Экология - Факультет информационных технологий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Новосибирский национальный исследовательский государственный
университет»
Факультет информационных технологий
УТВЕРЖДАЮ
_______________________
« ___» _____________ 20___г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«Экология»
(наименование дисциплины)
НАПРАВЛЕНИЕ ПОДГОТОВКИ 230100 «ИНФОРМАТИКА И
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»
Квалификация (степень) выпускника
Бакалавр
Форма обучения очная
Новосибирск
2013
Программа дисциплины «Экология» составлена в соответствии с требованиями
ФГОС ВПО к структуре и результатам освоения основных образовательных программ
бакалавриата по «Б.2 Математический и естественнонаучный цикл» (базовая часть)»
циклу по направлению подготовки «Информатика и вычислительная техника», а также
задачами,
стоящими
перед
Новосибирским
государственным
университетом
по
реализации Программы развития НГУ.
Автор (авторы):
ЕРМАКОВ Николай Борисович, д.б.н., с.н.с.,
СЕРГЕЕВ Михаил Георгиевич, д.б.н., проф.
Факультет естественных наук
Кафедра общей биологии
2
1. Цели освоения дисциплины (курса)
Дисциплина
«Экология»
имеет
своей
целью:
формирование
экологического
мировоззрения, необходимого для специалиста с высшим образованием в области
информатики и вычислительной техники, и интеграция экологических представлений и
методологических
основ
информатики.
В
рамках
курса
рассматриваются
взаимоотношения биосферы и человека, организма и среды, взаимосвязь экологии и
здоровья человека, глобальные проблемы окружающей среды, а также экологические
принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы.
Для достижения поставленной цели выделяются задачи курса:
— рассмотрение экологии как науки об экологических системах, выявление взаимосвязи
экологии с другими науками;
—
изучение
структуры
биосферы,
пространственного
строения
и
динамики
экологических систем;
— выделение места особи в экосистеме, выявление взаимоотношения организма и среды;
— определение глобальных проблем окружающей среды и выделение экологических
принципов рационального использования природных ресурсов и охраны природы;
— формирование представлений о роли экологии в современном мире, рассмотрение
возможностей использования экозащитной техники и технологий.
— формирование представлений о возможности применения информационных
технологий в экологии.
2. Место дисциплины в структуре образовательной программы
Цикл: «Б.2 Математический и естественнонаучный цикл» (базовая часть)
Дисциплина базируется на предшествующих курсах: «Информатика».
Содержание дисциплины является обязательным минимумом для подготовки и
выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Данная дисциплина участвует в формировании следующих компетенций:
Общекультурные компетенции:
ОК-1 - владеет культурой мышления, способен к обобщению, анализу, восприятию
информации, постановке цели и выбору путей ее достижения;
ОК-2 - умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную
речь;
3
ОК-8 - осознает социальную значимость своей будущей профессии, обладает высокой
мотивацией к выполнению профессиональной деятельности;
ОК-9 - способен анализировать социально значимые проблемы и процессы;
ОК-10 - использует основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и
моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
ОК-13 - способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;
Профессионально-специализированные компетенции
Проектно-конструкторская деятельность:
ПК-76 - Знает основные модели и методы, используемые в различных областях
информационной биологии;
ПК-77 - Имеет представление о фундаментальных биологических проблемах, экологии,
медицины на стыках биологии и таких наук как математика и информатика.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
— об организации биосферы и экологических систем, их элементов и связей между ними,
о взаимоотношениях организма и среды;
— об основах взаимоотношений организмов и среды;
— об основных законах и принципах экологии;
— о глобальных, региональных и локальных экологических проблемах;
—
о
законах
формирования,
функционирования
и
поддержания
устойчивости
экологических систем;
— об экологических принципах рационального использования природных ресурсов и
охраны природы;
— об особенностях экозащитной техники и технологии, формирования и основах
экологического права.
Владеть:
—
фундаментальными
знаниями
экологии
для
формирования
экологически
ориентированной научной, проектной практической профессиональной деятельности, а
также социально-гражданской позиции в вопросах сохранения природы и окружающей
среды;
—
методологией
экологической
оптимизации
технически
и
технологически
ориентированных проектов в разных областях промышленного производства и
использования природных ресурсов.
4
4. Структура и содержание дисциплины «Экология»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, 72 а.ч.
1
Предмет и задачи экологии.
Основные разделы экологии.
Задачи экологии как науки.
История развития экологии
Глобальные закономерности,
лежащие в основе экологии.
Эволюция – движущий процесс
формирования характера
взаимоотношений
биологических систем и
внешней среды
Основные положение теории
систем применительно к
экологии
Система организмов и биота
Земли
6
1
2
2
4
6
2
2
2
4
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
3
2
2
4
6
4
2
2
4
Среда обитания.
Взаимодействие организма и
среды Экологические факторы
Адаптация – приспособление
организмов к отдельным
факторам и к среде в целом
Популяции Функциональная
структура популяции. Модели
динамики популяции.
Гипотеза саморегуляции
популяции, К- и R- стратегии
Понятие экологической ниши
Концепция экологической
ниши. Эволюционное значение
концепции «экологическая
ниша»
Понятие экосистемы.
