Министерство образования Российской Федерации Ульяновский государственный университет «УТВЕРЖДАЮ» Ректор УлГУ проф. Полянсков Ю.В. « » 2001 г. ПРОГРАММА вступительного экзамена в аспирантуру по специальности 03.00.16 «Экология» программа составлена 27.04.2001 г. д.б.н проф. Чураковым Б.П. Ульяновск 2001 г. ВВЕДЕНИЕ Экология как наука о надорганизменных системах, их структуре и функционировании. Общие понятия о системе и ее элементах, структуре и связях. Краткая история развития экологии.Основные этапы развития экологии.
Вклад зарубежных и отечественных ученых в формирование экологических наук: Ж.Б.Ламарка, А.Декандоля, П.С.Палласа, А.Гумбольта, К.Ф.Рулье, Э.Геккеля, Н.А.Северцова, Ч.Дарвина, Г.Ф.Морозова, В.Н.Сукачева, В.В.Догеля, С.С.Шварца, Н. П.Наумова, Т.А.Работнова, М.С.Гилярова, А.Тенесли, В.И.Вернадского, Г.Одума, Ю.Одума, Р.Уитеккера, Р.Риклефса, Р.Дажо, Э.Пианка, В.Тишлера, Ф.Рамада, И.А.Шилова и др. Развитие экологии в XX веке. Оформление основных направлений экологических исследований.
Современный этап развития экологии. Социальная роль экологических знаний. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ Определение экологии как одной из важнейших отраслей научных знаний. Определение экологии Э.Геккелем. Роль Ч.Дарвина в формировании экологии как науки. Место экологии в системе биологических наук. Взаимосвязь экологии с другими науками. Общая и частная экология, популяционная и экосистемная экология. Формирование общей экологии.Основные разделы экологии: аутэкология, демэкология, синэкология. Подразделение экологии по отношению к предметам изучения — экология микроорганизмов, грибов, растений, почв, животных, человека, сельско-хозяйственная, промышленная, общая и т.д.; по средам и компонентам — экология суши, пресных водоемов, морей, Крайнего Севера, высокогорий, химическая, радиационная и т.д. Методы экологических исследований.
Математические методы и математическое моделирование в экологии. Современные проблемы экологии.Взаимосвязь экологии с охраной природы.
Применение экологических знаний при разработке мер по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов. Охрана и рациональное использование окружающей среды — необходимый этап современного развития общества. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О БИОСФЕРЕ. 1. Определение, структура и эволюция биосферы. Определение понятия биосферы Ж.Б.Ламарком, В.И.Вернадским, Н.Ф.Реймерсом, Ф.Рамандом и др. Распределение жизни в биосфере. Учение В.И.Вернадского о биосфере.Границы биосферы.
Живое, косное и биокосное вещества, слагающие биосферу. Роль живого вещества в биосфере. Геохимическая роль живого вещества. Биогеохимические принципы В.И.Вернадского. Границы биосферы. Основные компоненты биосферы: атмосфера,литосфера и гидросфера. Важнейшие признаки биосферы. Эволюция биосферы. 2. Источник энергии в биосфере. Фотосинтез. Возникновение биосферы. Формирование современной биосферы.Распределение жизни в биосфере.Солнечная радиация как основной источник энергии в биосфере. Фотосинтез — главный определяющий элемент генезиса биосферы.
Роль фотосинтезирующих растений в резком повышении содержания кислорода в атмосфере и в формировании почв. Процессы биологизации поверхности Земли. Космическая роль зеленых растений. 3. Понятие экосистемы. Основные структуры экосистем. Разнообразие сред биосферы. Разнообразие видов животных и растений. Системный подход в изучении живого.Общие понятия об экосистеме, ее элементах, структуре и связях.
Иерархическая организация систем. Уровни организации живой материи: молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-видовой и биогеоценотически-биосферный. Характеристика экологической иерархии живых организмов: вид, популяция, биоценоз, экосистема и биосфера. Концепции экосистем (А.Тенесли) и биогеоценозов (В. Н.Сукачев). Экосистема как основная структурная единица биосферы.Структурные элементы экосистемы: биотоп — неорганический субстрат и биоценоз — совокупность живых организмов.
