03.02.08 Экология - Факультет подготовки кадров высшей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Мурманский государственный технический университет»
«УТВЕРЖДАЮ»
Проректор по научной работе
ФГБОУ ВПО МГТУ, профессор,
д-р. хим. наук
Деркач С.Р.
____________________________
«_____»________________ 2011 г
ПРОГРАММА-МИНИМУМ
кандидатского экзамена по специальности
03.02.08 «Экология»
по биологическим наукам
Мурманск
2011
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 03.02.08 «Экология»
составлена на основе паспорта научной специальности с учетом особенностей
сложившейся научной школы
2. Рассмотрена и одобрена на заседании кафедры-разработчика Биоэкологии
«____»______________ 2011 г. протокол № _____
3. Разработчик
Профессор
должность
биоэкологии , д-р.биол.н.
кафедра
Н.Г. Журавлева
подпись
Ф.И.О.
4. Заведующий кафедрой – разработчиком
дата
Н.Г. Журавлева
подпись
5. Рассмотрена и одобрена на заседании
__________________ протокол № __________
Ф.И.О.
Совета
Биологического
факультета,
Председатель Совета Биологического факультета, декан, к.б.н.
дата
подпись
Приймак П. Г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Структура и содержание дисциплины ”Экология” построены так, чтобы
обучаемый, прошедший полный курс подготовки, мог в достаточной степени овладеть
теоретическим материалом по основным разделам дисциплины: взаимодействие
организмов и среды; факторы среды; сообщества организмов, экосистемы и их состав,
разнообразие, динамика, пищевые сети и цепи, взаимодействие биологических видов;
структура, эволюция и условия устойчивости биосферы; антропогенные воздействия и
экологический прогноз; методы анализа и моделирования экологических процессов;
экологические принципы природопользования и охрана природы. Должны изучить и
освоить биологические критерии и показатели для оценки состояния популяций,
сообществ, природных и природно-антропогенных экосистем; законы общей экологии,
экологические правила и принципы при решении задач охраны окружающей среды,
анализе различных видов хозяйственной деятельности.
В результате освоения программы дисциплины аспирант должен иметь
представление о сущности процессов, протекающих в биосфере, месте в ней человека, о
проблемах, связанных с взаимодействием общества и природы в эпоху развития
технической цивилизации.
Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины “Экология" является подготовка аспирантов в соответствии с
паспортом и учебным планом научной специальности 03.02.08 «Экология».
Задача дисциплины – дать необходимые знания по вопросам взаимодействия
организма и среды; экологическим факторам среды; структуре и свойствам сообществ
организмов; об экосистемах и их составе, разнообразии, динамике, пищевым сетям и
цепям, взаимодействии биологических видов; структуре, эволюции и условиях
устойчивости биосферы; об антропогенных воздействиях и экологическом прогнозе; о
методах анализа и моделирования экологических процессов; об экологических принципах
природопользования и охраны природы.
Аспирант специальности 03.02.08 «Экология» должен:
Знать
- учение В.И. Вернадского о биосфере;
- о средообразующей роли живого вещества;
- о влиянии факторов среды на организм;
- основы популяционной экологии;
- основы экологии сообществ;
- выяснить причины возникновения экологических проблем;
- изучить биогеохимические циклы в биосфере;
- изучить закономерности воздействия факторов среды на организм.
ПРОГРАММА-МИНИМУМ
кандидатского экзамена по специальности
03.02.08 «Экология»
по биологическим наукам
Введение
Настоящая программа включает современные представления о структуре и
функционировании живых систем (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и
времени в естественных и измененных человеком условиях. Предмет экологии:
совокупность живых организмов (включая человека), образующих на видовом уровне
популяции, на межпопуляционном уровне – сообщество (биоценоз), и в единстве со
средой обитания – экосистему (биогеоценоз).
Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии по
биологическим наукам.
Область исследования:
1. Факториальная экология – исследование влияния абиотических факторов на живые
организмы в природных и лабораторных условиях с целью установления пределов
толерантности и оценки устойчивости организмов к внешним воздействиям.
