Тема 1. Организм и среда обитания. Экология популяций.

ЭКОЛОГИЯ

 

Методические указания для студентов заочной формы обучения

 

Специальность 151001 – «Технология машиностроения»

 

 

Вологда

 

УДК 574

 

Экология: Методические указания для студентов заочной формы обучения. – Вологда: ВоГТУ, 2011. – 24 с.

 

Методические указания разработаны на основании учебного плана по специальности 151001 – «Технология машиностроения» и содержит цели и задачи курса, требования к знаниям и умениям по дисциплине, краткое содержание курса, планы практических занятий, перечень вопросов выносимых на зачет, список рекомендованной литературы.

 

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

 

Составитель: А.А. Артеменков, канд. биол. наук, доцент кафедры СГиЕНД Череповецкого филиала ВоГТУ

 

Рецензент: А.П. Добрынин, д-р биол. наук, профессор кафедры биологии ФГБОУ ВПО ЧГУ

 

Цели и задачи курса

 

Цель курса – дать теоретические и практические знания по основным разделам экологии. Ознакомить студентов с основными сведениями о взаимодействии живых организмов с окружающей средой обитания, в том многообразием взаимосвязей их с другими организмами и сообществами. Изучить экологические факторы среды, экологию человека, загрязнение окружающей среды промышленными отходами. Конкретизировать знания по применению средств защиты атмосферного воздуха, почвы и воды. Изучение дисциплины формирует естественнонаучное мировоззрение будущего инженера, его эрудицию, общенаучные и профессиональные компетенции.

 

Задачи курса

- сформировать основные понятия о связях живых организмов с окружающей средой;

- изучить экологические факторы среды, их влияние на жизнедеятельность и поведение организмов;

- показать существование различных взаимоотношений между популяциями разных видов в сообществе;

- объяснить особенности антропогенного воздействия на биосферу, влияние загрязнения окружающей среды на здоровье человека.

 

Требования к знаниям и умениям по дисциплине

 

В результате изучения учебной дисциплины студенты должны знать:

- основные понятия и законы экологии;

- физические и химические загрязнители среды обитания;

- средства и методы защиты воздуха, воды и почвы от промышленных отходов.

Иметь представление:

- о рациональном использовании природных ресурсов;

- о методах расчета экономического ущерба;

- о влиянии окружающей среды на здоровье человека.

 

Приобрести навыки:

- выполнения необходимых расчетов по установлению экологического ущерба окружающей среде;

- бережного отношения к живой природе и ее водно-минеральным ресурсам.

После изучения курса «Экология» студент должен иметь целостное представление о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, понимать современные научные методы познания окружающей природной среды и владеть ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающие при выполнении профессиональных функций.

 

 

Тематическая карта дисциплины

 

№ п/п	Тематика занятий	Лекции	Практич.
1.	Организм и среда обитания. Экология популяций.
2.	Экология сообществ и экосистем. Биосфера.
3.	Антропогенное загрязнение окружающей среды.
4.	Экология и здоровье человека.
	Итого:

 

 

Краткое содержание курса «Экология»

 

Практическое занятие № 1

Организм и среда обитания. Экология популяций.

Вопросы для повторения

 

1. Дайте определение экологии как науки. Назовите основные ее разделы.

2. Что такое среда обитания? Приведите примеры обитания растений и животных в разных экологических средах.

3. Расскажите об экологических факторах среды. Приведите примеры их воздействия на живые организмы.

4. Дайте определение популяции. Опишите некоторые популяции животных нашей страны.

5. Охарактеризуйте возрастную, половую и экологическую структуру популяции.

 

Практическая часть

 

1. Предложите конструкцию парящего в воде аппарата на основе анализа жизненных форм у представителей планктона (см. рис.).

 

2. В начале сезона было помечено 1000 рыб. В ходе последующего лова в общем вылове из 5000 рыб обнаружилось 350 меченых. Какова была численность популяции перед началом промысла (для расчета используйте формулу: Т/N = R/C, где Т – общее число меченых животных; N – общая численность популяции; R – число повторно выловленных меченых особей; C – произвольный вылов).

