БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УТВЕРЖДАЮ: Проректор по учебной работе БГУ ________________ А. Л. Толстик «____» _____________ 2014 г. Регистрационный № УД-______/р. БИОГЕОЦЕНОЛОГИЯ Учебная программа для специальности: 1-31 02 01 География 2014 г. 2 СОСТАВИТЕЛИ: В.Ф.Кулеш, профессор кафедры физической географии мира и образовательных технологий Белорусского государственного университета, доктор биологических наук РЕЦЕНЗЕНТЫ: В.Н. Киселев, профессор кафедры физической географии Белорусского государственного педагогического университета им. Максима Танка, доктор географических наук П.А. Митрахович, доцент кафедры физической географии мира и образовательных технологий Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ: Кафедрой физической географии мира и технологий________________________________________ (протокол №__ от «____»_____________ 2014 г.); Учебно-методической комиссией географического факультета (протокол №____ от «____» ______________ 2014 г.); Ответственный за редакцию – В.Ф. Кулеш Ответственный за выпуск – В.Ф. Кулеш обоазовательных 3 І. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Биогеоценология – наука, исследующая строение и функционирование биогеоценозов – сложных природных комплексов живых существ, находящихся во взаимной зависимости от неорганической среды и взаимодействующих с ней материально-энергетическими связями. Учебная дисциплина «Биогеоценология» предназначена для студентов, обучающихся по специальности «физическая география» и базируется на знаниях студентов по биогеографии, почвоведению, метеорологии, ландшафтоведению, полученных в ходе предшествующего обучения в вузе. Цель – изучение основных закономерностей организации и функционирования биогеоценозов, а также формирование у студентов знаний о многообразия форм коадаптаций видов и соотношения их экологических ниш в разных природно-географических типах биогеоценозов как элементарных ячейках поверхностной оболочки Земли. Задачи: – изучить состав, структуру, абиотических и биотических компонентов, составляющих разнообразные биогеоценозы земной поверхности и биогидроценозы; – дать представление о фитоценозе как фундаментальной структурной и функциональной основе наземных биогеоценозов; – показать структурно-функциональную организацию и продуктивность наземных биогеоценозов; – познакомить учащихся с трофической структурой биогеоценоза, энергетическим обменом, потоком энергии и типами биогеохимических круговоротов вещества и энергии; – представить особенности структуры и функционирования пресноводных и морских биогидроценозов; – проанализировать динамику и эволюцию биогеоценозов в составе биосферы – показать особенности и структурно-функциональную организацию биогеоценозов Беларуси. В результате изучения учебной дисциплины студент должен знать: – цели и задачи биогеоценологии как науки об основных элементарных ячейках биосферы, а также представлять ее структуру и методологию; – основные принципы организации, функционирования наземных биогеоценозов и водных биогидроценозов; – продуктивность, динамические процессы в биогеоценозах различного типа. Уметь: – выявлять и анализировать структурно-функциональную организацию биогеоценотических систем различного типа; – оценивать продукционные процессы и эффективность потока энергии в пищевых цепях биогеоценозов; 4 – оценивать и анализировать их роль как элементарных средообразующих структурно-функциональных блоков биосферы На изучение учебной дисциплины «Биогеоценология» отводится 54 часа, из них 36 часов – лекционных, 8 часов – практических и 6 часов – КСР. Итоговый контроль знаний осуществляется в форме зачета – 4 часа. 5 IІ. ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН № п/п 1 2 2.1 2.2 3 3.1 3.2 4 4.1 4.2 4.3 5 5.1 Название разделов и тем Всего Лек- Лабора- Семиауд. ций торных\ нарских, часов практич. КСР Биогеоценология как наука. Предмет и задачи 2 2 курса. Этапы развития биогеоценотических идей. Взаимосвязь живой и неживой природы. Биогеоценоз, экосистема, экокомплекс. Общее строение и структура биогеоценоза. Биомы. Понятие биогеоценоза и его структурные компоненты. Абиотические компоненты биогеоценоза: климатоп, эдафотоп, гидротоп. Биотоп. Ценотические принципы А. Тиннемана. Основные типы биомов. Биотический компонент биогеоценоза: фитоценоз, зооценоз, микоценоз, микробиоценоз. Правило А.