ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Программа. Понятия экологии, окружающей среды и ее охраны, рационального природопользования. Прикладные направления экологии. Понятие биологической системы (биосистемы). Свойства биосистем эмерджентные и аддитивные. Основные типы биосистем (от организма до биосферы) и их иерархия. Определение общей экологии, ее основные понятия, цели и задачи. Холизм и редукционизм в экологии. Разнообразие форм жизни. Три парадигмы экологии. Экология и наука об окружающей среде. Экология и рациональное природопользование.

Научно-методические основы организации исследований в инженерной экологии. Методы экологических исследований, их классификация, цели и задачи исследований. Особенности теоретических, натурных и лабораторных исследований.

Основы факториальной экологии. Организм и среда его обитания. Понятия окружающей (внешней) и внутренней среды, экологического фактора. Факторы естественные, естественно-антропогенные и искусственные; абиотические и биотические.

Основные абиотические факторы. Климатические условия. Строение атмосферы; температура, температурная стратификация, ветро­вой режим, осадки. Гидрогеологические и гидрологические условия. Подземные и поверхностные воды, их характеристики (показатели, параметры). Орографические факторы, роль рельефа. Почвы, грунты, их характеристики. Эдафические факторы. Химические факторы среды. Основные биотические факторы. Взаимодействие абиотических и биотических факторов, их совместное действие на биосистемы.

Концепция лимитирующих факторов. Закон толерантности, основные диапазоны факторных значений. Понятия "экологической ниши" (по Дж. Гриннелу–Д. Хатчинсону и по Ч. Элтону). Адаптация живых организмов к экологическим факто­рам. Виды адаптации.

Аутэкология. Балансовое равенство, его составляющие. Рацион. Ассимиляция. Усвояемость пищи. Продукция организма, ее составляющие. Коэффициенты К₁, К₂. Аэробные и анаэробные организмы. Траты на обмен и скорость потребления кислорода у аэробных организмов, оксикалорийный коэффициент. Основной обмен. Изменение абсолютных и удельных трат на обмен в онтогенезе. Соматический рост: экспоненциальный, параболический и S-образный. Рост изометрический и аллометрический.

Основы популяционной экологии (демэкологии). Понятие популяции. Понятие демэкологии. Свойства популяции. Основные статические и динамические характеристики популяции. Субпопуляционные структуры: семья, дем, парцелла. Пространственное распределение особей, основные типы (равномерное, случайное, агрегированное). Основные типы популяционной динамики. "Волны жизни". «Биотический потенциал» вида. Элиминация особей в популяциях. Продукция популяции и методы ее оценки.

Основы синэкологии. Понятие синэкологии. Понятия сообщества и биоценоза. Основные типы эколого-ценотических стратегий популяций (r– и К–; виолентность, патиентность и эксплерентность). Основные типы межпопуляционных взаимоотношений (нейтрализм, симбиоз, мутуализм, аменсализм, комменсализм, жертваэксплуататор, конкуренция). Внутривидовая и межвидовая конкуренция. Правило Гаузе. «Планктонный парадокс». Правило Бура. Трофические связи в сообществах. Элективность питания и ее оценка (индексы Ивлева, Шорыгина). Этологические взаимодействия в сообществах. Аллелохимические взаимодействия в сообществах (ферромоны, аттрактанты, репелленты). Коэволюция. Основные статические и динамические, структурные и функциональные характеристики сообщества и биоценоза.

Консорции. Виды–эдификаторы. Виды–доминанты, субдоминанты. Трофологические классификации живых организмов. Продуценты и консументы. Автотрофы и гетеротрофы. Редуценты. Фотосинтез. Хемосинтез. Первичная продукция (валовая и чистая). Вторичная продукция. Биологическая деструкция. Влияние факторов среды на первичную продукцию. «Трофическая цепь». «Трофическая сеть». «Реальная продукция» сообщества и ее зависимость от структуры трофической сети. Биологическое разнообразие и методы его оценки.

Биотоп (экотоп). Биоценоз и биота. Сообщество и биоценоз. Биогеоценоз. Экосистема – ключевое понятие современной экологии. Экотон. «Краевой эффект» («эффект опушки»). Особенности видового разнообразия в экотонах. Вещества, автохтонные и аллохтонные для экосистемы. Соотношение продукции и деструкции экосистемы, его влияние на состояние экосистемы. Удельная продуктивность биосистемы (P/B–коэффициент). Транспирация. Эвапотранспирация.

Основные статические и динамические, структурные и функциональные характеристики экосистемы. Потоки вещества, энергии и информации в экосистеме. Продукция экосистемы. Гомеостаз, сукцессия экосистем, основные типы сукцессий.

Экосфера Земли. Биосфера Земли, ее структура. Круговорот веществ в биосфере. Динамика и развитие биосферы. Место и роль человека в биосфере. Ноосфера.

Нормирование воздействия производства на природную среду. Экологические нормативы. Принципы нормирования воздействия на природную среду (ат­мосферу, гидросферу, литосферу). Понятия о предельно допустимых концентрациях (ПДК), предельно допустимой нагрузке (ПДН), пре­дельно допустимых уровнях воздействия (ПДУВ). Достоинства и недостатки действующей системы экологического нормирования, понятие об альтернативной системы "экологических ПДК".

Временно действующие нормативы качества атмосферного воздуха (его приземного слоя), поверхностных вод (водотоков и водоемов), почвы: ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), ориентировочно-допустимый уровень (ОДУ), ориентировочно-допустимая концентрация (ОДК).

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) вредных веществ в приземный слой атмосферы, предельно допустимые сбросы (ПДС) вредных веществ в водные объекты.