Соотношение дискретности и
6
5
2
3
5
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
6
2
3
5
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
7
2
3
5
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
8
2
3
5
Контрольный устный
опрос 30 мин. по
2
3
4
5
6
7
8
Форма
промежуточной
аттестации
(по семестрам)
Итого
Самостоятельная
работа
Раздел
дисциплины
Лекции
№
п/п
Неделя семестра
Формы текущего
контроля
успеваемости
(по неделям
семестра)
Семестр
Виды учебной
работы, включая
самостоятельную
работу студентов
и трудоемкость (в
часах)
5
непрерывности. Методы
ординации. Биоразнообразие
экосистем. Индексы
биоразнообразия
9 Энергетическая структура
экосистемы. Трофические цепи
и сети в экосистемах
10 Понятие биосферы. Учение
В.И. Вернадского о
планетарной геохимической
роли живого вещества.
Структура и состав биосферы
11 Гипотеза однонаправленности
потока энергии в биосфере.
Биогеохимические принципы
Вернадского. Модели
круговорота веществ в
биосфере
12 Учение о ноосфере
Вернадского
материалам всех
предыдущих лекций
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
9
2
3
5
6
10
2
2
4
6
11
2
2
4
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
12
2
2
4
13 Экология и современность.
Экологические принципы
рационального использования
природных ресурсов и охраны
природы. Основы
экологического права
14 Роль экологических знаний в
концепции устойчивого
развития общества.
Экозащитная техника и
технологии
15 Представление об
информационных системах по
биоразнообразию
6
13
2
3
5
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
14
2
2
4
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции
6
15
2
3
5
16 Ведение в геоинформационные
системы по биоразнообразию.
Использование данных
дистанционного зондирования
в экологии
17 Промежуточная аттестация
Всего:
6
16
2
2
4
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции,
сдача рефератов
Краткий устный
опрос 10 мин. по
предыдущей лекции,
32
1
40
1
72
17
Диф. зачет
Содержание разделов и тем курса
6 семестр
— Предмет и задачи экологии.
Экология как наука, изучающая взаимосвязи между организмами и средой. Основные
разделы экологии: общая экология, аутэкология, популяционная экология, синэкология
6
(биогеоценология), экология животных, экология растений, экология микроорганизмов.
Задачи экологии как науки: фундаментальная задача – определение закономерностей
взаимоотношения живого и неживого в природе, прикладная задача экологии –
применение полученных знаний для решения проблем, связанных с окружающей средой.
Главный объект изучения экологии – экосистемы, т.е. единые природные комплексы,
образованные живыми организмами и средой обитания. Объекты экологии - отдельные
особи организмов, популяции и биосфера в целом. Теоретическая и прикладная экология.
Современные разделы экологии формируются на стыке с другими отраслями знаний:
социальная
экология,
экология
человека,
инженерная
экология,
геоэкология,
математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология.
История развития экологии: I этап – зарождение и становление экологии как науки (350400 до н.э. – средина XIX века), II этап – оформление экологии в самостоятельную
отрасль знания (с средины XIX века до средины XX века). Формирование базовых
понятий в экологии.
— Глобальные закономерности, лежащие в основе экологии.
Единство и противоположность жизни и физической среды как основополагающий закон
природы на котором базируется экология. Способность живых организмов потреблять
внешнюю энергию (энергию Солнца) и регламентировать ее использование. Обладание
всеми живыми системами уникальной способностью осуществлять превращение энергии
для достижения заранее определенной цели. Ориентация всей деятельности организмов
на возможность оставаться вне равновесия с физическими силами. Взаимозависимость
живых существ и окружающей среды. Зависимость жизни от физической среды как
источник энергии для организмов, факторов ограничения распространения организмов по
земной
поверхности,
факторов,
определяющих
внешний
облик
и
физиологию
организмов. Оказание влияния жизнедеятельности организмов на окружающую среду.
Химический состав атмосферы и почва как результат жизнедеятельности организмов.
Стабилизирующая роль растительного покрова для круговорота воды, климата, процессов
эрозии на поверхности Земли. Эволюция – движущий процесс формирования характера
взаимоотношений
биологических
систем
и
внешней
среды.
Основные
тезисы
эволюционной теории базовые для экологии.
— Основные положение теории систем применительно к экологии.
Системный подход как особое направление исследования в науке, ориентированное на
изучение специфических характеристик сложноорганизованных объектов, многообразие
связей между элементами, их разнокачественность и соподчинение. История становления
системного подхода в экологии. Проникновение методов информатики в биологию во
второй половине XX века и развитие вычислительной техники, обеспечивающей
7
возможность комплексных системных исследований в экологии. Основные составляющие
понятия
«система»:
совокупностью
элементов,
определенными
связями
между
элементами. Простые и сложные системы, принцип иерархичности сложных систем.
Структура системы как совокупность связей между элементами и подсистемами. Правило
эмерджентности в экологии как обладание каждой биологической системой своими
качественно специфичными свойствами, которые не являются простой суммой свойств
составляющих ее элементов.
— Система организмов и биота Земли.
