4714

2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

В.И. Лисицын, Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова

БИОГЕОФИЗИКА ЛЕСА

Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура

ВОРОНЕЖ 2016

3

УДК 574.24

Ф50

Лисицын В. И. Биогеофизика леса [Электронный ресурс] : Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура / В.И. Лисицын, Н.Ю. Евсикова, Н.С. Камалова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – 22 с. – ЭБС ВГЛТУ.

В методических указаниях приводятся содержание разделов изучаемой дисциплины, учебно-методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов по всем видам работ, предусмотренных учебными планами направлений, образцы оформления решения задач и отчета по лабораторной работе.

Методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

Табл. 2. Ил. 6. Библиогр.: 6 наим.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ».

Рецензент: доктор физ.-мат. наук, профессор кафедры математического и прикладного анализа факультета прикладной математики, информатики и механики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» Тимошенко Ю.К.

Ответственный редактор Лисицын В.И.

Коллектив авторов, 2016

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», 2016

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Биогеофизика леса» изучает фундаментальные законы, лежащие в основе функционирования сложных экосистем, в частности закономерности роста древостоев в условиях действия различных антропогенных факторов. Поэтому освоение этой дисциплины необходимо широкому кругу профессионалов технического и лесного профиля.

Одной из форм обучения студента является самостоятельная работа над учебным материалом, которая состоит из следующих этапов:

1)проработка лекций;

2)выполнение индивидуальных и расчетных заданий;

3)самостоятельная подготовка доклада на студенческую конференцию;

4)подготовка к коллоквиумам и зачету.

Основная цель данных методических указаний – помочь студентам орга-

низовать и проконтролировать самостоятельное углубленное изучение этой дисциплины для формирования профессиональных навыков самостоятельной деятельности по разработке, внедрению, контролю, оценке и корректировке применения современных, в том числе и инновационных, технологий.

Методические указания предназначены для студентов по направлениям подготовки: 35.04.01 – Лесное дело, 35.04.09 – Ландшафтная архитектура. Они могут быть использованы при самоподготовке студентами всех направлений подготовки и форм обучения, а также при дистанционном обучении.

6

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины «Биогеофизика леса» является формирование у студентов знаний и умений по проведению анализа и синтеза различных природных систем, их взаимодействия между собой, в частности растительного покрова Земли с физическими факторами внешней среды, обмене и превращения разных видов энергии, массообмене между средой и экосистемами.

В основу курса положен принцип экспериментального и теоретического моделирования физических процессов в экологических системах.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

–изучение законов окружающего мира в их взаимосвязи;

–формирование у магистрантов представления о физических принципах взаимодействия растительного покрова Земли с окружающей средой;

–овладение фундаментальными принципами и методами решения научнотехнических задач;

–формирование навыков по применению положений биофизики и к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми магистранту придется сталкиваться при создании или использовании новой техники и новых технологий;

–освоение основных биогеофизических теорий, позволяющих описать явления в природе, и пределов применимости этих теорий для решения современных и перспективных профессиональных задач;

–формирование у студентов основ естественнонаучной картины мира.

Врезультате освоения дисциплины магистрант должен:

знать:

–основные биофизические явления и основные законы физики; границы их применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;

–физические механизмы и принципы их функционирования в биосфере, особенности описания их в экосистемах;

уметь:

–объяснить основные наблюдаемые природные и техногенные явления и эффекты с позиций фундаментальных физических взаимодействий;

–указать, какие законы описывают данное явление или эффект;

–оценивать экологические последствия нарушения энергетического баланса и массобмена в природе;

–использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем;

владеть следующими навыками:

7

–использования основных общефизических законов и принципов в важнейших практических приложениях;

–применения основных методов физико-математического анализа для решения естественнонаучных задач;

–обработки и интерпретирования результатов эксперимента.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Экосистемы: понятия и определения.

Раздел 1. Роль физических факторов среды в энерго-массообмене

Общие представления об энергетическом балансе экосистем.

Основные физические закономерности, используемые в биогеофизике леса. Потоки солнечной энергии у поверхности Земли. Утилизация солнечной энергии биосферой.

Раздел 2. Тепловой обмен организмов с окружающей средой

Модели фотосинтеза на уровне листа, дерева, лесной экосистемы. Потоки энергии на трофических уровнях. Биомасса, потребление и про-

дукция в биосфере. Доля биосферного потока, используемого человечеством. Роль леса в энергетики биосферы.

Кругооборот воды в биосфере. Транспирация. Роль лесных ценозов в кругообороте воды в биосфере. Связь энергетического и водного баланса суши.

Кругооборот углерода и кислорода в биосфере. Устойчивость биосферы, как условие сохранения окружающей человека среды.