Агроэкосистемы. Учение о биоценозах В.Н.Сукачева. Основные компоненты биоценоза: абиотическое окружение, продуценты, консументы и редуценты. Отношения организмов в биоценозах: мутуализм (симбиоз), комменсализм, нейтрализм (аменсализм), биотрофия (хищничество, паразитизм), конкуренция. 4. Пищевые цепи и сети. Пищевые взаимоотношения живых организмов — основа функционирования экосистем. Цепи и циклы питания.Пищевые цепи и пищевые сети. Звенья пищевой цепи — продуценты(автотрофы), консументы(гетеротрофы) и редуценты, или деструкторы (гетеротрофы). Пищевые цепи выедания и цепи разложения.
Трофические уровни — место каждого звена в цепи питания. Типы трофических цепей: пищевая цепь хищников, пищевая цепь паразитов и сапротрофная цепь питания. Трофические сети биоценозов. 5. Круговороты веществ и поток энергии. Различия между круговоротом веществ и потоком энергии в биосфере. Биологические и геологические круговороты.Биогеохимический круговорот.
Основные типы биогеохимических круговоротов: круговорот воды, круговорот элементов в газообразной фазе и круговорот элементов в осадочной фазе. Биосферные циклы углерода, кислорода, азота, серы, фосфора и др. элементов. Круговорот воды и ее баланс на планете. Стабильность биосферы. Энергетика экосистем. Поток энергии в экосистемах. Потери энергии при переходе с одного трофического уровня на другой.Энергетическая эффективность растений, животных, сообществ (пищевых цепей). Редуцентное звено экосистем.
Три пути возвращения питательных веществ в новые циклы поглощения: прямая передача питательных веществ от растения к растению симбиотическими организмами, детритная пищевая цепь, первичная экскреция животных (пастбищная пищевая цепь). 5. Продуктивность экосистем. Продукция экосистем. Первичная и вторичная продукция. Валовая и вторичная продукция. Первичная продукция. Значение фотосинтеза и хемосинтеза.Основные группы продуцентов наземных и водных экосистем.
Продуктивность наземных и водных экосистем. Возможности увеличения первичной продукции фитоценозов. Вторичная продукция. Консументы наземных и водных экосистем. Соотношение биомассы продуцентов и консументов в наземных и водных экосистемах. Редуценты и деструкция органического вещества в экосистемах. Экологические пирамиды. Пирамиды численности, биомассы и энергии. Экологическая эффективность и КПД экосистем.ФАКТОРЫ ДЕГРАДАЦИИ БИОСФЕРЫ. Возникновение потенциальной угрозы экологическому равновесию в биосфере.
Разрушительное воздействие на биосферу технического прогресса и демографического взрыва. Влияние промышленных и сельско-хозяйственных технологий на окружающую среду. Демографические проблемы и возможности биосферы. Понятие демографического взрыва. Возрастная структура населения. Миграция населения. Рост населения и его последствия.Пути решения продовольственной проблемы: микробиологический путь устранения белкового дефицита, интенсификация использования белковых ресурсов Мирового океана, возможности "зеленой революции", освоение пустынь.
ПРОБЛЕМА ЗАГРЯЗНЕНИЯ БИОСФЕРЫ И ЕЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Проблема загрязнения и возможности самоочищения окружающей среды. Природа и свойства загрязнений окружающей среды. Классификация загрязнений: физические, химические и биологические. Различия между химическими загрязнения и накоплениями отходов. Циркуляция загрязнений в атмосфере, литосфере и гидросфере.Причины загрязнения окружающей среды.
Включение загрязнений в трофические сети экосистем. Глобальное и местное распространение загрязняющих веществ в биосфере. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Состав атмосферного воздуха и его изменение. Источники загрязнений атмосферы. Основные вещества, загрязняющие атмосферу. Последствия загрязнения атмосферы. Влияние загрязнения атмосферы на биогео-химические циклы углерода, кислорода, азота и др. элементов. 1. Влияние загрязнений атмосферы на растения.Чувствительность растений к загрязнению атмосферы.