3. Нагрузка веса тела на опорную поверхность ног свыше 30 г на 1 см ² сильно затрудняет передвижение животного по рыхлому снегу. У рыси она равна 422, а у лося – около 500 г на 1 см ². Но для рыси полуметровый слой снега – фактор, ограничивающий активность, а для лося – нет. Как вы думаете почему?

4. Ежегодно рождаемость популяции составляет 1000 особей. Ежегодная смертность 30 %. Рассчитайте, до какого возраста могут дожить особи одного поколения.

5. Пара грачей приносят птенцам за сутки 40 – 45 г насекомых, что составляет около 1000 особей разных видов. Птенцов вскармливают 29 – 30 дней. Подсчитайте, насколько одна колония грачей в 200 гнезд за период вскармливания птенцов может снизить численность вредных саранчовых в радиусе 3 км от колонии, если начальная плотность популяций – 1 особь на 1 кв. м. Принять, что в данном регионе грачи питаются преимущественно этими насекомыми.

 

Практическое занятие № 2

Вопросы для повторения

 

1. Опишите структуру биогеоценоза. Приведите примеры природных биогеоценозов.

2. Укажите основные цепи питания в биогеоценозах.

3. Поясните сущность правила экологической пирамиды.

4. Что такое биосфера и каковы ее границы?

5. Перечислите и поясните функции живого вещества биосферы.

 

 

Практическая часть

 

1. В результате самоизреживания елей в густых посадках число деревьев на 1 га составляло: в 20-летних насаждениях – 6720, в 40-летних – 2380, в 60-летних – 1170, в 80-летних – 755, в 100-летних – 555, а в 120-летних – 465. Начертите график уменьшения стволов елей в лесу при увеличении возраста. Рассчитайте площадь приходящуюся на одно дерево в разном возрасте. В какой период самоизреживание деревьев происходит наиболее интенсивно? Не стоит ли заранее высаживать ели разреженно?

2. Проанализируйте изменчивость заготовок маньчжурской белки за 20 последних лет. Объем добычи приводится в баллах: 1, 32, 4, 27, 25, 2, 3, 37, 1, 6, 95, 21, 68, 28, 1, 22, 22, 41, 26, 62. С какой вероятность можно планировать объем заготовок пушнины на 1 год вперед? На 10 лет?

3. Начертите схему пищевых связей волка и зайца, учитывая, что каждый из них – многоядный вид и сам служит источником пищи для других. Каждый вид обозначьте кружком, каждую связь – стрелкой от жертвы к хищнику.

4. Составьте схему трофической структуры водоема (на примере пруда). Начертите схемы 3 – 4 пищевых цепей, начинающихся в агроценозе с растений пшеницы.

5. Составьте схему важнейших источников энергии, идущей на обеспечение основных нужд человека.

 

 

Практическое занятие № 3

Вопросы для повторения

1. Какое влияние оказывает хозяйственная деятельность человека на окружающую среду?

2. Расскажите о химическом загрязнении атмосферного воздуха, воды и почвы токсическими веществами.

3. Как осуществляется санитарно-гигиеническое нормирование вредных веществ в окружающей среде?

4. Какую работу выполняют службы мониторинга окружающей среды?

5. Расскажите об экологической обстановке в г. Череповце и Вологодской области.

 

 

Практическая часть

 

1. Планировка какого населенного пункта не отвечает экологическим требованиям?

 

2. На предприятии по производству азотных удобрений в условиях изотермического хранения содержится 500 т аммиака. Определите уровень экологической опасности хранилища и угрозу населения.

3. Подберите наиболее характерные виды действия примесей, находящихся в воздухе городов, на организм человека: 1) наличие соединений серы; 2) наличие СО; 3) наличие сажи; 4) наличие двуокиси кремния; 5) наличие радиоактивных веществ; а) канцерогенное; б) раздражающее дыхательные пути; в) образование силикотических пузырьков; г) нарушение дыхательной функции крови; д) гонадотропное; е) развитие эмфиземы.

4. Выберите правильный ответ. Свалки, поля запахивания, компостные поля – это метод обезвреживания твердых отходов: а) химический; б) биологический; в) механический.