Уоллеса и географического оптимума. Понятие экотона. Состав и функциональная деятельность автотрофного, биотрофного и сапротрофного компонентов. Биотические компоненты биогеоценоза и их состав Видовая структура биогеоценоза. Фитоценотипы, зооценотипы и биоценотипы. Виды: доминанты, субдоминанты, эдификаторы, ассектаторы. Жизненные формы (экобиоморфы) растений и животных в составе биогеоценоза. Классификация жизненных форм растений и животных. Конвергенция. Косные (неживые) компоненты биогеоценоза и их состав Аэротоп. Структура атмосферы, ее компонентный состав и функциональная роль в биогеоценозе. Тепловой режим атмосферы, атмосферные осадки, газовый состав и общая циркуляция. Эдафотоп. Почва ее состав, строение, основные характеристики и генетические свойства. Физикохимические свойства и функционирование почвы в составе биогеоценоза. Физико-химические условия существования гидробиоценозов. Свойства воды и грунта. Химический состав, строение и движение воды. Взвешенные и растворенные органические вещества. Фитоценоз как фундаментальная основа наземных биогеоценозов. Организация и состав фитоценозов. Концепция континуума. Экологические группы растений по отношению к температуре, свету и влажности в 4 2 2 4 2 2 6 2 2 2 4 2 6 5.2 6 6.1 6.2 7 7.1 7.2 7.3 7.4 8. 8.1 8.2 9 9.1 9.2 10 составе фитоценоза. Эколого-фитоценотические стратегии видов. Характеристика первичных типов стратегий. Вторичные стратегии. Пластичность стратегий. Структурная организация наземных биогеоценозов Пространственная структура биогеоценоза. Ярусность и пространственное распределение живых организмов в лесных и луговых сообществах. Концепция биогеогоризонтов. Горизонтальное сложение биогеоценозов (мозаичность) и факторы его определяющие. Биогеценотической парцелла. Синузии. Концепция фитогенного поля. Понятие стации Cтруктурно–функциональная организация и продуктивность наземных биогеоценозов Структурно-функциональный комплекс биогеоценоза. Типы взаимоотношений ценопопуляцияй животных и растений в биогеоценозе. Функциональные компоненты биогеоценоза: продуценты, консументы, редуценты. Классификация потребителей пищи. Спектры питания. Фитофаги, хищники, детритофаги Продуктивность биогеоценозов. Основные понятия и показатели продуктивности. Удельная продукция. Методы расчета продукции. Понятие консорции, состав и строение. Классификация, многообразие и динамика консорций. Понятие экологической ниши. Принципы и правила ее характеризующие. Энергетический обмен и функционирование биогеоценозов Трофическая структура и обменные процессы. Пищевые цепи, сети, трофические уровни экологические пирамиды. Поток энергии Биогеоценотический обмен веществ, циклы и типы биологического круговорота. Круговороты: воды углерода, кислорода, азота, фосфора и серы. Структура и функционирование биогидроценозов Водные биокосные системы континентальных водоемов. Жизненные формы населения биогидроценозов и их характеристики. Трансформация веществ и энергии. Сукцессии. Морские биогидроценозы и их особенности. Жизненные формы и их распределение в Мировом океане. Динамика морских биогидроценозов и этапы эволюции Мирового океана. Динамика и эволюция биогеоценозов в системе биосферы 2 4 2 2 8 2 2 2 2 4 2 2 4 2 2 4 7 10.1 Динамика биогеоценозов и формы проявления. Циклические изменения биогеоценозов. Флуктуации. Экологические сукцессии и их классификация. эндогенез 10.2 Экзогенные сукцессии. Простые и сложные автогенные сукцессии. Первичные и вторичные сукцессии. Концепции климакса. Эволюционный прогресс биокосных систем. 11 Биогеоценозы Беларуси Основные принципы выделения природных биогеоценозов и гидробиоценозов Беларуси. Наземные биогеоценозы. Гидробиоценозы. Ключевые и ресурсные виды растений и животных в различных наземных и водных биогеоценозах и их динамика. Особенности агроценозов Беларуси. Структура и функционирование фитоценозов и зооценозов на урбанизированных территориях. ИТОГО 2 2 6 50 6 36 8 6 8 ІІІ. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА 1. Биогеоценология как наука Краткая история возникновения и развития биогеоценологии. Определение биогеоценологии Взаимосвязь живой и неживой природы. Предмет и задачи курса. Понятие экосистемы, экокомплекс. Развитие представлений о биогеоценозе. Понятие биогеоценоза. Соотношение экосистемы и биогеоценоза. 2. Общее строение и структура биогеоценоза 2.1 Биогеоценоз и его состав Основные характеристики биогеоценоза по В.Н.Сукачеву. Разнообразие биогеоценозов, границы и ценокомплексы видовых ценопопуляций. Структурные компоненты биогеоценоза. Абиотический компонент биогеоценоза: аэротоп, эдафотоп. Понятие биотопа. Биоценотические принципы А. Тиннемана. Биогеоценоз как структурный компонент биома. Основные типы сухопутных биомов. 2.2 Биотический компонент биогеоценоза Биоценоз: фитоценоз, зооценоз, микоценоз, микробиоценоз. Общие характеристики географической динамики биогеоценозов. Правило А.Уоллеса. Правило географического оптимума. Правила: Бергмана, Алена, Глогера. Понятие экотона. Краевой эффект. Автотрофный, гетеротрофный (биотрофный) и сапротрофный компоненты биогеоценоза. Состав и функциональная деятельность автотрофного, биотрофного и сапротрофного компонентов. 3. Биотические компоненты биогеоценоза и их состав 3.1 Видовая структура биогеоценоза Виды и их популяции в составе биоты биогеоценоза. Фитоценотипы, зооценотипы и биоценотипы. Виды: доминанты, субдоминанты, эдификаторы, ассектаторы. Принцип экологической (рабочей) надежности биогеоценоза. Принципы видового обеднения. 3.2 Принципы экологической классификации Жизненные формы (экобиоморфы) растений и животных в составе биогеоценоза. Классификации жизненных форм растений: В.Р.Вильямса; К. Раункиера в модификации Д. Мюллера, Г. Элленберга; И.Г. Серебрякова. Жизненные формы животных: классификация Д. Н. Кашкарова, классификация жизненных форм насекомых по В.В. Яхонтову. Понятие «стратегии жизни». Конвергенция. 4. Косные ( неживые) компоненты биогеоценоза и их состав 9 4.1 Аэротоп (климатоп) и его основа «Деятельный» слой тропосферы и его составные элементы. Структура атмосферы, ее компонентный состав и функциональная роль в биогеоценозе. Значение фотосинтетически активной радиации (ФАР) в функционировании биогеноценозов различного типа. Тепловой режим атмосферы, атмосферные осадки, газовый состав и общая циркуляция воздушного фронта. 4.2 Эдафотоп и его характеристика Структура и функционирование эдафотопа. Совокупность факторов биогенных элементов почвенной среды. Почва ее состав, строение, основные характеристики и генетические свойства. Почвообразование и органическое вещество почвы. Физико-химические свойства и функционирование почвы в составе биогеоценоза. Почва как внутренняя почвенная среда биогеоценоза. 4.3 Водные биокосные системы Биогидроценозы и их особенности. Физико-химические свойства воды и грунта. Химический состав и строение воды. Движение воды. Вещества, содержащиеся в природной воде: газы, ионы минеральных солей. Вводносолевой обмен. Водородные ионы и окислительно-восстановительный потенциал. Растворенные органические вещества. Взвешенные вещества. 5 Фитоценоз как фундаментальная основа наземных биогеоценозов 5.1 Структурно-функциональные характеристики фитоценоза Определение фитоценоза. Организация и состав фитоценозов. Концепция континуума и квантованности растительного покрова. Принцип континуума Л.Г. Раменского–Г.А. Глизона. Экологические группы растений по отношению к температуре, свету, влажности в составе фитоценоза. 5.2 Эколого-фитоценотические стратегии видов Понятие фитоценотической стратегии. Система Дж. Маклиода-Э.Пианки. Система Л.Г.Раменского-Дж. Грайма: виоленты, патиенты, эксплеренты. Характеристика первичных типов стратегий. Вторичные стратегии. Пластичность стратегий. 6. Структурная организация наземных биогеоценозов 6.1 Пространственная структура биогеоценоза Синморфология. Понятие ярусности. Ярусность и пространственное распределение живых компонентов биогеоценоза. Понятие полога. Состав ценопопуляций, пространственная структура луговых и лесных сообществ. Концепция биогеогоризонтов. 