Система биологической организации: основные иерархические уровни (генетический,
клеточный, организменный, популяционный, экосистемный) и соответствующие им
объекты экологии. Биологические объекты, изучаемые экологией.
элементарный
объект
экологии
как
целостная
система,
Организм –
взаимодействующая
с
абиотической и биотической средой. Биологический вид как совокупность всех особей
генетически единых и способных к скрещиванию и воспроизводству плодовитого
потомства. Организм как элементарный объект экологии, обладающий индивидуальной
реакцией на изменение окружающей среды. Популяция как совокупность особей одного
вида. Биологический вид как абстрактная классификационная (систематическая) единица
живых организмов. Устойчивость биологического вида как результат различающейся
реакции популяций на факторы физической среды. Формирование представлений об
«экосистеме» положенное с 1935 г. английским экологом А.Тэнсли. Экосистема как
любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды.
Отсутствие
свойства
«размерности»
у
понятия
экосистема,
применяемому
к
ценотическим явлениям разного масштаба (муравейнику, участку леса, территории
фермы, кабине космического корабля, географическому ландшафту и к Земному шару).
Биогеоценоз
как
более
конкретное
понятие,
функционально
соответствующее
экосистеме. Исследования В.Н. Сукачева в конце 30-х годов XX века. Структура
биогеоценоза по В.Н. Сукачеву. Важное системное свойство экосистем и биогеоценозов:
континуальный характер, т.е. отсутствие четких границ. Примеры прерывного и
непрерывного характера экосистем. Иерархическая организация экосистем – вхождение
«маленьких» экосистем как компоненты в состав «больших». Важные системные
свойства экосистем и биогеоценозов: открытый тип систем и низкая целостность.
Открытость экосистемы как результат определяющей роли факторов внешней среды по
отношению к составу, структуре экосистемы и функциональных связей ее компонентов.
Низкая целостность экосистемы как результат того, что составляющие ее компоненты
обладают относительной самостоятельностью существования. Общие представления об
энергетической сущности экосистемы как лаборатории, в которой происходит
8
аккумуляция и превращение вещества и энергии. Основные подразделения организмов и
биоты Земли.
— Среда обитания.
Взаимодействие организма и среды. Среда обитания организма как совокупность
абиотических и биотических условий его жизни. Среды обитания организмов: водная,
наземно-воздушная, почвенная (вместе с горными породами), среда живых организмов.
Понятие об экологических факторах. Абиотические факторы неорганической среды,
влияющие на жизнь и распространение животных и растений (физические, химические и
эдафические
факторы).
Биотические
факторы
как
совокупность
влияний
жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую
среду обитания. Антропогенные факторы, порожденные человеком и воздействующие на
окружающую среду. Периодические и непериодические факторы. Адаптация –
приспособление организмов к отдельным факторам и к среде в целом. Эволюционное
значение адаптации. Генетические изменения в организме - мутации как изначальные
источники адаптации. Понятие о лимитирующих экологических факторах. Закон
«минимума» Ю.
Либиха. Закон
независимости
факторов В. Вильямса. Закон
толерантности В. Шелфорда. Пределы экологической толерантности и диапазоны
экологической толерантности. Общий закон биологической стойкости. Экологическая
амплитуда вида. Стенобионты (стенотопы) – организмы, способные существовать в узком
диапазоне значений конкретного фактора. Эврибионты (эвритопы) – организмы
способные существовать в широком диапазоне значений конкретного фактора.
Компенсация факторов как способность организмов снизить воздействие лимитирующих
факторов. Значение температуры, света, воды, биогенных веществ в жизни организмов.
Пойкилотермные
и
гомойотермные
организмы.
Правило
Бергмана.
Адаптация
организмов в воздействию температур: акклиматизация, миграция, зимовка, диапауза.
Морфологические
приспособления
растений
к
температурам.
Система жизненных форм Раункиера.
— Учение о популяциях.
Понятие популяции как любой способной к самовоспроизведению совокупности особей
одного вида, более или менее изолированной в пространстве и времени от других
популяций.
Популяция как элементарная единица эволюционного процесса и
существования биоты. Пространственная, поло-возрастная и функциональная структура
популяции. Причины разной пространственной структуры популяций: неравномерное
распределение ресурсов, постоянные и сезонные особенности поведения, особенности
возобновления или размножения. Типы пространственной структуры популяций:
равномерная,
случайная,
мозаичная.
Поло-возрастная
структура
популяций
как
9
показатель самовоспроизведения популяции. Функциональная структура популяции –
«разделение труда между особями». Функциональная специализация с распределением
функций внутри популяции термитов. Динамика популяции как отражение процессов,
протекающих в популяции за промежуток времени (рождаемость, смертность и скорость
роста).
Два типа динамики (стабильный и нестабильный) как отражение двух
противоположных жизненных стратегий (Р. Мак-Артур, Э. Вильсон): К-стратегии
характерной для стабильных популяций и r-стратегии характерной для нестабильных
популяций.
Кривые
выживания,
демонстрирующие
общую
картину
динамики
численности популяций. Принцип экспоненциального роста численности популяций в
благоприятной и неограниченной стационарной среде. Модель Томаса Мальтуса.
