Глава 1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

Яшин И.М.

 

Общая экология

Рабочая тетрадь

 

 

 

                                               

  Москва 2018

                               

 

 

              

 

 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего  образования российский государственный аграрный университет – МСха имени К.А. Тимирязева  (ФГОУ ВО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)

 

Факультет почвоведения, агрохимии и экологии

Кафедра экологии

 

 

Яшин И.М.

 

 

Общая экология

Рабочая тетрадь

 

 

                                              Исполнитель: студент(ка) ….. курса…..группы

Ф.И.О.___________________________________

­

Факультет________________________________

 

                                           

                                           Преподаватель:……….. ………….(должность)

                                           Ф.И.О_________________________________

 

 

Москва 2018

 

УДК 504.54: 631.42

ББК 40.35:85-118-7

Б33

Яшин И.М.. Экология: рабочая тетрадь. Учебное пособие. М.: РГАУ-МСХА. 2018. - 58 с.

Рецензент – дбн, профессор В.Г. Мамонтов.

В рабочей тетради представлены сведения по общей экологии наземных экосистем. Структура и содержание рабочей тетради соответствует учебной программе 3-го поколения по дисциплине «Экология». Рассматриваются основные положения экологии: пищевые (трофические цепи), компоненты экосистемы, консорции, синузии и экотоны. Обсуждаются вопросы, связанные с воздействием продуктов антропогенеза на компоненты ландшафтов - почвы, атмосферный воздух, биоту и природные воды. Кратко характеризуется контроль за использованием природных ресурсов и внедрением природоохранных и ресурсосберегающих технологий. Акцентируется внимание бакалавров на применении экологических методов картографирования при оценке антропогенеза, выявлении экологических рисков и антропогенных нагрузок на почвы, воды и атмосферу. Приводится расчет миграционных параметров экотоксикантов (и их нормирование). Обсуждается трансформация загрязнителей на барьерах миграции, а также включение в биогенный и абиотический потоки миграции. Эти положения рассматриваются на примере конкретных практических и лабораторных работ по одному из административных районов Московской области. Каждый раздел рабочей тетради сопровождается вопросами для самоконтроля и повторения. После 4-й главы в рабочей тетради приводится библиография, глоссарий, а также теоретические положения курса «Экология», изложенный в пятой главе.

Подчеркивается, бакалавры-технологи должны хорошо владеть комплексом методов экологических исследований, уметь провести самостоятельно почвенно-экологическое картирование и выявить в экосистемах и ландшафтах экологические риски и лимитирующие экологические факторы. Уметь прогнозировать развитие экологической ситуации и оценивать масштабы миграции некоторых экотоксикантов в почвах и экосистемах. Навыки по экологическому картированию весьма полезные и востребованы на производстве, например, при оценке химического загрязнения почв агроландшафтов.

  

Для бакалавров технологического и экологического профилей, а также для аспирантов, преподавателей, научных сотрудников, работников природоохранных учреждений.

Перепечатка и любое использование материалов данного учебного пособия проводится только с согласия автора.

 

На обложке:студенты кафедры экологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева во время выездной учебной практики. Они изучают аграрные экосистемы ОАО «учхоз Дружба» Ярославской области. Учебная практика проходит  по дисциплине «Экология и охрана почв». Бригады студентов исследуют экологическое состояние почв Ополья и сукцессии растительности с профессором И.М. Яшиным (фото Д.А. Постникова, 2010).

 

                                                             © Яшин И.М., 2018

ISBN                                                               © Яшин И.М., 2018    

                                                                   © РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, 20168       

 

ОГЛАВЛЕНИЕ                                                                          

                                                                                                                   

Введение…………………………………………………………………………5

Глава 1. Основы общей экологии;  экосистемы и  биогеоценозы………….8

1.1. Компоненты наземной экосистемы……………………………….8

1.2. Демонстрационно-практическая работа № 1 ……………………9

       1.2.1. Использование топографических карт при

почвенно-экологическом картографировании………10

       1.2.2. Задания к главе 1……………………………………………….11

                 