5. Дополните утверждение. Расстояние между жилыми кварталами и промышленными предприятиями, установленное для защиты населения от вредных выбросов, называется ….

 

Практическое занятие № 4

Вопросы для повторения

 

1. Дайте определение здоровья. Каковы его индикаторы?

2. Перечислите факторы риска, способствующие возникновению заболеваний.

3. Оцените качество жизни населения России и жителей гг. Череповца и Вологды?

4. Расскажите о заболеваемости населения России. Как осуществляется ее учет?

5. Раскройте структуру общей заболеваемости взрослого населения, студенческой молодежи и детей России и жителей нашей области? Какова средняя продолжительность жизни мужчин и женщин в целом по России и в Вологодской области?

 

 

Практическая часть

 

1. Выберите правильный ответ. Комплексная эколого-социально-экономическая отрасль знаний, где все социальные, экономические и природные условия рассматриваются как одинаково важные составляющие среды жизни человека, обеспечивающие различные стороны его потребности, – это: а) экология человека; б) химическая экология; в) социальная экология; г) прикладная экология.

2. Установите соответствие вкладов отдельных факторов в совокупное влияние на здоровье населения, согласно Всемирной организации здравоохранения:

а) Образ жизни	1) 50 %
б) Среда обитания	2) 20 %
в) Наследственность	3) 10 %
г) Качество медико-санитарной помощи

 

3. В механическом цехе завода уровень шума на постоянных рабочих местах составляет 90 дБА. Дайте санитарно-гигиеническую оценку уровню шума и предложите мероприятия по его оптимизации.

4. Многие уверяют, что ночью в тишине гораздо продуктивнее подготовка к экзаменам, чем днем. Согласны ли вы с этим? Объясните ответ.

5. Если бы от вас зависела организация работы в ночную смену на предприятии, что бы вы выбрали: а) постоянную ночную работу с повышенной оплатой, для тех, кто согласен на такой режим, б) чередование дневной и ночной работы для каждого, с увеличенным отдыхом после ночи, в) только дневную работу для одних и чередование дневных и ночных смен для других работников. Или какие-либо другие формы организации труда? Обоснуйте ответ.

 

Тематика контрольных работ

 

1. Химическое загрязнение атмосферы.

2. Химическое загрязнение природных вод.

3. Проблема загрязнения мирового океана.

4. Антропогенные загрязнения почвенного покрова.

5. Экология городов.

6. Биосфера и человек.

7. Экология и здоровье человека.

8. Экологические преступления.

9. Экологические проблемы народонаселения.

10. Животный мир как объект правовой охраны.

11. Экологическая концепция Российской Федерации.

12. Взаимодействие предприятия и окружающей среды.

13. Влияние окружающей среды на экономический рост.

14. Экологические правонарушения и ответственность.

15. Средства контроля окружающей природной среды.

16. Порядок обращения с крупнотоннажными отходами.

17. Экологические проблемы военной деятельности.

18. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации.

19. Управление качеством окружающей природной среды.

20. Экологическая стандартизация и паспортизация.

21. Агроэкология и мелиорация сельскохозяйственных земель.

22. Международное сотрудничество в сфере экологии.

 

 

Список вопросов выносимых на зачет по дисциплине «Экология»

 