Потенциальные возможности роста популяций разных организмов. Типы регуляции
численности
популяции:
физиолого-поведенческий
Внутривидовая
механизм
(внутрипопуляционная)
регуляции,
случайные
конкуренция,
процессы.
Гипотеза
саморегуляции популяции. Механизмы саморегуляции популяций: "механизмы стресса",
поведенческие реакции, генетические механизмы регуляции. Логистическая (сигмоидная,
S-образная) и экспоненциальная кривые динамики численности популяций. Циклические
изменения численности популяции. Закон системы «хищник-жертва» «Вольтера. Правило
кооперации хищников.
— Понятие экологической ниши.
Концепция экологической ниши как общей суммы приспособлений вида, популяций или
отдельной особи, отражающей возможности организма при освоении окружающей среды.
Пространственная, трофическая, экологическая ниши. Фундаментальная и реализованная
ниши. Примеры представления пространства экологической ниши. Модель Хатчинсона.
Принцип конкурентного исключения Гаузе как невозможность существования двух видов
в одной и той же экологической нише, если их экологические потребности совпадают.
"Парадокс Хатчинсона" и его опровержения. Гипотеза экологического дублирования.
Предположение об относительной функциональной взаимосвязанности популяций одной
трофической группы в биоценозе. Размерность ниши как количество осей-факторов,
достаточных для ее описания. Гипотеза компенсации экологических факторов Алехина–
Рюбеля. Правило обязательного заполнения экологических ниш. Принцип плотной
упаковки
экологических
ниш
Мак-Артура.
Эволюционное
значение
концепции
«экологическая ниша». Примеры дивергенции экологических ниш.
— Понятие экосистемы.
Размерность
экосистемы.
пространственной
растительности
Пространственная
структуры
в
экосистем:
формировании
структура
вертикальная
пространственной
экосистем.
и
Два
типа
горизонтальная.
Роль
структуры
экосистем.
10
Разновысотность растений и «разноглубинность» - важные оси дифференциации
экологических
ниш
в
биогеоценозе.
Ярусное
расчленение
как
эволюционно
обусловленная структура, ведущая к более полному использованию надземной среды
растениями, входящими в состав биогеоценозе, и представляющая экологическое
дополнение
одних
видов
другими.
Ярусность
и
вертикальный
континуум.
Горизонтальная структура экосистемы. Мозаичность – это явление неоднородности
горизонтального
эдафотопическая,
сложения
биоценоза.
эпизодическая,
Причины,
обусловливающие
ценобиотическая,
антропическая,
мозаичность:
экзогенная.
Соотношение дискретности и непрерывности в экосистемах. Учение американского
эколога Ф. Клементса. Представления о непрерывности растительного покрова – теория
континуума Л.Г. Раменского и Г. Глисона.
Зависимость степени непрерывности
растительного покрова от числа доминантов и видового разнообразия. Единство
дискретности и непрерывности в экосистемах. Методы ординации как упорядочение
видов (R-анализ) или сообществ (Q-анализ) вдоль некоторых осей, определяющих
характер их варьирования. Ординации прямы и непрямые, одномерные и многомерные.
Прямой градиентный анализ. Факторный анализ. Биоразнообразие экосистем. Видовое
богатство и видовая насыщенность. Альфа-, бета- и гамма- разнообразие. Группы
организмов, играющие различную роль в экосистеме: доминанты, эдификаторы,
ассектаторы.
Классификация
Л.Г.
Раменского.
Биоценотические
принципы
биоразнообразия. Правило компенсации, правило Крогеруса. Индексы биоразнообразия
(показатель Симпсона). Постулаты видового обеднения. Правило Де Кандоля-Уолеса
(географическая обусловленность изменения разнообразия). Правило минимума видов
(эффект Ремане). Правило Дарлингтона (связи размеров острова с числом видов).
— Энергетическая структура экосистемы.
Состав экосистемы с трофической точки зрения: автотрофы и гетеротрофы (биофаги,
сапрфаги). Продуценты, макроконсументы
сапрофиты, редуценты или
или
фаготрофы, микроконсументы,
осмотрофы. Трофические цепи и сети в экосистемах.
Трофические уровни. Первичные продуценты - организмы первого трофического уровня.
Первичные консументы - организмы второго трофического уровня, вторичные
консументы - организмы третьего трофического уровня. Редуценты. Детритные пищевые
цепи. Пример пищевой сети. Экологические пирамиды. Закон пирамиды чисел и биомасс.
Закон пирамиды продуктивности. Консортивные связи в экосистемах. Консорция как
основная ячейка трансформации энергии в экосистеме, являющаяся ее структурной
частью. Структура консорции и ее схематическое представление.
— Понятие биосферы.
11
Структура и состав биосферы. Биосфера как оболочка Земли, населенная живыми
организмами, активно ими преобразуемая. История эволюции понятия «биосфера».
Взгляда Ж-Б Ламарка, Э. Зюсса. Состав оболочек Земли: литосфера, гидросфера,
атмосфера. Структура и состав биосферы: верхние слои литосферы, нижний слой
атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными
круговоротами веществ и энергии. Верхний и нижний пределы жизни на Земле.