Глава 2. Методология изучения экосистем и ландшафтов…………………17

2.1. Полевые методы изучения экосистем…………………………..17

2.2. Лабораторные методы оценки качества и состояния экосистем

         2.3. Нормирование поллютантов в воздухе, почвах, поверхностных   природных водах, кормах и продуктах питания…………………………….17

          3. Задания к главе 2……………………………………………………17

Глава 3.Биогеохимическое нормирование загрязнителей …………………20

        3.1.Биогеохимические параметры нормирования (индекс суммарного загрязнения компонентов агроэкосистем, коэффициенты мобилизации k_моб , миграции k_миг)…………………………………………………………………..20

       3.2. Задания к главе 3………………………………………………….20

Глава 4. Экологическая оценка  компонентов ландшафтов Подмосковья…27

       4.1. Состояние атмосферного воздуха и почв…

       4.2. Состояние поверхностных природных вод и свалок…

       4.3. Состояние здоровья населения (по административным районам)

 

Глава 5. Теоретическая часть курса «Экология»…………………………...29

5.1. Компоненты наземных экосистем…………………………………………29

5.2. Вопросы для повторения к главе 5………………………………………...30

5.3. Методология изучения экосистем и ландшафтов………………………...41

5.3.1. Полевые методы экологических исследований………………………..41

5.3.2. Демонстрационная практическая работа № 1…………………………..43

5.4. Лабораторные методы оценки качества и загрязнения экосистем…….47

5.5.Демонстрационная лабораторно-практическая работа 2………………...47

5.6.  Вопросы для повторения…………………………………………………..50

 

Библиография……………………………………………………………………53

 

Словарь терминов………………………………………………………………..54

 

ВВЕДЕНИЕ

 

   Учебное пособие в форме Рабочей тетради по курсу «Общая экология» разработал профессор кафедры экологии РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева И.М. Яшин. Данное учебное пособие подготовлено для студентов, обучающихся по направлению технология производства пищевых продуктов «ТТП» в соответствии с учебной программой дисциплины. Рабочая тетрадь заполняется студентами на семинарах, а также при работе вне аудитории – в библиотеке, например. Основные разделы проверяются преподавателем, а студенты аттестуются соответствующим количеством баллов. Рабочая тетрадь поможет студентам на практических занятиях глубже осмыслить теоретический учебный материал. Наряду с выполнением базовых заданий студенты учатся правильно оформлять результаты экологических опытов, анализировать опытные данные и систематизировать экологическую информацию, в частности, экологические риски в аграрных экосистемах Подмосковья.

 

Общие положения дисциплины «Экология»

 

Экология с давних пор привлекает внимание специалистов. Еще Александр Гумбольдт в своих лекциях («Kosmos Vorlesungen», 1827), прочитанных в Королевском университете в Берлине, отмечал значение и особенности экологии в жизни людей. Основоположник научного почвоведения В.В. Докучаев исследовал почвы с экологических позиций: почвы являются незаменимым компонентом и продуктом конкретных ландшафтов. Например, чернозем формируется в лесостепной и степной биоклиматических зонах земного шара. Подзолистые почвы – продукты функционирования таежных экосистем.

В.В. Докучаев  первый предложил изучать почву  как производную от пяти факторов почвообразования – климата, растительности (биоты), рельефа, почвообразующих пород и возраста ландшафта. Будучи профессиональным геологом, В.В. Докучаев отчетливо представлял значение рельефа, горных пород и ландшафта в формировании и развитии (эволюции) почв. В этой связи выглядит вполне логично, что именно В.В. Докучаев первый обосновал закон географической зональности  почв на Земле (см. его книгу «К учению о зонах природы», 1899). В этой работе он, например, указал, что «…агрономия должна быть зональной».

