, перекрывание ниш. Механизмы обособления (разделения) ниш. Факторы, определяющие разнообразие ниш и их роль в жизни биоценоза.

Факторы, определяющие устойчивость биоценоза. Нарушение структуры сообществ под влиянием антропических воздействий.

2.9. Функциональная структура

Подсистемы автотрофов, консументов и редуцентов. Правило одного и десяти процентов.

2.10. Энергия в экологических системах

Материально-энергетический обмен. Трансформация вещества и энергии. Поток энергии согласно законам термодинамики. Круговорот веществ.

Цепи и сети питания. Роль микробиального звена в трофических цепях. Утилизация первичной продукции.

 Биологическая продуктивность. Первичная продукция – валовая и чистая. Первичная продукция в наземных и водных экосистемах разного типа.

Энергетический баланс консумента. Анаболизм, катаболизм. Затраты на дыхание у разных групп организмов. Отличительные особенности гомойотермии. Уровень энергетического обмена и тип дыхания организмов.

Экологические пирамиды Ч. Элтона. Правило пирамид.

Эффективность использования энергии на разных уровнях интеграции жизни. Энергетика и адаптации. Энергетика и эволюция.

2.11. Агроэкосистемы

Основные отличия от природных систем.

2.12. Биогеоценоз

Соотношение понятий экосистемы и биогеоценоза. Взаимосвязь основных компонентов биогеоценоза. Границы. Роль индикаторных видов в определении границ. Непрерывность и дискретность биогеоценотического покрова. Лесные биогеоценозы Беларуси. Критерии выделения, общая характеристика, закономерности размещения.

2.13. Динамика экосистем

Система представлений о сукцессиях. Сингенез. Этапность развития сообщества в ходе сукцессии. Тенденция изменения видового разнообразия. Эндогенетические сукцессии. Механизмы. Концепция климакса. Экзогенетические смены. Динамичность как один из факторов гомеостаза экосистем.

3. ЭКОСИСТЕМЫ

Экосистема – функциональная и структурная единица биосферы.

4. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

Определение биосферы как единой макросистемы, сферы жизни. Пространственная протяженность. Виды веществ. Концепция биосферы В.И. Вернадского. Постулаты В.И. Вернадского. Живое вещество биосферы. Биохимические особенности. Суммарная масса, химический состав, видовое разнообразие. Закон константности количества живого вещества Вернадского. Биогеохимические функции живого вещества. Круговорот вещества в биосфере. Геологический и биологический круговороты. Биохимические циклы как основа целостности биосферы и взаимосвязи её компонентов. Возникновение и развитие биосферы. Основные механизмы, определяющие гомеостаз биосферы. Ноосфера.

5. ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

Основные принципы. Пути сохранения генофонда: экосистемный, биоценотический, биотопический, популяционный, организменный и генетический. Проблемы сохранения редких видов.

Кадастры редких и исчезающих видов. Международная «Красная книга». «Красная книга» Республики Беларусь. Охраняемые природные территории и режимы охраны. Экологические сети. Охрана природы в Беларуси. Закон Республики Беларусь «Об особо охраняемых природных территориях и объектах». Заповедники, национальные парки, заказники, памятники природы, истории и культуры Беларуси. Принципы выделения, особенности и значение.

6. СОВРЕМЕННЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

6.1. Экологический кризис

Основные отрицательные тенденции кризиса. Изменение химического состава и физических свойств атмосферы. Парниковый эффект и возможные последствия. Опасность глобального потепления. Проблема озона. Загрязнение биосферы. Основные виды загрязнителей. Кислотные дожди. Евтрофикация водоёмов. Влияние загрязнителей на растительность, жизнь животных и здоровье человека. Оскудение кладовых Земли. Деградация почв. Проблемы гумуса. Демографический взрыв и урбанизация.

6.2. Экологические проблемы Беларуси

Последствия Чернобыльской катастрофы. Проблемы Полесья и Солигорска, озера Нарочь и малых рек. Загрязнение почв, воздуха, поверхностных и грунтовых вод. Проблема проникновения чужеродных инвазивных видов.

6.3. Концепция устойчивого развития – важнейшая цель мирового сообщества. Основные положения Национальной стратегии устойчивого развития Республики Беларусь. Переход от антропоцентризма к биоцентризму.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Бигон М., Харпер Дж. , Таунсенд К. Экология: особи, популяция и сообщества: в 2 т. –  М., 1989.

  2. Василевич В.И. Очерки теоретической фитоценологии – Л., 1983.

  3. Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере. – М., 1989.

  4. Галковская Г.А. Основы популяционной экологии. – Мн., 2001.

  5. Гиляров А.М. Популяционная экология. – М., 1990.

  6. Дажо Р. Основы экологии. – М., 1975.

  7. Краснощеков Г.П. Паразитизм и экологический статус // Успехи современной биологии. – 2000. – Т. 120, № 3. – С. 253–264.

  8. Неронов В.В. Развитие концепции экотонов и их роль в сохранении биологического разнообразия // Успехи современной биологии. – 2001. – Т. 121, № 4. – С. 323–336.

  9. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: учеб. пособие. – М., 2000.

  10. Одум Ю. Экология: в 2 т. – М., 1986.

  11. Проворов Н.А. Генетико-эволюционные основы учения о симбиозе // Журнал общей биологии. – 2001. – Т. 62, № 6. – С. 472–495.

  12. Радкевич В.А. Экология. – Мн., 1998.

  13. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). – М., 1994.

  14. Тимофеев-Ресовский Н.В., Яблоков А.В., Глотов Н.Р. Очерк учения о популяции. – М., 1973.

  15. Чернов Ю.И. Биологическое разнообразие: сущность и проблемы // Успехи современной биологии. – 1991. – Т. 62, № 6. – С. 472–495.

  16. Чернова Н.М. Экология: учеб. пособие. – М., 2004.

  17. Шилов И.А. Экология. – М., 1997.

  18. Яблоков А.В. Популяционная биология: учеб. пособие. – М.: 1987.

  19. Яблоков А.В., Остроумов С.А. Уровни охраны живой природы. – М., 1985.