Неравномерность распределения жизни в биосфере. Сосредоточение жизни на границе
соприкосновения литосферы, гидросферы и атмосферы, т. е. на поверхности суши и
океана. Показатели суммарной биомассы и эффективности использования солнечное
энергии на суше и в океанах. Типы веществ в биосфере (по В.И. Вернадскому): живое
вещество – биомасса всех живых организмов, биогенное вещество – вещество, созданное
живыми организмами (нефть, газ), косное вещество – вещество, образованное без участия
живых организмов (вода, песок и т.д.), и биокосное вещество – вещество, созданное
одновременно живыми организмами и неживой природой (почва). Функции живого
вещества: газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная способность.
Гипотеза абассальных скоплений жизни. Учение В.И. Вернадского о планетарной
геохимической роли живого вещества. Представление о биосфере как о самой крупной
экосистеме, как взаимосвязанном единстве живого, биогенного, биокосного и косного
веществ. Гипотеза Геи - Лавлока – Маргулис о биологическом «контроле» на биосферном
уровне
факторов
абиотической
среды
и
существовании
сложной,
живой,
саморегулирующейся системы поддержания на Земле условий благоприятных для жизни.
— Гипотеза однонаправленности потока энергии в биосфере.
Представление о потоке энергии через продуценты к консументам и редуцентам с
падением величины потока на каждом трофическом уровне (в результате процессов
жизнедеятельности). Гипотеза константности Вернадского. Принцип максимизации
энергии Лотки – Г. Одума – Пинкертона. Принцип Ле Шателье-Брауна. Модели
круговорота веществ в биосфере. Биогеохимические принципы Вернадского. Первый
принцип: биогенная миграция атомов химических
элементов
в
биосфере
всегда
стремится к максимальному своему проявлению. Второй принцип: эволюция видов в
ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в
биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.
Третий принцип - («всеюдности» или «давления» жизни). Модели круговорота веществ в
биосфере (биогеохимические круговороты). Круговорот двуокиси углерода. Круговорот
воды. Иллюстрация эффекта «ядерной зимы». Аксиома экологической аккумуляции
энергии. Постулат максимума биогенной энергии. Правило десяти процентов (пирамида
энергий Станчинского – Линдемана).
12
— Учение о ноосфере Вернадского.
Ноосфера как современная
(по меркам геологического времени) стадия развития
биосферы, связанная с появлением в ней человека. Роль человека в биосфере и понятие
ноосферы. Проблема «демографического взрыва». Трансформация биосферы под
воздействием человека.
— Экология и современность.
Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны
природы. Современная международная система законодательства и регулирования
вопросов охраны природы. Роль ООН и ЮНЕСКО по преодолению острых проблем
экологического кризиса. Первая конференция ООН по вопросам
охраны природы 1972
г., 5-16 июня. Стокгольм (Швеция). Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), с
целью разработки рекомендаций
по
наиболее острым
проблемам
экологического
кризиса. Создание Международная комиссия ООН по окружающей среде и развитию
(МКОСР) в 1983 г. по инициативе Генерального секретаря ООН и в соответствии с
резолюцией
38/161 Генеральной Ассамблеи ООН. Опубликование доклад МКОСР в
1987 г. "Наше общее будущее
["Our Common Future (The Brundtland Report)"].
Разработка на основе доклада концепции понятия «sustainable
development».
Конференция ООН по окружающей среде и развитию в 1992 г., 3-14 июня. Рио-деЖанейро (Бразилия).
перехода
к
Декларация по окружающей среде и
устойчивому
развитию; программа
развитию в 21-м веке. 1 апреля 1996 г. Подписание
Президентом России Указа № 440 об утверждении концепции перехода нашей страны к
устойчивому развитию. 2002 г. Всемирный саммит по устойчивому развитию (Рио-деЖанейро).
— Роль экологических знаний в концепции устойчивого развития общества.
Сущность концепции «устойчивое развитие цивилизации» и ее реализация в
России. Принципы реализации концепции
Принципы концепции
устойчивого
«устойчивое развитие цивилизации».
развития: Принцип иерархической организации.
Принцип единства целей. Принцип "управление – для населения". Принцип признания
развития человеческой цивилизации составной частью биосферных процессов. Принцип
экологического реализма и научности в природопользовании. Приоритет доступности,
обязательности и всеобщности экологического образования. Основы экологического
права. Экозащитная техника и технологии.
— Представление об информационных системах по биоразнообразию.
Актуальность информационных систем для решения научных и прикладных
экологических
проблем.
Экологические
знания
как
синтез
информации
о
биоразнообразии Земного шара и условий среды. Проблемы организации связанной
13
эколого-биологической информации в базах данных. Примеры организации экологобиологических баз данных. Электронные библиотеки.
— Ведение в геоинформационные системы по биоразнообразию.
Геоинформационные системы (ГИС) как основа представления эколого-биологической
информации. Структура ГИС и характеристика ее основных блоков. ГИС моделирование
пространственно-временной
организации
экосистем.
Использование
данных
дистанционного зондирования в экологии.