1. Предмет и задачи экологии.
2. Среда обитания. Влияние живых организмов на среду.
3. Экологические факторы среды. Их комплексное действие на живые организмы.
4. Биологический оптимум. Приспособление организмов к среде обитания.
5. Экологическая ниша.
6. Понятие о популяциях. Показатели популяций.
7. Структура популяции и её виды. Динамика популяций.
8. Экологические взаимоотношения организмов.
9. Биоценоз, биотоп и биогеоценоз. Структура биогеоценоза.
10. Экосистемы. Саморегуляция и устойчивость экосистем. Искусственные экосистемы.
11. Круговорот веществ и поток энергии в биогеоценозе.
12. Цепи питания. Правило экологической пирамиды.
13. Биосфера, ее границы.
14. Живое вещество биосферы (биомасса).
15. Круговорот веществ и энергии в биосфере.
16. Антропогенное воздействие на биосферу и его последствия.
17. Глобальные экологические проблемы.
18. Пути решения экологических проблем.
19. Международное сотрудничество в сфере экологии.
20. Охрана окружающей среды и рациональное природопользование.
21. Загрязнение окружающей среды промышленными и бытовыми отходами.
22. Экология урбанизированных территорий.
23. Заповедные территории и охрана антропогенных ландшафтов.
24. Мониторинг окружающей среды. Средства контроля окружающей природной среды.
25. Нормирование качества окружающей природной среды и экологическая стандартизация.
26. Защита атмосферного воздуха. Санитарно-защитные зоны.
27. Защита водных объектов.
28. Защита земельных ресурсов, флоры и фауны.
29. Защита среды от твердых отходов.
30. Экологический паспорт предприятия-природопользователя.
31. Экономический ущерб от загрязнения окружающей среды.
32. Правовые основы охраны окружающей среды.
33. Экологическая экспертиза. Система экологического контроля в России.
34. Окружающая среда и здоровье человека. Группы здоровья.
35. Факторы экологического риска.
36. Заболеваемость населения России.

37. Экологическая обстановка в г. Череповце.

38. Санитарно-гигиеническое нормирование состояния окружающей среды.

 

Список литературы

 

Основная

1. Акимова, Т. А. Экология. Природа-Человек-Техника: учебник / под общ. Ред. А.П. Кузьмина. – М.: Экономика, 2007. – 510с.

2. Горелов, А.А. Экология: учебник для вузов по гуманитар. Специальностям / А. А. Горелов. – 3-е изд., стер. – М.: Academia, 2009. – 398c.

3. Келина, Н.Ю. Экология человека / Н.Ю. Келина, Н.В. Безручко. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 394 с.

4. Коробкин, В. И. Экология: учебник для вузов / В. И. Коробкин, Л. В. Передельский. – Изд. 15-е, доп. и перераб. – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 601 c.

5. Шилов, И.А. Экология / И.А. Шилов. – М.: Высш. шк, 2006. – 512 с.

 

Дополнительная

1. Гальперин, М. В. Экологические основы природопользования: учебник / М. В.Гальперин. – М.: Форум: Инфра-М, 2005. – 255 с.

2. Гарин, В. М. Экология для технических вузов / В. М.Гарин, И. А. Клёнова, В. И. Колесников. – Ростов-н/-Д: Феникс, 2001. – 384 с.

3. Калыгин, В. Г. Промышленная экология / В. Г. Калыгин. – М.: Академия, 2004. – 432 с.

4. Медик, В.А., Юрьев В.К. Общественное здоровье и здравоохранение / В.А. Медик, В.К. Юрьев. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 288 с.

5. Трушкина, Л.Ю., Трушкин А.Г., Демьянова Л.М. Гигиена и экология человека / Л.Ю. Трушкина, А.Г. Трушкин, Л.М. Демьянова. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. – 448 с.

6. Экология городской среды: метод. Указания /сост. Ш.Э. Булгаков. – Вологда: ВоГТУ, 2010. – 36 с.

 

 

Основные термины

Адаптация – процесс приспособления организма к меняющимся условиям среды.

Биосфера – часть геологической оболочки Земли, населенная живыми организмами.

Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценоз) и условиями среды обитания (биотоп), объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Биологический оптимум – сочетание условий среды, обеспечивающее наиболее успешный рост, развитие и размножение каждого организма (популяции, вида).

Заболеваемость – важнейшая составляющая комплексной оценки здоровья населения.

Здоровье человека – состояние полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней или физических дефектов.

Лимитирующий фактор – такой фактор, интенсивность которого приближается к пределу выносливости или превосходит его.

Популяция – совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других особей того же вида.

Психофизическая дезадаптация – состояние организма, характеризующееся снижением двигательных возможностей человека вследствие психовегетативных расстройств и истощения резервов организма (определение автора).

Среда обитания – это сложный комплекс условий, многообразно воздействующих на организм.