Раздел 3. Энерго и массообмен в лесных экосистемах

Эколого физиологические модели динамики роста древостоев.

Газообмен между экосистемой и атмосферой. Поглощение света кроной деревьев. Листовой индекс. Движение воды в ксилеме и флоэме растений. Механизмы движения воды по ксилеме.

Общие биофизические и геофизические свойства растительного покрова. Энергетика отношений леса и внешней среды. Общая математическая модель энергетики растительного покрова. Математическая модель энергетики нестационарного растительного покрова. Нестационарные хвойные насаждения с максимальным поглощением световой энергии. Нестационарные лиственные насаждения с максимальным поглощением световой энергии. Отношение хвойных и лиственных пород в смешанном насаждении с энергетической точки зрения. Методика прогностического расчета биомассы одновозрастного насаждения. Биомасса лесных насаждений в условиях хозяйственной эксплуатации. Биофизическая теория самоизреживания леса. Биогеофизическая модель Кор-

8

зухина для однопородного одновозрастного древостоя. Модели динамики роста многопородного древостоя.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

Методические указания студентам по организации самостоятельной работы в соответствии с рабочей программой дисциплины включают в себя:

методические рекомендации по работе над конспектом лекций;

методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям;

методические рекомендации по выполнению индивидуальных заданий;

методические рекомендации по изучению рекомендованной литературы;

методические рекомендации по подготовке рефератов;

методические рекомендации по подготовке к зачету.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД КОНСПЕКТОМ ЛЕКЦИЙ

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. При этом надо обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации, выделять важные моменты, усваивать положительный опыт в ораторском искусстве.

Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых следует делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений, а также отмечать вопросы, вызвавшие затруднение, с целью дальнейшего их разрешения. В ходе лекции рекомендуется задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций.

Необходимо систематически прорабатывать лекционный материал в течение семестра, для этого надо изучать основную литературу, знакомиться с дополнительной литературой, при этом учитывать рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Следует дорабатывать свой конспект лекций, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой.

Внимательная работа над лекционным конспектом поможет давать правильные ответы на вопросы текущего контроля, фронтальные опросы в конце лекций.

9

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ СТУДЕНТАМ ПО ПОДГОТОВКЕ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

Важной составной частью изучения дисциплины «Биогеофизика леса» являются практические занятия, в ходе которых теоретический материал, изученный на лекциях закрепляется путем решения расчетных и качественных задач различного уровня сложности, в том числе задач, рассматривающих различные модели динамики роста древостоев.

Подготовка к практическому занятию делится два этапа:

1)организационный;

2)закрепление и углубление теоретических знаний.

На первом этапе студент планирует свою самостоятельную работу, которая включает:

1)уяснение задания на самостоятельную работу;

2)подбор рекомендованной литературы;

3)составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в ра-

боте.

Задача практических занятий по «Биогеофизике леса» заключается в:

овладении фундаментальными принципами и методами решения научных задач;

формировании навыков по применению положений фундаментальной физики к грамотному научному анализу ситуаций, с которыми магиструпридется сталкиваться при планировании будущей работы;

освоении основных физических положений, позволяющих характеризовать процессы в экосистемах, уяснении пределов применимости предлагаемых моделей для решения современных и перспективных профессиональных задач.

В результате этих занятий студент должен сформировать практические навыки:

– записи условия задачи, в котором выделяются известные данные и конкретизируется вопрос (в процессе конкретизации определяется характеристика процесса, значение которой необходимо найти);

– обоснования выбора пути решения, в котором приводится основная фундаментальная закономерность, позволяющая найти решение задачи;

– получения по заданной математической модели численных результатов, анализа полученных данных, сравнения этих данных с соответствующими экспериментальными значениями;

10

– формулировки ответа на вопрос, поставленный в задаче.

Для формирования перечисленных навыков студент должен самостоятельно разобрать примеры разных моделей динамики роста древостоев, приводимые в пособии (для заочной формы обучения) или в конспекте практического занятия, и самостоятельно выбрать наиболее подходящую модель для конкретных условий произрастания. При необходимости следует обращаться за консультацией к преподавателю.

Впроцессе подготовки к практическим занятиям рекомендуется обсуждение материала с другими студентами, во время которого закрепляются знания, а также приобретается практика изложения и обсуждения полученных знаний, развиваются коммуникативные навыки.

Входе практических занятий по биогеофизике студенты знакомятся с алгоритмом и типовыми приемами моделирования. Полученные знания закрепляются путем выполнения индивидуальных заданий по теме практического занятия. Темы практических занятий приведены в таблице 1.

Темы практических занятий по дисциплине «Биогеофизика леса»