Учебная программа биогеоценология

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.