Использование растений в качестве биоиндикаторов загрязнений. Основные признаки интоксикации растений различными химическими соединениями. Накопление загрязнений в тканях растений. Экологические принципы размещения зеленых насаждений в городах и промышленных центрах. 2. Воздействие атмосферных загрязнений на животных и человека Чувствительность живых организмов к загрязнению атмосферы. Пути интоксикации животных и человека.Симптомы отравления атмосферными загрязнениями.
Основные интоксиканты животных и человека. Воздействие табачного дыма. Борьба с загрязнением атмосферы и охрана атмосферного воздуха. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ Основные источники загрязнения почв: промышленное и селько-хозяйственное производство, транспорт и др. Циркуляция загрязнений в биосфере: атмосфера—почва—гидросфера.Почва как посредник между атмосферой и гидросферой для загрязняющих веществ. 1. Виды загрязняющих веществ и последствия загрязнения почв. Виды загрязняющих веществ: минеральные и органические удобрения, пестициды, соли тяжелых металлов, радиоактивная пыль, отходы промыш-ленного и сельскохозяйственного производств, коммунально-бытовые отходы и т.д. Возрастание роли химических удобрений в нарушении экологического равновесия в биоценозах почв. Роль химических удобрений, особенно нитратов и фосфатов в ухудшении качества пищевых продуктов.
Влияние минеральных удобрений на здоровье человека и на стабильность агроценозов. Нарушение биогеохимических циклов и другие последствия загрязнения почв. Влияние загрязнений почв на флору и фауну, на биоценозы в целом. 2. Загрязнение почв пестицидами и его экологические последствия Особая роль пестицидов в загрязнении почв. Преднамеренное распыление пестицидов для борьбы с паразитами человека и животных, с вредителями и болезнями растений, с сорныками. Виды пестицидов: инсектициды, фунгициды, гербициды, родентициды (зооциды), нематоциды, арборициды, акарициды.
Токсичность пестицидов и экологические последствия их применения.
Формы воздействия пестицидов — демэкологическая и биоценотическая. Прямое и косвенное воздействия пестицидов на флору, фауну и биоценозы в целом.ЗАГРЯЗНЕНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ И ОКЕАНИЧЕСКИХ ВОД Загрязнение континентальных и океанических вод — проблема наших дней. Особенности данной проблемы: растворимость многих загрязнителей, перенос их на большие расстояния, гомогенность водной среды, незначительное содержание кислорода в воде, меняющееся в зависимости от степени загрязнения и температуры воды. Типы загрязнений вод: биологическое (микроорганизмы и способные к брожению органические вещества); химическое (всевозможные токсичные или изменяющие состав водной среды вещества) и физическое (нагревание, радиоактивность). Экологические последствия загрязнения природных вод Воздействие загрязнений на биотические и абиотические факторы природных вод. Особенности воздействия загрязнений на проточные и стоячие воды. Процессы эвтрификации стоячих вод. Темп и этапы эвтрификации водоемов.
Влияние человека на процессы эвтрификации.
Воздействие химических загрязнений вод на фитопланктон, макрофитов, зоопланктон, водных беспозвоночных и позвоночных животных. Влияние отдельных химических и тепловых загрязнений на состояние водных биоценозов. РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ Виды ионизирующих излучений: рентгеновские, гамма бета альфа-лучи, космические лучи и др. Различия и общие признаки ионизирующих излучений. Источники ионизирующих излучений.Естественные ионизирующие факторы среды. Уровень радиоактивного фона и радиоактивность организмов.
Свойства радиоактивных излучений. Приспособленность живых организмов к естественному уровню радиации. Биологическое воздействие ионизирущих излучений на живые организмы. Группы воздействия ионизирующей радиации на живые организмы: соматические и зародышевые (генетические). 1. Экологические последствия радиоактивных осадков. Источники радиоактивных осадков. Циркуляция радиоактивных осадков.Условия, благоприятствующие накоплению радиоактивных элементов в почве.