Методические указания. Современная экология – наука, изучающая структуру и функционирование биологических систем надорганизменного уровня (в естественных и измененных условиях) с целью обоснования их рационального использования человеком. К биосистемам надорганизменного уровня относятся популяции и внутрипопуляционные группировки организмов, сообщества, биоценозы, экосистемы, а также экосфера и биосфера Земли.

В разделе о факториальной экологии следует обратить внимание на понятия: экологический фактор, среда, адаптация организма к условиям среды обитания; познакомиться с концепцией лимитирующих факторов, законом Шелфорда, различать интервалы толерантных (терпимых) и оптимальных (наилучших) значений факторов. Отметить, что понятие "экологическая ниша" в экологии имеет двойное значение. Ниша по Дж. Гриннелу и Д. Хатчинсону – область всех допустимых сочетаний значений экологических факторов (причем "фундаментальная ниша" задается интервалами толерантности, без учета взаимодействия лимитирующих факторов, а расположенная внутри нее меньшая "реализованная ниша" определяется с учетом эффекта межфакторного взаимодействия). Ниша по Ч. Элтону ("функциональная ниша") – специализация вида (в первую очередь, по типу питания), его роль в экосистеме. Первое понятие более конкретно и полезно, оно используется чаще. Раздел о факториальной экологии важен для понимания основ взаимоотношения биосистем, включая человека, с окружающей средой, для количественного обоснования регуляции воздейст­вия деятельности человека на природную среду.

При изучении раздела о популяционной экологии целесообразно принять определение популяции, как любой способной к самовоспроизведению совокупности особей одного вида, более или менее изолированной в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей особей того же вида. Следует уяснить закономерности формирова­ния, изменения и саморегуляции популяций, знать важнейшие популяционные параметры, представлять себе, как образуется и оценивается популяционная продукция.

Изучая синэкологический раздел, следует обратить внимание на принципиальное различие понятий сообщества (как любой совокупности живых организмов определенной категории, одновременно населяющих определенную область пространства) и биоценоза (как совокупности особей всех видов, одновременно населяющих биотоп и взаимосвязанных между собой и с биотопом потоками вещества, энергии и информации). Следует различать основные эколого-ценотические стратегии (1) r- и К- стратегии; 2) виолентная, патиентная и эксплерентная стратегии) и типы межпопуляционных взаимоотношений, знать основные характеристики сообществ и биоценозов.

В современной экологии понятие экосистемы является основным, экосистема – главный объект экологического исследования. "Экосистема" – совокупность обитающих вместе и взаимодействующих организмов всех видов, а также физических и химических компонентов среды, необходимых для их существования или являющихся продуктом их жизнедеятельности. "Биогеоценоз" – понятие более частное: это экосистема, обязательно имеющая естественное происхождение, сравнительно четкие пространственные границы и внутреннюю однородность. Следует знать основные структурно-функциональные характеристики экосистемы, ее статические и динамические показатели, знать и четко различать основные разновидности сукцессий (направленных, закономерных и необратимых изменений экосистем) – автогенных и аллогенных, автотрофных и гетеротрофных, первичных и вторичных, естественных и искусственных (в частности, техногенных).

Следует изучить классификации основных способов питания живых организмов и понять их соотношение и взаимосвязь, представлять закономерности трансформации вещества и энергии в экосистемах, образования биологической продукции. По способу питания организмы делят на 3 категории: 1) "автотрофы" – потребляющие исключительно неорганические вещества и производящие их них органические вещества (благодаря фотосинтезу, как растения, или хемосинтезу, как некоторые бактерии); 2) "гетеротрофы" – способные поедать органическое вещество, произведенное другими организмами (например, животные); 3) "редуценты" – разлагающие органические остатки и продукты жизнедеятельности автотрофов и гетеротрофов до более простых органических и, в итоге, до неорганических веществ (некоторые бактерии, грибы, и др.). Используются также понятия "продуценты" (организмы, способные производить органическое вещество из неорганического) и "консументы" (потребляющие исключительно органическое вещество, произведенное другими организмами). Обычно (но не всегда) автотрофы являются продуцентами, а гетеротрофы – консументами. Автотрофы создают "первичную продукцию" биоценоза; гетеротрофы перерабатывают ее во "вторичную продукцию"; редуценты осуществляют "деструкцию" – возвращают в экосистему минеральные вещества (большую часть которых снова используют автотрофы для создания первичной продукции, и т.д.).

Целесообразно сопровождать изучение синэкологии рассмотрением конкретного примера сравнительно простой экологической системы.

Важно хорошо представлять соотношение понятий и пространственных границ биосферы (всей области земной поверхности, населенной жизнью или сформированной при участии живых организмов) и экосферы (глобальной экосистемы, объединяющей все современные экосистемы Земли и являющейся лишь малой составляющей биосферы). Необходимо знать закономерности круговорота веществ и энергии в экосистемах и в биосфере, в целом. Особое внимание уделяется роли человека, закономерностям развития биосферы и формирования ноосферы.

Необходимо представлять основные принципы нормирования воздействия производства на окружающую природную сре­ду (атмосферу, гидросферу, литосферу). Следует иметь понятие о методах установления предельно допустимых уровней воздействия, в том числе – предельно допустимых концентраций (ПДК) поллютантов в воздухе рабочей зоны производственного помещения, в атмосферном воздухе населенных пунктов, в водоемах и водотоках различной категории водопользования, в почвах. Требуется также иметь представление о временно действующих нормативах качества природных сред: ориентировочный безопасный уровень воздействия (ОБУВ), ориентировочно-допустимый уровень (ОДУ), ориентиро­вочно-допустимая концентрация (ОДК). Необходимо также представлять себе понятия и принципы установления предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ в приземный слой атмосферы и предельно допустимых сбросов (ПДС) вредных веществ в водные объекты.