6.2 Горизонтальное структура биогеоценозов 10 Горизонтальное сложение биогеоценозов. Мозаичность и факторы ее определяющие. Понятие биогеценотической парцеллы по Н.В. Дылису. Синузии. Концепция фитогенного поля. Понятие стации. Принцип стациальной верности. Правило М.С.Гилярова смены ярусов. 7. Cтруктурно–функциональная организация и продуктивность наземных биогеоценозов 7.1. Взаимоотношения популяций в составе биогеоценозов Структурно-функциональный комплекс в обеспечении целостности биогеоценоза. Типы взаимоотношений ценопопуляцияй животных и растений в биогеоценозе по классификации Е. Хэскела и Ю. Одума. Межвидовые взаимоотношения животных в классификации В.Н. Беклемишева. Межвидовые отношения между растениями. 7.2 Организация и структура функциональных компонентов Функциональные компоненты биогеоценоза: продуценты, консументы, редуценты. Консументы и их роль. Потребление пищи консументами. Классификация потребителей пищи: монофаги, полифаги. Защита пищевых ресурсов от потребителей. Спектры питания. Понятие фитофагии, типы хищников, детритофаги. 7.3 Продуктивность и продукция Воспроизводство живых ресурсов и проблема биопродуктивности. Основные понятия и показатели продуктивности. Первичная и вторичная продукция. Удельная продукция (P/B – коэффициент). Методы расчета продукции. Эффективность использования пищи на рост. 7.4 Консорция и концепция экологической ниши Понятие консорции, состав и строение. Классификация, многообразие и динамика консорций. Консорция как ключевой структурно-функциональный элемент биогеоценоза. Понятие экологической ниши. Фундаментальная и реализованная ниша. Принцип плотной упаковки Р.Мак-Артура. Правило обязательности заполнения экологических ниш. Принцип конкурентного взаимоисключения Г.Ф.Гаузе. Принцип сосуществования или парадокс Дж. Хатчинсона. 8. Энергетический обмен и функционирование биогеоценозов 8.1 Трофическая структура и поток энергии Поступление и использование солнечной энергии в биогеоценозе. Трофическая структура и обменные процессы. Пищевые цепи, строение и классификация. Пищевые сети и трофические уровни. Экологические пирамиды. Общая схема потока энергии и роль живых организмов в функционировании биогеоценоза. 11 8.2. Биогеоценотические круговороты веществ в составе биосферы Биогеоценотический обмен веществ, циклы и типы биологического круговорота. Круговорот воды. Биогеохимические циклы биогенных (биофильных) элементов и их типы. Биогеохимический круговорот углерода, кислорода, азота, фосфора и серы. 9. Структура и функционирование биогидроценозов. 9.1 Структура и функционирование континентальных биогидроценозов Водные биокосные системы (биогидроценозы) континентальных водоемов, их особенности и структурно-функциональная организация. Водносолевой обмен. Взаимодействие живого и косного компонентов. Жизненные формы населения биогидроценозов и их характеристика. Трансформация веществ и энергии. Сукцессии в водных биогидроценозах. 9.2. Структура и функционирование морских биогидроценозов Морские биогидроценозы и их особенности. Жизненные формы и их распределение в Мировом океане. Вертикальная структура и трофические взаимосвязи планктона. Биогидроценозы, бентали, батиали, абиссали и коралловых рифов. Биогидроценозы литорали. Динамика морских биогидроценозов и этапы эволюции Мирового океана. 10. Динамика и эволюция биогеоценозов в системе биосферы 10.1 Динамика биогеоценозов Динамика биогеоценозов и формы проявления. Циклические изменения биогеоценозов. Флуктуации. Экологические сукцессии и их классификация. Сингенез как процесс формирования биогеоценоза. Эндогенез и эндогенные сукцессии. 10.2. Сукцессии и эволюция биогеоценозов Эволюция и экзогенные сукцессии. Простые и сложные автогенные сукцессии. Первичные и вторичные сукцессии. Концепции климакса, динамика и устойчивость биогеоценозов. Факторы и механизм органической эволюции и эволюционный прогресс биокосных систем. 