2. Популяционная экология – изучение закономерностей, управляющих динамикой
численности популяций, их пространственной и демографической структурой.
Установление механизмов, лежащих в основе регуляции численности видов и
обеспечивающих устойчивость популяции в изменяющихся биотических и
абиотических условиях.
3. Экология сообществ – изучение разнообразных типов межпопуляционных
отношений (конкуренция, мутуализм, паразитизм и т.п.), обеспечивающие
образование сообществ, как систем с относительно стабильным видовым составом.
Одна из основных задач в этой области - выяснение конкретных механизмов,
ответственных, с одной стороны, за поддержание динамического равновесия в
сообществе, а с другой стороны, обуславливающих закономерные изменения
сообществ в ходе сукцессий. Исследование временных и пространственных
аспектов сукцессий.
4. Системная экология – изучение взаимодействия сообществ с абиотической средой
обитания и закономерности превращений вещества и энергии в процессах
биотического круговорота. В задачи системной экологии входят также: типизация
экосистем и оценка биологической продуктивности основных трофических
уровней в экосистемах разных типов.
5. Прикладная экология – разработка принципов и практических мер, направленных
на охрану живой природы как на видовом, так и экосистемном уровне; разработка
принципов создания искусственных экосистем (агроэкосистемы, объекты
аквакультуры и т.п) и управления их функционированием. Исследование влияния
антропогенных факторов на экосистемы различных уровней с целью разработки
экологически обоснованных норм воздействия хозяйственной деятельности
человека на живую природу.
6. Экология человека – изучение общих законов взаимодействия человека и
биосферы, исследование влияния условий среды обитания на людей (на уровне
индивидуума и популяции). Разработка принципов и механизмов, обеспечивающих
устойчивое развитие человеческого общества при сохранении биоразнообразия и
стабильного состояния природной среды.
ТЕМА 1. Жизнь как особая форма существования материи
Историческое развитие понятий о сущности жизни. Происхождение жизни и
особенности живой материи. Определения жизни. Отличие живого от неживого. Развитие
взглядов о происхождении жизни на Земле. Идеалистический и материалистический
подход.
Живое как открытая система. Основные особенности живых систем:
саморегуляция, самовоспроизведение, устойчивость (гомеостазис). Уровни организации
живой материи: молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой,
биосферный; элементарные единицы, процессы и механизмы регуляции каждого уровня.
Непрерывность существования жизни.
ТЕМА 2. Биосфера как глобальная экосистема
Под биосферой понимается все пространство (оболочки Земли), где существует
или когда-либо существовала жизнь. В.И. Вернадский не только сконкретизировал и
очертил границы жизни в биосфере, он раскрыл роль живых организмов в процессах
планетарного масштаба. Показал, что в природе нет более жизненной силы, чем живые
организмы и продукты их жизнедеятельности. Учение В.И. Вернадского о биосфере
произвело поворот во взглядах на глобальные природные явления, их эволюцию.
Положение о современной биосфере и палеобиосферах, или былых биосферах. Живое
вещество, его свойства и функции в биосфере. Принцип Ле-Шателье –Брауна.
Бессмертность биосферы с энергетической точки зрения. Эволюция биосферы.
Учение о ноосфере. Природные ресурсы биосферы. Классификация ресурсов по
признакам исчерпаемости и видам хозяйственного использования. Человек в биосфере.
Человек как биологический вид, среда обитания человека. Популяционные
характеристики. Демографический взрыв и особенности роста народонаселения развитых
и развивающихся стран. Экономическое неравенство в мире – как причина многих
экологических катастроф. Техногенная цивилизация и биосфера. Особенности действия
антропогенных факторов на биоту и окружающую среду. Особенности современного
экологического кризиса и глобальные проблемы человечества.
ТЕМА 3. Основы общей экологии
3.1. Организм и среда.
Экология как часть биологии. Связи организмов в экосистемах. Функциональные
группы организмов в биосфере (продуценты, консументы, редуценты). Источники
энергии растительных и животных организмов.
Типы размножения организмов. Онтогенез, метаморфоз, жизненные циклы в
онтогенезе.