5. Образовательные технологии
В лекционном курсе «Экология» реализуются следующие современные образовательные
технологии.
— Студентам предлагается ознакомиться с содержанием программы курса на сайте
факультета информационных технологий, а также со Словарем понятий и терминов в
курсе «Экология» (см. раздел 7в).
— Текущий контроль осуществляется в форме краткого устного опроса по материалам
предыдущей лекции в течение 10 мин. На восьмой неделе семестра проводится
контрольный устный опрос 30 мин. по материалам всех предыдущих лекций.
— Компьютерные информационные технологии включают использование средств
PowerPoint (презентации, анимации, звуковые эффекты) для более доступного изложения
и демонстрации сложных понятий, объектов, взаимосвязей и взаимозависимостей в
экологии организмов, популяций и экосистем, а также существующих моделей.
Технология проблемного обучения реализована в рамках самостоятельного приобретения
студентом знаний, необходимых для решения задачи класса «экология-информатика»,
поставленной в рамках самостоятельной работы. Технология междисциплинарного
обучения реализована в специальном подборе тем рефератов, которые требуют синтеза
знаний из различных тематических областей: экологии, географии, природопользования и
информатики.
В рамках учебного курса предусмотрено внеаудиторное посещение Центрального
сибирского ботанического сада СО РАН для натурного ознакомления с объектами
растительного мира Земли. В цели этого посещения входят лекция в оранжереях ЦСБС
СО РАН об экологии и географии растительного мира, знакомство с разнообразием
экологических форм растений и встречи с ведущими специалистами в области экологии
растений.
14
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Текущий контроль осуществляется в начале занятия в форме краткого устного
опроса по материалам предыдущей лекции в течение 10 мин. На восьмой неделе семестра
проводится контрольный устный опрос 30 мин. по материалам всех предыдущих лекций.
Выбор темы реферата для каждого студента осуществляется преподавателем на 11
неделе (см.раздел 6.2). Срок сдачи реферата преподавателю – 15-я неделя семестра.
Формат реферата: объем – не более 8 страниц через 1 интервал, шрифт 12.
Структура реферата:
- титульный лист без нумерации
- главы и разделы
- заключение
- список использованной литературы
Промежуточная аттестация по дисциплине в форме дифференцированного зачета. Для
допуска к зачету студенту необходимо сдать реферат в указанные сроки. Зачет
проводится в устной форме на основе ответов на вопросы билетов. Каждый билет
включает по два вопроса (см.раздел 6.3).
6.1 Контрольные вопросы для самостоятельной подготовки к устным опросам:
1. В чем заключаются задачи экологии как науки?
3. История развития экологии в связи с историей развития науки в целом.
4. Основные глобальные закономерности, лежащие в основе экологии.
5. Сущность теории систем и ее применимость к биологическим объектам.
6. Организм, популяция, экосистема как объекты, изучаемые экологией.
7. Понятие «экосистема» с позиции системной экологии.
8. Закономерности существования экосистемы с позиции энергетических
превращений.
9. Сущность взаимодействие организма и среды.
10. В чем важность понятия «лимитирующие экологические факторы» для экологии
организмов?
11. В чем содержание законов «минимума» Ю. Либиха, «независимости факторов»
В. Вильямса?
15
12. В чем сущность закона толерантности В. Шелфорда?
13. Дать определение и схематическое изображение общего закона биологической
стойкости.
14. В чем проявляется влияние температуры на организмы и почему этот фактор
ведущий для формирования биоразнообразия?
15. В чем проявляется роль света в энергетике экосистмы?
16. Вода как незаменимый фактор в жизни организмов.
17. Чем определяется ведущая роль в формировании «качества жизни» единства
факторов температуры и влажности?
18. Какие особенности химических факторов окружающей среды и их важность для
существования живого?
19. В чем заключается понятие «ресурсы живых существ» и их значение как
экологический факторов?
20. Что такое популяции с позиций системного подхода в экологии?
22. Какие закономерности распределения популяций по земной поверхности?
23. В чем сущность поло-возрастной и функциональной структуры популяций?
24. Какие закономерности лежат в основе динамики популяции?
25. В чем сущность К- и r-стратегии популяций?
26. Какие существуют типы регуляции численности популяции?
27. Чем обусловлены циклические изменения численности популяций?
28. В чем сущность моделей «хищник-жертва»?
29. Понятие экологической ниши как одно из базовых в экологии.
30. В чем различия фундаментальной и реализованной экологических ниш?
31. Объяснить сущность принципа конкурентного исключения Гаузе и парадокса
Хатчинсона.
32. В чем заключается принцип плотной упаковки ниш Мак-Артура?
33. В чем значение понятия «экологическая ниша» для понимания теории эволюции
экосистем?
34. Пространственная структура экосистем как отражение функциональных и
эволюционных закономерностей.
35. Проявление континуума в экосистемах как следствие их низкой целостности.
36. В чем проявляется единство дискретности и непрерывности в экологии?
37. Сущность методов ординации в экологии.
38. Понятие биоразнообразия. Альфа-, бета- и гамма-разнообразие.
35. Каковы основные закономерности формирования биоразнообразия?