11. Биогеоценозы Беларуси Основные принципы выделения природных биогеоценозов и гидробиоценозов Беларуси. Биогеоценозы лесов, лугов, болот. Особенности гидробиоценозов рек, озер, водохранилищ. Ключевые и ресурсные виды растений и животных в различных наземных и водных биогеоценозах и их динамика. Особенности агроценозов Беларуси. Структура и функционирование фитоценозов и зооценозов на урбанизированных территориях. 12 IV. ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Литература Основная 1. Дылис Н.В. Основы биогеоценологии. М.: Изд. МГУ, 1978, 152с. 2. Ипатов В.С., Кирикова Л.А. Фитоценология. Спб.: Изд. СПетербургского ун-та, 1997, 316с. 3. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности. М: Логос, 2002, 264с. 4. Номоконов Л.И. Общая биогеоценология. Ростов-на Дону: Изд. Ростовского ун-та, 1989, 456 с. 5. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1975, 741с. 6. Работнов Т.А. Фитоценология. М.: Изд. МГУ, 1992, 352с. 7. Семенченко В. П. Консументы и их роль экосистемах: курс лекций. Минск: Изд. БГУ, 2004, 95с. 8. Сукачев В.Н. Избранные труды. Т. 1. Основы лесной типологии и биогеоценологии. Л.: Наука, 1972, 419с. 9. Риклефс Р. Основы общей экологии. М.:Мир, 1979, с. 426. 10. Цветков В.Ф. Лесной биогеоценоз. Архангельск: Солти, 2004, 267с. Дополнительная 11. Бурко Л.Д., Гричик В.В. Позвоночные животные Беларуси. Минск: БГУ, 2005, 360с. 12. Константинов А.С. Общая гидробиология. М.: Высшая школа, 1979, с.480. 13. Кулеш В.Ф., Маврищев В.В. Практикум по экологии. Минск: Вышэйшая школа, 2007, 267с. 14. Маврищев В.В. Экскурсии в природу. Лес. Минск: Вышэйшая школа, 2009, 223с. 15. Природная среда Беларуси: Монография. Под. ред. В.Ф.Логинова. Минск: НОООО «Бип-С», 2002, 424с. 16. Радкевич В.А. Экология. Минск: Вышэйшая школа, 1998, 159с. 17. Реймерс Н.Ф. Экология. М.:Журнал «Россия молодая», 1994, 367с. 18. Смирнова О.В. Природная организация биогеоценотического покрова лесного пояса Восточной Европы // Восточноевропейские леса. Ред. О.В.Смирнова. Кн. 1. М.: Наука. 2004, 321с. 19. Соcтояние и использование биологического разнообразия Республики Беларусь: Аналитический обзор. Под. ред. М.Е.Никифорова. Минск: Центр «Конкордия»,1998, 112с. 20. Сукачев В.Н. Избранные труды. Т. 3. Проблемы фитоценологии. Л.: Наука, 1975, 398с. 21. Яхонтов В.В. Экология насекомых. М: Высшая школа, 1969, 488 с. 13 Примерный план практических и семинарских занятий по учебной дисциплине «Биогеоценология» 1. Аэротоп. Структура атмосферы, ее компонентный состав и функциональная роль в биогеоценозе. Тепловой режим атмосферы, атмосферные осадки, газовый состав и общая циркуляция. 2. Эдафотоп. Почва ее состав, строение, основные характеристики и генетические свойства. Физико-химические свойства и функционирование почвы в составе биогеоценоза. 3. Организация и состав фитоценозов. Концепция континуума. Экологические группы растений по отношению к свету, влажности и трофности в составе фитоценоза. 4. Продуктивность биогеоценозов. Основные понятия и показатели продуктивности. Удельная продукция. Методы расчета продукции. Примерная тематика КСР Биогеоценозы Беларуси План работы 1. Основные принципы выделения природных биогеоценозов и гидробиоценозов Беларуси. Биогеоценозы лесов, лугов, болот. Особенности гидробиоценозов рек, озер, водохранилищ. 2. Ключевые и ресурсные виды растений и животных в различных наземных и водных биогеоценозах и их динамика. 3. Особенности агроценозов Беларуси. Структура и функционирование фитоценозов и зооценозов на урбанизированных территориях. Литература 1. Бурко Л.Д., Гричик В.В. Позвоночные животные Беларуси. Минск: БГУ, 2005, 360с. 2. Кулеш В.Ф., Маврищев В.В. Практикум по экологии. Минск: Вышэйшая школа, 2007, 267с. 3. Маврищев В.В. Экскурсии в природу. Лес. Минск: Вышэйшая школа, 2009, 223с. 4. Смирнова О.В. Природная организация биогеоценотического покрова лесного пояса Восточной Европы // Восточноевропейские леса. Ред. О.В.Смирнова. Кн. 1. М.: Наука. 2004, 321с. 5. Соcтояние и использование биологического разнообразия Республики Беларусь: Аналитический обзор. Под. ред. М.Е.Никифорова. Минск: Центр «Конкордия»,1998, 112с. 6. Природная среда Беларуси: Монография. Под. ред. В.Ф.Логинова. Минск: НОООО «Бип-С», 2002, 424с.