Способность поглощения радиоактивных осадков различными почвами. Движение радиоактивных элементов по пищевым цепям. Загрязнение радиоактивными элементами пищевых продуктов. Накопление радиоактивных элементов в пищевых цепях.Заражение радиоактивными осадками поверхностных вод. Воздействие радиоактивных осадков на пищевые цепи в море. 2. Экологические последствия загрязнений, вызванных атомной промышленностью Атомная промышленность как источник радиоактивного загрязнения: при добыче и обогащении ископаемого сырья, при использовании его в реакторах, при переработке ядерного топлива в установках.
Движение и накопление радиоактивных элементов в наземных и водных цепях питания. Экологические последствия загрязнений, вызванных атомной промыш-ленностью. Судьба ядерных отходов в биосфере. Перспективы развития атомной промышленности в мире, в связи с ростом потребности в электроэнергии.ДЕГРАДАЦИЯ БИОЦЕНОЗОВ И РАЗРУШЕНИЕ БИОСФЕРЫ Основные причины деградации биоценозов и разрушения биосферы.
Причины разрушения растительного покрова на Земле: уничтожение лесов, чрезмерная пастьба скота, пожары. Обезлесение и опустынивание территорий. Воздействие индустриального общества на биоценозы. Упрощение экосистем под воздействием человека. Рекреационное воздействие на биоценозы. Смена сообществ. Сокращение растительного покрова в результате интенсификации сельскохозяйственного производства.Эрозия и нарушение структуры почв. Уничтожение флоры и фауны — результат сверхинтенсивной хозяйственной деятельности человека.
Мероприятия по сохранению естественных биоценозов. Экологический мониторинг и экологическая токсикология Научные основы экомониторинга и экотоксикологии. Определение экомониторинга и экотоксикологии их цели и задачи.Общая характеристика состояния окружающей природной среды и экологических систем. Критерии оценки состояния здоровья населения, животного и растительного мира, геоморфологического состояния территории.
Загрязнение окружающей среды, основные контролируемые параметры и нормирование загрязнения: предельно допустимая концентрация (ПДК), предельно допустимые выбросы (ПДВ), предельно допустимые уровни (ПДУ), предельно допустимые сбросы (ПДС) в воздухе, воде, почве, растительности, продуктах питания и биосубстратах. Понятие поллютант (загрязнитель), ксенобиотик. Уровни загрязнения: локальный, региональный, глобальный.Классификация токсических факторов, токсический эффект.
Типы токсического воздействия загрязняющих веществ на живой организм: цитотоксическое, тератогенное, генетическое. Пути первичного токсического эффекта. Вторичный токсический эффект. Прямое и косвенное воздействие токсикантов. Понятие порогового уровня. Дозы ЛД50 и ЛД100. Виды мониторинга и пути его реализации. Виды мониторинга: глобальный, региональный, национальный, локальный, медико-экологический, биологический, радиационный, экотоксикологический.Мониторинг природных сред: воздушный, водный, почвенный.
Фоновый мониторинг. Средства реализации мониторинга. Экотоксикологический мониторинг: санитарно-токсикологический, экологический и биосферный. Биоиндикация и биотестирование в системе экологического мониторинга. Методы биоиндикации и биотестирования, понятие тест-организма (объекта). Классификация загрязнителей. Химические факторы: тяжелые металлы, диоксины и их производные, пестициды, ароматические углеводороды.Закономерности их химических превращений и взаимодействия с биологическими объектами.
Пути поступления токсикантов. Понятие биоконцентрирование (биоаккумуляция). Трансформация токсических веществ в экосистемах. Миграция поллютантов по трофическим цепям. ОГРАНИЧЕННОСТЬ РЕСУРСОВ БИОСФЕРЫ Ограниченность ресурсов биосферы — один из главных аспектов кри-зиса окружающей среды. Основные факторы, сдерживающие развитие хозяй-ственной деятельности человека: запасы энергии, ресурсы сырья, воды и пищи. Запасы энергии.Типы источников энергии, используемых человеком: невозобновляемые и наисчерпаемые в масштабе планеты. Доля энергии, используемой человеком.