39. В каких случаях наблюдается видовое обеднение экосистем?
16
40. Что определяет энергетическую структуру экосистемы?
41. Классификация организмов по энергетической роли в экосистеме.
42. Чем определяются пищевые цепи и экологические пирамиды?
43. В чем сущность Понятие консорции?
44. Каковы основные положения учение В.И. Вернадского о биосфере?
45. В чем сущность гипотеза ГЕИ о биологическом «контроле» на биосферном
уровне факторов абиотической среды?
46. Каковы биогеохимические принципы В.И. Вернадского?
47. Какие закономерности отражают модели круговорота веществ в биосфере?
48. В чем важность понятие о ноосфере и перспективы трансформация биосферы
под воздействием человека?
49. В чем заключается сущность принципа концепции устойчивого развития
цивилизации?
50. Каковы экологические принципы рационального использования природных
ресурсов и охраны природы?
51. Какова роль ООН и ЮНЕСКО по преодолению острых проблем экологического
кризиса?
52. В чем назначение и особенности информационных систем по биоразнообразию?
Примеры электронных библиотек по биоразнообразию.
53. В чем назначение и особенности географических информационных систем по
биоразнообразию и какова их роль в решении научных и практических задач в
области экологии?
6.2 Темы рефератов:
1. Место экологии в системе современных научных знаний.
2. Прикладное значение экологии в современной жизни общества.
3. Становление экологического мировоззрения на этапах развития цивилизации.
4. Эволюционное учение и экология. Взаимосвязь наук.
5. Системный анализ как методологическая основа экологии.
6. Иерархическая организация биоты на Земле и объекты экологии.
7. Понятие «экосистема» с позиции системной экологии.
8. Экосистема как энергетическая лаборатория живого на Земле.
9. Экосистема и среда обитания. Пассивная и активная роль живого.
10. Значение понятия «лимитирующие факторы» для распространения живых
существ. Неравноценность экологических факторов.
17
11. Эффекты компенсации экологических факторов и их значение в жизни
организмов.
12. Пределы биологической стойкости у разных организмов и примеры
экстремальных условий выживания.
13. Температура как ведущий экологический фактор. Правило зональности
экосистем на Земном шаре.
14. Свет как экологический фактор существования жизни.
15. Адаптация организмов к водному режиму как экологическому фактору.
16. Единство проявления экологических факторов как условий жизни. Возможности
компенсации факторов.
17. Неживая природа как основа жизни на Земле.
18. Ресурсы живых существ как экологические факторы.
19. Популяция – как форма организации надорганизменного уровня
биоразнообразия.
20. Географическая сущность популяции и ее эволюционное значение.
21. Соотношение половых и возрастных групп в популяции как основа понимания
ее функционального состояния.
22. Типы стратегий выживания популяций и их эволюционная интерпретация.
23. Закономерности роста численности популяций и их биологическое значение.
24. Способна ли популяция к успешной саморегуляции численности?
25. Причины циклических изменений численности популяций и возможности их
моделирования.
26. Аспекты понимания концепции «экологическая ниша». Проблемность данного
понятия.
27. Значение понятий фундаментальная и реализованная экологическая ниша для
понимания функционального устройства экосистемы.
28. Сущность принципа конкурентного исключения Гаузе и парадокс Хатчинсона и
их значение для понимания особенностей взаимоотношений видов в экосистемах.
29. Значение принципа плотной упаковки ниш Мак-Артура для понимания
функциональных и эволюционных аспектов экосистемы.
30. Роль растительности в формировании структуры экосистемы.
31. Низкая целостность экосистем и концепция континуума.
32. Значение методов ординации для представлении свойств непрерывности в
экосистемах.
33. Методы оценки биоразнообразия на разных уровнях его организации.
34. Видовое богатство и видовая бедность экосистем: закономерности и концепции.
18
35. Экосистема как отражение энергетических связей живого.
36. Современные представления о трофических связях в экосистемах.
37. Значение понятия «консорция» для понимания функционирования экосистемы.
38. Значение учения В.И. Вернадского о биосфере в экологии.
39. Сущность теории ГЕИ о биологическом «контроле» на биосферном уровне
факторов абиотической среды. Достоинства и недостатки.
40. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского как основа понимания
функционирования биосферных процессов.
41. Проблемы и неизбежность преобразования биосферы в ноосферу. Современный
взгляд в будущее.
42. Сущность концепции устойчивого развития цивилизации.
43. Роль ООН и ЮНЕСКО по преодолению острых проблем экологического кризиса
в мире.
44. Информационные системы по биоразнообразию: назначение, проблемы
создания и современные примеры реализации.
45. Роль данных дистанционного зондирования в решении современных
экологических проблем.
6.3 Вопросы для зачета:
1. Предмет и задачи экологии.
2. Задачи экологии как науки.
3. История развития экологии.
4. Глобальные закономерности, лежащие в основе экологии.
5. Основные положение теории систем применительно к биологическим объектам.
6. Биологические объекты, изучаемые экологией.
7. Понятие «экосистема» с позиции системной экологии.
8. Энергетическая сущность экосистемы.
9. Среда обитания. Взаимодействие организма и среды.