Токсикант – вещество, способное оказывать ядовитое действие на живые организмы.

Факторы риска – факторы, потенциально опасные для здоровья человека, способствующие возникновению заболеваний.

Экология – это наука о связях живых организмов с окружающей их средой обитания.

 

Содержание

 

1.Цели и задачи курса…………………………………………………………………….3

2.Требования к знаниям и умениям по дисциплине……………………………………3

3. Тематическая карта дисциплины……………………………………………………...4

4.Краткое содержание курса «Экология»……………………………………………….4

5. Практические занятия…………………………………………………………………15

6.Тематика контрольных работ…………………………………………………………20

7. Список вопросов выносимых на зачет по дисциплине «Экология»……………….21

8. Список литературы……………………………………………………………………22

9.Основные термины……………………………………………………………………23

ЭКОЛОГИЯ

 

Методические указания для студентов заочной формы обучения

 

Специальность 151001 – «Технология машиностроения»

 

 

Вологда

 

УДК 574

 

Экология: Методические указания для студентов заочной формы обучения. – Вологда: ВоГТУ, 2011. – 24 с.

 

Методические указания разработаны на основании учебного плана по специальности 151001 – «Технология машиностроения» и содержит цели и задачи курса, требования к знаниям и умениям по дисциплине, краткое содержание курса, планы практических занятий, перечень вопросов выносимых на зачет, список рекомендованной литературы.

 

Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ

 

Составитель: А.А. Артеменков, канд. биол. наук, доцент кафедры СГиЕНД Череповецкого филиала ВоГТУ

 

Рецензент: А.П. Добрынин, д-р биол. наук, профессор кафедры биологии ФГБОУ ВПО ЧГУ

 

Цели и задачи курса

 

Цель курса – дать теоретические и практические знания по основным разделам экологии. Ознакомить студентов с основными сведениями о взаимодействии живых организмов с окружающей средой обитания, в том многообразием взаимосвязей их с другими организмами и сообществами. Изучить экологические факторы среды, экологию человека, загрязнение окружающей среды промышленными отходами. Конкретизировать знания по применению средств защиты атмосферного воздуха, почвы и воды. Изучение дисциплины формирует естественнонаучное мировоззрение будущего инженера, его эрудицию, общенаучные и профессиональные компетенции.

 

Задачи курса

- сформировать основные понятия о связях живых организмов с окружающей средой;

- изучить экологические факторы среды, их влияние на жизнедеятельность и поведение организмов;

- показать существование различных взаимоотношений между популяциями разных видов в сообществе;

- объяснить особенности антропогенного воздействия на биосферу, влияние загрязнения окружающей среды на здоровье человека.

 

Требования к знаниям и умениям по дисциплине

 

В результате изучения учебной дисциплины студенты должны знать:

- основные понятия и законы экологии;

- физические и химические загрязнители среды обитания;

- средства и методы защиты воздуха, воды и почвы от промышленных отходов.

Иметь представление:

- о рациональном использовании природных ресурсов;

- о методах расчета экономического ущерба;

- о влиянии окружающей среды на здоровье человека.

 

Приобрести навыки:

- выполнения необходимых расчетов по установлению экологического ущерба окружающей среде;

- бережного отношения к живой природе и ее водно-минеральным ресурсам.

После изучения курса «Экология» студент должен иметь целостное представление о процессах и явлениях, происходящих в неживой и живой природе, понимать современные научные методы познания окружающей природной среды и владеть ими на уровне, необходимом для решения задач, имеющих естественнонаучное содержание и возникающие при выполнении профессиональных функций.

 

 

Тематическая карта дисциплины

 

№ п/п	Тематика занятий	Лекции	Практич.
1.	Организм и среда обитания. Экология популяций.
2.	Экология сообществ и экосистем. Биосфера.
3.	Антропогенное загрязнение окружающей среды.
4.	Экология и здоровье человека.
	Итого:

 

 

Краткое содержание курса «Экология»

 

Тема 1. Организм и среда обитания. Экология популяций.