Адаптация. Виды адаптаций: анатомо-морфологические, физиологические,
биохимические, поведенческие; типы адаптаций: фенотипическая и генотипическая
адаптации. Норма реакции. Преадаптация.
3.2. Экологические факторы.
Экологические факторы, классификация. Ограничивающий фактор, экологический
оптимум, экстремум. Сигнальная роль факторов.
Понятие среды обитания. Основные среды обитания: водная, наземно-воздушная,
почвенная, живой организм иного вида. Биологические особенности паразитов как
адаптация. Сходство адаптивных особенностей организмов разных систематических
групп как результат приспособления к сходным условиям существования. Экологические
группы, экологические типы, жизненные формы и их классификация. Влияние организма
на среду обитания. Связи организмов в экосистемах.
Экологические факторы и их действие. Абиотические факторы: основные, ведущие
и второстепенные. Совокупное действие экологических факторов. Биотические факторы.
Формы биотических взаимоотношений. Ресурсы среды. Законы, определяющие
взаимодействие факторов среды на организмы. Общие закономерности воздействия
экологических факторов: влияние факторов на биологические системы разного уровня,
важность установления предельно допустимых концентраций и относительность их
значений, многолетние наблюдения за состоянием экосистем и математические модели.
3.3. Среды жизни.
Водная, наземно-воздушная, почвенная среда обитания.
Водная среда. Типы водных экосистем. Физико-химические свойства воды.
Значение солености для водных обитателей. Концентрационная способность водных
организмов - на чем она основана. Растворенные в воде газы. Температурная
стратификация и термоклин.
Наземно-воздушная среда. Приспособления организмов к воздушной, наземной,
или наземно-воздушной среде. Природные факторы, постоянно действующие в этой
среде.
Почва как среда обитания. Определение почвы, состав и виды почв,
почвообразование. Почвенные генетические горизонты и минерализация органического
вещества в них. Роль организмов, населяющих почву, в круговороте веществ в природе.
Что составляет основу плодородия почвы. Значение кислотности почвы.
3.4. Экосистемный уровень жизни.
Экосистемы - основные звеньям биосферы. Организация (структура) экосистем:
блоковая модель экосистемы. Основные экосистемы Земли. Трофическая структура
экосистемы и круговорот вещества в ней. Взаимоотношения организмов (внутривидовые
и межвидовые), включая взаимоотношения организмов, занимающих разные ниши, но
связанных сложными взаимоотношениями. Экологическая ниша. Правило конкурентного
исключения Г.Ф. Гаузе. Жизненные формы организмов. Продуктивность и биомасса
экосистем: общие определения, экологические параметры продуктивности, пирамиды
чисел. Динамика и развитие экосистем. Сукцессии. Стабильность и устойчивость
экосистем. Естественные и искусственные экосистемы, механизмы их устойчивости.
Энергетика экосистем.
3.5. Преобразование энергии в системах.
Энергия – источник жизни, основа и средство управление всеми природными и
общественными системами. Законы термодинамики в экологии. Действие законов
термодинамики при фотосинтезе и функционировании естественных и искусственных
экосистем. Преобразование энергии в живой материи. Законы, отражающие потоки
энергии в экосистемах. Принцип Ле-Шателье-Брауна и пределы допустимых энергозатрат
при эксплуатации природных и искусственных экосистем.
ТЕМА 4. Глобальные проблемы экологии
Загрязнение биосферы. Нарушение среды обитания. Загрязнение окружающей
среды: определение, классификация и масштабы воздействия. Источники загрязнения
биосферы.
Антропогенный круговорот веществ (ресурсный цикл). Воздействие загрязнения на
геосферы: атмосферу, литосферу и гидросферу. Воздействие на биотические сообщества:
растительный и животный мир.
Снижение биоразнообразия. Особые виды воздействия на биосферу: шумовое
воздействие, загрязнение отходами производства, биологическое загрязнение.
Экстремальные воздействия на биосферу, связанные с деятельностью человека и
стихийными бедствиями. Процесс урбанизации. Экология города. Энергопотребление в
биосфере. Рост энергопотребления и уровень жизни населения планеты.