Основные виды топлива, используемых для энергетических нужд. Запасы топлива на планете. Использование ядерной и термоядерной энергии. Пути решения энергетической проблемы на Земле. Ресурсы сырья. Невозобновляемость части ресурсов сырья. Возобновляемые ресурсы сырья.Охрана и рациональное использование сырьевых ресурсов планеты. Ресурсы воды. Рост водопотребления на Земле. Проблема истощения запасов пресной воды. Потребление воды промышленностью и сельским хозяйством.
Охрана и рациональное использование водных ресурсов на планете. Запасы продуктов питания. Проблема питания и возможности ее решения. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В ЭКОЛОГИИ Метод системного анализа, или математического моделирования, как средство изучения и прогнозирования природных процессов. Сущность метода математического моделирования. Этапы построения математических моделей.Анализ математических моделей.
Возможности системного анализа экологических ситуаций. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ Биоресурсы Земли — биологическая основа жизнедеятельности людей. Возобновляемость биологических ресурсов. Основные принципы рационального использования биологических ресурсов. Биологические ресурсы как источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов и т.д. Рекреация и туризм. Классификация биологических ресурсов.Сохранение недеградированных экосистем, создание заповедников и других охраняемых территорий.
Пути сохранения разнообразия живого. Сохранение и поддержание генетического разнообразия жизни. Оптимизация процессов эксплуатации и экологический мониторинг природных экосистем. Оптимизацияантропогенного воздействия и рекреационного использования природных комплексов.СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Основная литература: 1.Афанасьев Ю.А Фомин С.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учебное пособие.
М.: Из-во МНЭПУ, 1998. Ч 1. 208 с. 2.Одум Г. Основы экологии М.: Мир, 1975. 3.Рифлекс Р. Основы общей экологии М.: Мир, 1979. 4.Дажо Р. Основы экологии М.: Мир, 1975. 5.Новиков Г.А. Основы общей экологии и охраны природы, Л.: Высшая школа, 1979. 6.Радкевич В.А. Экология Минск: Высшая школа, 1963. 7.Чернова Н.М Былова А.М. Экология М.: Просвещение, 1988. 8.Рамад Ф. Основы прикладной экологии Л.: Гедрометеоиздат, 1981. 9.Яблоков А.В Остроумов С.А. Охрана живой природы (проблемы и перспективы) М.: Лесная промышленность, 1983. 10.Чураков Б.П. Методические рекомендации по курсу "Общая экология" Ульяновск, 1991. 11.Скурлатов Ю.И. и др. Введение в экологическую химию.
М.: Выс. шк. 1994. 400 с. Дополнительная литература 1.Будько М.И. Глобальная экология. -М.: Мысль, 1977. 2.Безель В.С. и др. Популяционная экотоксикология. М.: Наука, 1994. 80 с. 3.Безель В.С. Популяционная экотиксикология млекопитающих.М.: Наука, 1987. 129 с. 4.Биоиндикация загрязнения наземных экосистем /Под. ред. Р. Шуберта М.: Мир, 1988. 350 с. 5.Егоров В.А Каллистов Ю.Н. и др. Математические модели глобального развития: критический анализ моделей природопользования.
Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 6.Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 7.Израэль Ю.А Гасилина Н.К. и др. Осуществление в СССР системы мониторинга загрязнения природной среды Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 8.Вернадский В.И. Биосфера М.: Наука, 1967 г. 9.Тишлер В. Сельскохозяйственная экология, М.: Колос, 1964. 10.Экологические очерки о природе и человеке М.: Прогресс, 1988. 11.Федоров Е.К. Взаимодействие общества и природы Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 12.Экология человека: основные проблемы М.: Наука, 1988. 13.Реймерс Н.М. Природопользование М.: Мысль, 1990.