Экология – это наука о взаимодействии живых организмов со средой обитания. В экологии выделяют несколько взаимосвязанных разделов: учение о факторах среды и закономерностях их действия на организм. Изучение действия различных природных факторов среды на организмы является предметом изучения аутоэкологии. Популяционная экология изучает взаимоотношения между организмами одного вида в пределах популяций и средой обитания. Изучение сообществ, их взаимоотношений с окружающей средой составляет предмет экологии сообществ (синэкологии). Учение о биосфере (глобальная экология) изучает роль живых организмов и продуктов их жизнедеятельности в создании биосферы и ее функционировании.

Среда обитания – это сложный комплекс условий, многообразно воздействующих на организм. Элементы среды обитания, прямо или косвенно влияющие на живые организмы, называются экологическими факторами. Каждый организм способен реагировать на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией. Адаптивные (приспособительные) реакции организмов на влияние факторов среды вырабатываются в процессе естественного отбора и позволяют им выживать и оставлять потомство.

Воздействие экологического фактора зависит от его интенсивности. Для каждого влияющего на организм экологического фактора существует благоприятная интенсивность воздействия, называемая зоной оптимума. Максимальные и минимальные значения фактора, при которых еще возможна жизнедеятельность, называют пределами выносливости. Одни виды выдерживают значительные отклонения от оптимального значения фактора, т.е. обладают широким диапазоном выносливости, другие – узким.

Из многочисленных факторов, влияющих на тот или иной процесс, ограничивающим становиться тот, интенсивность которого находится ниже или выше критического уровня. Такой фактор, интенсивность которого приближается к пределу выносливости или превосходит его, получил название лимитирующего (ограничивающего). Ограничительное действие лимитирующего фактора проявляется при благоприятном уровне остальных факторов среды. Сочетание условий среды, обеспечивающее наиболее успешный рост, развитие и размножение каждого организма (популяции, вида), называют биологическим оптимумом.

Экологические факторы среды по происхождению и характеру воздействия подразделяются на три категории: абиотические, биотические и антропогенные. К абиотическим факторам относят факторы неживой природы, прямо или косвенно действующие на организмы: свет, температуру, влажность, рельеф, химический состав воздушной, водной и почвенной среды и др. Под биотическими факторами понимают совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Различают внутривидовые и межвидовые взаимоотношения. Различают разные их формы: нейтрализм, конкуренция, хищничество, паразитизм и симбиоз.

Экология популяций. Совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других особей того же вида называют популяцией. Организмы популяции характеризуются генетической общностью и способностью (через скрещивание) свободного обмена генетической информацией при формировании последующих поколений. В популяции постоянно возникают наследственные изменения и действуют борьба за существование и естественный отбор. Благодаря этому выживают и оставляют потомство особи с полезными в данных условиях изменениями.

Являясь групповыми объединениями особей, популяции обладают статическими и динамическими показателями. К статическим показателям относят численность и плотность особей. Периодические колебания численности особей популяции называют популяционными волнами. Динамические показатели популяции включают рождаемость, смертность, прирост и темп роста популяции.

Возрастная и половая структура популяции. Каждая популяция отражает соответствующую структуру: пространственную, половую, возрастную. В любой популяции можно выделить три экологические группы особей: предрепродуктивную, репродуктивную и пострепродуктивную.

Пространственная структура популяций. Лишь изредка в природе отмечается упорядоченное распределение особей на занимаемой территории. Наиболее часто отмечается неравномерное распределение особей в пространстве. Можно выделить определенную мозаичность распределения с незанятым пространством между отдельными скоплениями особей.

Экологическая (поведенческая) структура популяции. Формы совместного существования особей в популяциях разнообразны. Одиночный образ жизни характерен для многих видов. Групповой образ жизни подразумевает скопление особей при их совместном существовании. Под эффектом группы понимают оптимизацию физиологических процессов особей в процессе жизнедеятельности. При семейном образе жизни территориальное поведение животных выражено наиболее ярко. При этом усиливаются связи между родителями и потомством. Некоторые животные могут образовывать колонии, стаи, стадо.

Динамика популяции – это процесс изменения ее основных биологических показателей во времени. В природе можно выделить стабильные, растущие и сокращающиеся популяции.