Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Брянская государственная инженерно-технологическая академия

Утверждены научно-методическим

советом БГИТА

___ ноября 2011г

Протокол № __

ЭКОЛОГИЯ

Методические указания к лабораторным занятиям для

студентов II курса ЛХФ направления подготовки бакалавров

250100 – Лесное дело

(Часть 2. Глобальная экология. Человечество и природа)

Брянск 2011

Методические указания к лабораторным занятиям для студентов II курса ЛХФ направления подготовки бакалавров 250100 – Лесное дело (Часть 2. Глобальная экология. Человечество и природа)./ Брянск, Гос. инж.-технол. акад. Сост.: В.П. Шелухо. – Брянск: БГИТА, 2011. - 28 с.

Составитель: Шелухо В.П. – доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры лесозащиты и охотоведения;

Рецензент: Нартов Д.И. - кандидат биологических наук, доцент кафедры лесоводства БГИТА

Сформулированы цели и задачи по каждой теме занятий, даны методические рекомендации и перечень вопросов для само­контроля. Указания (часть 2) предназначены для облегчения усвоения студентами 2 курса ЛХФ законов глобальной экологии и процессов воздействия разнообразной антропогенной деятельности на природные экосистемы с использованием игровых элементов.

На основе опыта преподавания учебной дисциплины приводятся тематика, теоретическое обоснование и методические рекомендации по проведению лабораторных занятий по экологии со студентами лесохозяйственного факультета, направленные на повышение эффективности образовательного процесса, способствующие формированию определенных компетенций бакалавров.

Для профессорско-преподавательского состава кафедры лесозащиты и охотоведения БГИТА, для студентов лесохозяйственного факультета.

Рекомендованы кафедрой лесозащиты и охотоведения, редакционно-издательской и учебно-методической комиссиями лесохозяйственного факультета БГИТА

Протокол № __от __ ноября 2011 г

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель лабораторных занятий - закрепление знаний по наиболее важным разделам курса, полученных на лекциях, их детализация, ознакомление с дополнительными сведениями из области экологических ос­нов лесопользования, техники защиты окружающей природной среды, необ­ходимыми инженеру лесного и садово-паркового хозяйства для проведения природоохранительных мероприятий.

Инженер-бакалавр лесного дела должен уметь выявлять экологические нарушения в лесной среде, определять причины их возникновения, уметь принимать квалифицированные решения по предупреждению и ликвида­ции таких нарушений. Инженер должен быть готов к проведению рекульти­вации нарушенных земель, рекреационному использованию лесных земель, выявлению природных объектов, нуждающихся в применении особых форм их охраны, к обоснованию и ограничению природопользования при превышении допустимых нагрузок на экологические системы.

На лабораторных занятиях студенты приобретают навыки исследовательской работы, контроля окружающей среды на базе знания и умения использовать современные приборы, оборудование и технологии. Студенты знакомятся с методами, технологией исследования степени воздействия антропогенных нагрузок на экосистемы.

Методические указания составлены в соответствии с ФГОС ВПО и рабочей программой курса «Экология» для подготовки бакалавров по направлению 250100 – Лесное дело. Указания по каждой теме занятий содержат целевые установки, последовательность выполнения ра­боты, краткое теоретическое обоснование, перечень необходимого оборудо­вания, материалов, формы документации, учебно-наглядных пособий, реко­мендуемой основной и вспомогательной литературы.

При составлении указаний к лабораторным занятиям №1, 2 использованы "Методические указания к лабораторным занятиям по эколо­гии и охране природы для студентов лесохозяйственного факультета" (Науменко, Мурахтанов, 1985).

Тема 1 леc как экологическая cистема (2 часа )

ЦЕЛЬ ЗАНЯТИЯ: закрепление знаний о структуре и процессах функционирования леса как экологической системы. Усвоить механизм круговорота веществ м трансформации энергии, экологическую струк­туру и трофические связи между организмами лесного биогеоценоза.

Вопросы, подлежащие изучению:

1. Изучение структуре биогеоценоза, типовых элементов его горизонтальной и вертикальной структуры, видовой структуры.