10. Лимитирующие экологические факторы. Закон «минимума» Ю. Либиха. Закон
независимости факторов В. Вильямса.
11. Закон толерантности В. Шелфорда. Экологическая амплитуда вида.
12. Общий закон биологической стойкости.
13. Влияние температуры на организмы.
14. Роль света в жизни организмов.
15. Роль воды в жизни организмов.
19
16. Единство факторов температуры и влажности и их определяющая роль в
формировании «качества жизни».
17. Химические факторы воздушной среды. Биогенные вещества. Почва как
биокосное образовние.
18. Ресурсы живых существ как экологические факторы.
19. Понятие популяции.
20. Пространственная структура популяций.
21. Поло-возрастная и функциональная структура популяций.
22. Динамика популяции. К- и r-стратегии популяций.
23. Принцип экспоненциального роста численности популяций в благоприятной и
неограниченной стационарной среде.
24. Типы регуляции численности популяции.
25. Циклические изменения численности популяций. Модели «хищник-жертва».
26. Понятие экологической ниши.
27. Фундаментальная и реализованная экологическая ниша.
28. Принцип конкурентного исключения Гаузе. Парадокс Хатчинсона.
29. Принцип плотной упаковки ниш Мак-Артура.
30. Значение понятия «экологическая ниша» для теории эволюции экосистем.
31. Пространственная структура экосистем.
32. Явление континуума в экосистемах.
33. Концепция единства дискретности и непрерывности в экологии. Методы
ординации.
34. Понятие биоразнообразия. Альфа-, бета- и гамма-разнообразие.
35. Закономерности биоразнообразия. Постулаты видового обеднения. Правило
Крогеруса о доминировании видов в экстремальных условиях. Правило ДекандоляУоллеса. Правило Дарлингтона.
36. Энергетическая структура экосистемы.
37. Пищевые цепи и экологические пирамиды.
38. Понятие консорции.
39. Понятие биосферы. Учение В.И. Вернадского о биосфере.
40. Гипотеза ГЕИ о биологическом «контроле» на биосферном уровне факторов
абиотической среды.
41. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского. Модели круговорота веществ в
биосфере.
42. Понятие о ноосфере. Трансформация биосферы под воздействием человека.
43. Принципы концепции устойчивого развития цивилизации.
20
44. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и
охраны природы. Роль ООН и ЮНЕСКО по преодолению острых проблем
экологического кризиса.
45. Информационные системы по биоразнообразию: назначение, структура,
функционирование. Примеры электронных библиотек по биоразнообразию.
46. Принципы организации географических информационных систем по
биоразнообразию и их ориентация на решение научных и практических задач.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Сергеев, М. Г. Основы экологии: учеб.пособие.- Новосибирск, 2005, Ч.1. -2005.- 109с.
2. Сергеев, М. Г. Основы экологии: учеб.пособие.- Новосибирск, 2005, Ч.2. -2007.- 108с.
б) дополнительная литература:
1. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Краткий курс общей экологии. Ч. 1 и 2. Уфа: Изд-во
БГПУ; 2011, 386с.
2. Чернов Ю.И. Экология и биогеография. Избранные работы. М.: Товарищество
научных изданий КМК. 2008.
3. Коробкин В.И., Передельский Л.В. – Экология. Ростов-на-Дону, 2007
4. Марфенин Н.Н. Устойчивое развитие человечества: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2007
5. Ермаков Н.Б., Столяров С.В., Федотов А.М. Модели данных для формирования
биологических коллекций // "Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии",
том 5, выпуск 2, 2007, с. 35-41.
6. Биоразнообразие
и
динамика
экосистем:
информационные
технологии
и
моделирование, Изд-во СО РАН, Новосибирск, 2006.
7. Бродский А.К. Общая экология: учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.:
Издательский центр «Академия», 2006.
8. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология: Учебник для вузов. –
М.: Дрофа, 2004.
9. Baikov K., Ermakov N., Koropachinsky I., Fedotov A., Khorev A., ShokinYu. (2000) On
the development of an electronic library: “Biodiversity of flora and vegetation in Siberia” //
Computional Technologies. 2000. V. 5. Special Issue. P. 134-147.
в) Интернет-ресурсы:
Программа курса «Экология»
http://fit.nsu.ru/data_/docs/bak/program/Ecology.pdf
Словарь понятий и терминов к курсу "Экология"http://www.sbras.ru/win/elbib/data/show_page.dhtml?77+712
21
Электронный атлас «Биоразнообразие животного и растительного мира Сибири» www.sbras.ru/win/elbib/bio/
Зеленая Книга Сибири: www.sbras.ru/win/elbib/bio/green/
Электронный каталог сосудистых растений Азиатской России:
www.sbras.ru/win/elbib/atlas/flora/
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Мультимедийная лекционная аудитория, оснащенная:
 мультимедиа проектором,
 экраном,
 ноутбуком с программным обеспечением (с возможностью просмотра файлов в
формате MS PowerPoint, MS Office).
Рецензент (ы) _________________________
Программа одобрена на заседании Методической комиссии ФИТ
от ___________ года, протокол № _______.
22