ТЕМА 5. Принципы охраны окружающей среды
Современные проблемы охраны окружающей среды и рациональное
природопользование.
Защита окружающей среды от антропогенных воздействий. Экологический кризис
и экологическая катастрофа. Зоны экологического неблагополучия и экологического
бедствия. Оценка качества окружающей среды. Нормирование экологических нагрузок.
Пути решения проблемы обращения с отходами производства и потребления. Плата за
размещение отходов.
Правовое регулирование экологопользования. Экологическое законодательство
России. Международное экологическое право. Объекты и субъекты экологического права.
Право собственности на природные ресурсы и право природопользования. Понятие
экологически значимой информации.
Юридическая ответственность за экологические правонарушения. Особенности
правового режима экологически неблагополучных территорий. Особо охраняемые
территории и природные объекты. Экономические аспекты природопользования.
Инструменты экологического управления. Регламентация воздействия на биосферу.
Основные нормативы допустимых уровней воздействий, производственно-хозяйственные
нормативы (выбросы, сбросы и другие антропогенные нагрузки). Пути и методы
сохранения целостности биосферы. Оценка воздействия на окружающую среду.
ТЕМА 6. Экологическая перспектива развития человечества
Причина кризиса - противоречия во взаимоотношениях общества и природы.
Эволюция биосферы в условиях антропогенного пресса. Понятие "устойчивого развития",
данное МКОРС (1987). Теоретические основания устойчивого развития систем. Пути
поддержания экологической безопасности человечества. Изменение мировоззренческой
стратегии человечества. Ноосферное мировоззрение - альтернатива потребительскому
антропоцентризму.
ТЕМА 7. Биомониторинг и биоиндикация
Дайте определение наблюдениям природных сред, называемых "мониторингом".
Назовите цель, состав, роль этих наблюдений в системе оценки окружающей среды.
Перечислите приоритетные направления мониторинга окружающей среды. На чем
основывается определение приоритетности?
Система мониторинга в России. Приведите схему Единой государственной
системы экологического мониторинга в России.
Виды мониторинга. Организации и ведомства, осуществляющие контроль за
наблюдениями. Приведите схему контроля и управления качеством воздушного бассейна
на локальном уровне.
Из каких типов состоит система глобального атмосферного фонового
мониторинга? Методы и организация комплексных экологических исследований. На чем
основан экосистемный подход в мониторинговых наблюдениях?.
Расскажите об успехах ХХ века в изучении природных (естественных) и природнотехнических (антропогенных) систем. С чем мы пришли в ХХ1 век?
Аэрокосмический мониторинг. Технологическая схема аэрокосмического
мониторинга.
На чем основана компьютерная технология обработки и анализа материалов
дистанционных съемок?. Основные показатели и критерии оценки состояния окружающей
среды. Растительные, зоологические и почвенные индикаторы зон экологической нормы,
риска, кризиса и бедствия.
Литература
Основная
1.
Агаджанян Н.А., Гичев 10.11., Торшин В.И. Экология человека. Избр.
лекции. М. Новосибирск, 1997. 355 с.
2.
Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль. 1967.
3.
Гиляров А.М. Популяционная экология. М.: МГУ. 1990.
4.
Коган Л.Б. Экологическая физиология человека. Ростов-на-Дону: изд-во
Ростов, ун-та, 1990. 264с.
5.
Мовчан В.Н. Введение в экологию человека. СПб., 1997. 120 с
6.
Одум Ю. Экология, т.т. 1-2. М.: Мир. 1986.
7.
Прохоров Б.Б. Экология человека: Понятийно-терминологиче-ский словарь.
М.: изд-во МНЭПУ, 1999. 348 с.
8.
Воронков Р.А. Основы общей экологии. - М.: Агар, 1997.
9.
Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды. М.: Аспект Пресс, 1995. - 143с.
10. Шилов И.А. Экология. - М.: Высшая школа, 1997. - 512с
11. Перлюк М.Ф. Защита гидросферы от промышленных загрязнений. Учебн.
пособ. - Мурманск: МГАРФ, 1996. -56с.
12. Петров К.М. Общая экология. СПб: Химия. 1997.
13. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда:
Учебник для вузов.-М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.
14. Константинов
В.М.,
Челидзе
Ю.Б.
Экологические
основы
природопользования.-М.: Издат.центр «Академия»; Мастерство, 2001
Дополнительная
1.
Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М.:Химия, 1984.
2.
Перлюк М.Ф. Экологическая оценка состояния природной среды. Мурманск: МГАРФ, 1994.
3.
Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль. 1990.
4.
Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в
России. - М.: Финансы и статистика. 1995.
5.
Сукачев В.Н. Основы лесной биогеоценологии. М.: Наука. 1964.
6.
Келлер Л.Л., Кувакин В.И. Медицинская экология. СПб., 1998. 256 с.
Вопросы к вступительному экзамену по специальности «Экология»
№1
1.
Основы фундаментальной экологии. История развития экологии как науки,
ее основоположники.
2.
Основные понятия концепции устойчивого развития и их экологоэкономическая трактовка.
3.
Основные направления международной деятельности России в обеспечении
экологической безопасности Баренцрегиона.
№2
1.
Методы экологии, приоритеты и задачи. Как связаны экология и
эволюционное учение? Современная концепция экологии.
2. Экологическая демография. Демографический взрыв, его биологические,
ресурсные и социально-экономические аспекты.
3. Приведите примеры региональных экосистем различного ранга, генезиса.
№3
1. Экологический мониторинг. Задачи, направления, методы ведения, уровни
ответственности.
2.
Система ОВОС и практика ее реализации в России и зарубежных странах.
3.
Целевые экологические программы и их роль в обеспечении устойчивого
развития и рационального природопользования региона.
№4
1.
В чем особенности современных представлений об экологии? Чем
отличается биоцентрическое и антропоцентрическое мировоззрения в экологии?
2. Ресурсы биосферы и их классификация (по происхождению, видам
хозяйственного использования, признаку исчерпаемости). Правила использования
возобновимых и невозобновимых природных ресурсов.
3. Дайте характеристику состояния экосистемы Кольского залива.
№5
1.
Структура биосферы, свойства и функции живого вещества.
Биогеохимическая роль живого вещества.
2.
Экологические факторы цивилизации. НТП как фактор снижения нагрузки
на природу и сокращения загрязнения.
3.
Дайте оценку антропогенного воздействия на объекты окружающей среды
Кольского полуострова и его ассимиляционного потенциала.
№6
1. Взаимодействие общества и природы в исторической ретроспективе.
Антропогенез и эволюция человека. Какие существуют точки зрения на роль и место
человека в природе?
2. Современный экономический механизм государственного регулирования
природопользования и охраны окружающей среды.
3. Как влияют предприятия горнорудной промышленности на здоровье населения и
природные системы Мурманской области?
№7
1.
Биологические системы, иерархия уровней организации живой материи.
Какие системы изучает экология? Дать характеристику этих уровней.
2.
Глобальные экологические проблемы и процессы интернационализации
природопользования
3. Основные источники загрязнения городов Мурманской области.
№8
1. Современное состояние биосферы. Роль докладов «Римскому клубу» в
формировании концепции устойчивого развития.
2. Биотические и абиотические компоненты экосистемы. Зоны действия
экологических факторов. Лимитирующие факторы, в чем их значение? Какие факторы
следует учитывать в первую очередь при создании проектов управления экосистемами?
3. Охарактеризуйте виды особо охраняемых природных территорий Мурманской
области. Как в них решается проблема сохранения редких и исчезающих видов животных
и растений?
№9
1.
Экологическая экспертиза: принципы, этапы осуществления и место в
системе реализации экологических проектов.
2.
Понятие экологической ниши. Экологическое дублирование. Экологический
бумеранг.
3.
Проанализируйте
данные
о
санитарно-гигиеническом
состоянии
окружающей среды для населения Мурманской области.
№ 10
1.
Понятие популяции. Структура популяции (половая, возрастная,
пространственная, экологическая). Динамика численности популяции.
2.
Понятие «ноосфера» и его специфика. Количественное сравнение биосферы
и техносферы. Экосфера. Модель взаимодействий в экосфере: человек-экономика-биотасреда. Правила “мягкого” и ”жесткого” управления природой.