Термин «Экология» происходит от греческого oikos – дом + logos – учение (наука). Это базовая биологическая дисциплина, освещающая организацию и функционирование экосистем различных уровней организации веществ: популяций, сообществ, биогеоценозов, урочищ, ландшафтов и биосферы. Нередко экологию рассматривают как науку о взаимосвязях биоты с абиотическими компонентами ландшафта, а также и между группами организмов – это уже иное направление - аутэкология. Современная экология большое внимание уделяет оценке взаимодействия человеческой популяции (и продуктов техногенеза) с компонентами биосферы. В этой связи уместно напомнить работы В.И. Вернадского (1922-1924) о ноосфере (новом состоянии биосферы - сфере разума), озвученные им на лекциях в Сорбонском университете в Париже, когда он эмигрировал во Францию в период гражданской войны в России. Учение о ноосфере помогло укрепить экологическую парадигму в естествознании. Учение о биосфере В.И. Вернадского, еще не получившее полного научного обоснования, развивается в тесном контакте с биогеохимией.

Напомним, что курс «Экология» подразделяется на общую, о которой выше уже было кратко сказано и частную экологию, специализирующуюся на изучении отдельных групп биоты и компонентов ландшафтов: экология почв, экология растений, экология почвенных животных, экология микроорганизмов, экология птиц, экология человека, экология бактерий, экология аграрных экосистем, медицинская экология, а также геоэкология, военная экология, промышленная экология, морская экология и т.д. Основной объект исследований в общей экологии – экосистема, а в частной компоненты экосистемы. Например, экосистемы Земли подразделяются на наземные и водные. Водные экосистемы могут быть морскими и пресноводными. Среди пресноводных исследуются озера, реки, водохранилища, пруды. Особое место отводится изучению искусственно созданных ландшафтов – аграрных экосистем. Специалисты здесь применяют химические средства защиты растений, органические и минеральные удобрения, а также химические мелиоранты; почвы обрабатывают сельскохозяйственными машинами. Поэтому вновь созданные агроэкосистемы испытывают мощную химическую и физическую нагрузку (тяжелые тракторы и машины), усиливающуюся со временем. Химически активные вещества и  элементы включаются в трофические цепи, загрязняя корма, продукты питания и природные воды.  В этой связи актуальным является исследование  загрязнителей – каковы их источники, состав, свойства и формы миграции, трансформации и аккумуляции в почвах и ландшафтах, а также методология их нормирования. Кратко остановимся на этом вопросе.

Решение проблемы, связанной с экологическим нормированием ксенобиотиков, определяется целым рядом факторов. Во-первых, необходима оценка источников загрязнения (их масштаб выпадений, химический состав и свойства, а также распределение по элементам ландшафта). Во-вторых, следует знать химические свойства целого ряда экотоксикантов – ионов тяжелых металлов, радионуклидов, полиароматических углеводородов, диоксинов, микотоксинов, нитратов и нитрозаминов, синтетических поверхностно-активных веществ, углеводородов в составе нефти и т.д., а также их пороговые концентрации, методы диагностики и поведение в различных биогеоценозах. В-третьих, важно определить современное экологическое состояние компонентов ландшафтов и на этой основе разрабатывать и совершенствовать существующие нормативы оценки загрязнения экосистем. В-четвертых, поскольку здоровье человеческой популяции тесно связано с особенностями (и биогеохимическим качеством) ландшафтов, экологическое нормирование распространяется и на адаптационные возможности людей в условиях интенсивного промышленного антропогенеза. При этом проводится также оценка устойчивости и биоразнообразия экосистем.

 

 Существующая парадигма «контроль» ксенобиотиков обеспечивается следующей системой показателей: предельно допустимая концентрация (ПДК), предельно допустимый выброс (ПДВ), остаточно-допустимая концентрация (ОДК) и ряд других. Важно отметить, что такой подход не учитывает региональные особенности ландшафтов и почв. Последнее можно установить с помощью парадигмы «предупреждение», основанной на оценке биогеохимических потоков загрязнителей. Нормативы здесь иные, не статичные, а вытекающие из специфики функционирования биоты (и популяции человека) в определенных нативных и антропогенно-модифицированных ландшафтах, например агроэкосистемах.

В Рабочей тетради по курсу «Общая экология» студенты самостоятельно выполняют практические работы и задания преподавателя, решают тематические и ситуационные задачи. В конце семестра Рабочая тетрадь должна быть аккуратно и правильно оформлена, подписана преподавателем (по разделам курса). Сокращения в тексте не допускаются.

  

 

____________

Глава 1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

(экосистемы и биогеоценозы)