3.
Дайте оценку влияния вредных выбросов предприятий на лесные,
тундровые и озерные экосистемы Мурманской области.
№ 11
1.
Определение экосистемы. Чем отличаются понятия «экосистема» и
«биогеоценоз»? Виды, состав, функциональная структура и эволюция экосистем.
Упрощенная схема переноса вещества и энергии в экосистеме. Значение биоразнообразия
в экосистеме.
2. Основные законы экологии (закон внутреннего динамического равновесия,
минимума, оптимума, толерантности, лимитирующих факторов, Коммонера и др.).
3. Оцените эколого-ресурсный потенциал Мурманской области. Какие виды
кадастров можно составить для региона?
№ 12
1.
Учение В.И. Вернадского о биосфере и ее трансформации. Преобразующая
и средообразующая роль живого вещества.
2.
Пищевые сети и цепи. Изменение количества и качества энергии в пищевых
цепях и в биосфере. Правила одного и десяти процентов.
3.
Международное сотрудничество в использовании и охране трансграничных
водных объектов Мурманской области.
№ 13
1.
Общие свойства сложных систем. Экологическая система – главный объект
экологии. Иерархия материальных систем (физико-химическая, биологическая,
социальная, техническая).
2.
Классификация видов загрязнения и загрязнителей окружающей среды. Их
воздействие на человека и природные среды.
3.
Региональная
система
нормативно-правового
обеспечения
экологопользования.
№ 14
1.
Основные закономерности развития биосферы. Биологический и
биогеохимический круговорот вещества. Преобразование энергии в экосистемах.
Универсальное значение законов термодинамики в природе.
2.
Понятие и сущность экологических издержек производства. Порядок их
компенсации.
3.
Какие
экологические
проблемы
Мурманской
области
имеют
интернациональный характер?
1.
№ 15
Глобальные антропогенные факторы, угрожающие окружающей природной
среде.
2. Экологический кризис и экологическая катастрофа. В чем особенности и
основные черты современного экологического кризиса? Пути выхода из него. О
возможностях экологически сбалансированного развития. Смена парадигмы:
экологизация экономики.
2.
Как соотносятся величины экологической емкости среды в северных и
южных регионах?
№ 16
1.
Видовое разнообразие жизни. Его роль в устойчивости экосистем. Значение
процессов сукцессии в развитии экосистемы.
2.
Антропогенные влияния на тепловой баланс Земли. Возможные изменения
условий жизни при изменении теплового баланса. Экологическое и экономическое
значение парникового эффекта.
3.
Государственный экологический контроль за качеством окружающей среды
и использованием природных ресурсов Мурманской области.
№ 17
1.
Как организмы реагируют на изменения уровня экологических факторов?
Что такое экологическая адаптированность? толерантность? Общие принципы адаптаций
на уровне организма.
2.
Экологическое лицензирование. Виды лицензий, условия выдачи и отзыва.
3.
Изложите региональные особенности определения платежей за загрязнение
окружающей среды и размещение отходов.
№ 18
1.
Основы экологического права. Объекты и уровни охраны окружающей
природной среды.
2.
Экологическая регламентация хозяйственной деятельности: стандартизация,
сертификация, экомаркировка.
3.
Приведите примеры прямых природоохранных мероприятий в регионе.
№ 19
1.
Экологическая паспортизация предприятий и территорий, ее задачи,
экологическое и экономическое значение.
2.
Экологические кризисы в истории человечества. Результаты научнотехнической революции
3. Охарактеризуйте состояние проблемы управления отходами производства и
потребления в регионе
№ 20
1. Экологическое нормирование: объекты, принципы. Виды нормативов.
Предельно допустимая нагрузка на регион. Санитарные зоны городов, санитарнозащитные зоны предприятий.
2. Виды ущербов от антропогенного воздействия на окружающую среду.
Механизмы возмещения вреда от загрязнения природы.
3.
Как формируется комплексный показатель “Индекс загрязнения атмосферы
(ИЗА)”. Перечислите его составляющие в Мурманской области.