2. Усвоение прямых и косвенных взаимоотношений между растительными компонентами лесного БГЦ, оценка разнообразия этих взаимоотношений в биогеоценозах различных характеристик.

З. Усвоение экологической структуры БГЦ, проведение расчетов по установлению длины трофической цепи, возможности существования на определен­ной ступени консументов и их количества при соответствующей кормовой базе травоядных и заданном уровне пищевой потребности консументов.

4. Проведение расчетов но определению количества синтезируемого лесом' органического вещества, выделяемого кислорода, используемой энергии при обеспеченности процесса фотосинтеза ресурсами, количества выделя­емой энергии, СО₂, используемого кислорода при разложения определенного количества мертвого органического вещества,

Указания к выполнению заданий

1. Лес, как экосистема характеризуется с биогеоценотических позиций. «Биогеоценоз - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий, растительности, животного мира и мира микроорганизмов), имеющих свою, особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществ и энергия между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянно м движении и развитии» В.Н. Сукачев. Избр. труды, т.1, Л.,1971, с.329).

Биогеоценоз, как совокупность явлений, состоит из биоценоза и биотопа.

Биоценоз - сообщество растений, животных, микроорганизмов, населяющих конкретный биотоп.

Биотоп (Экотоп) - однородное по абиотическим факторам среды (атмосфере, горной породе, почве, гидрологии, климату) местообитание. Биоценоз и биотоп тесно взаимодействуют между собой и образуют достаточно устойчивую систему.

Лес, как экологическая система, характеризуется особенностями структуры, взаимоотношением с окружающей средой, процессов развития и смены, функционирования и продуктивности, обмена веществ и энергии с окружающей средой.

Структура БГЦ включает: консорции, парцеллы, синузии. Лесной фитоценоз делится на горизонты, пологи, слои, ярусы.

Консорция - совокупность разнородных организмов, тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена или яруса сообщества (например, консорция кедра, ели, березы).

Парцелла - структурная часть, включающая всю толщу биогеоценоза и, выделяемая по плотности населения отдельных видов растений и особенностям микросреды обитания (парцелла - редина, «окно»).

Синузия - пространственно и экологически обособленная часть, состо­ящая из растений одной или близких жизненных форм (деревья, кустарники, травы), связанных общими требованиями к среде обитания (например, синузия водорослей на стволах).

Горизонт – горизонтально обособленная и вертикально неделимая часть полога (верхний горизонт первого древесного яруса).

Полог - часть яруса растительности из морфологически однотипных образований (полог крон деревьев).

Слой - толща, образованная одной растительной формой (древесный слой, слой кустарников).

Ярус - часть слоя из морфологически сходных растений, занимающих горизонтальные экологические ниши (верхний древесный ярус).

Лесные биогеоценозы различных характеристик отличаются друг от друга особенностями своей вертикальной и горизонтальной структуры.

3адание. Сравнить одновозрастный сосняк с равномерным расположением деревьев и смешанный дубово-еловый с неравномерным расположением деревьев, с хорошо развитым подлеском и подростом, письменно указать различия структуры.

2. Компоненты фитоценоза, как и другие части биоценоза, находятся в прямых и косвенных взаимоотношениях. К прямым относятся, главным образом, топические и трофические: паразитические, симбиотические, физиологические, биохимические, биофизические, механические, эпифитные, сапрофитные.

К косвенным относятся: средообразующие, конкурентные.

В сложных густых лесонасаждениях на богатых почвах проявляется вся совокупность прямых и косвенных взаимоотношений, в других биоценозах часть отношений может отсутствовать.

Задание: Рассмотреть перечисленные выше формы взаимоотношений в фитоценозе, привести примеры.

3. Экологическая структура БГЦ отражает наличие трех групп организмов, связанных трофическими отношениями: продуцентов, консументов и редуцентов. По типу питания эти группы называются: автотрофы, гетеротрофы, деструкторы.

Простейшая трехзвенная пищевая цепь: трава – заяц - волк. Пище­вые цепи состоят из 4-5 звеньев. Каждое звено отдельной цепи может входить в другие пищевые цепи, тогда говорят о пищевых (трофи­ческих) сетях.

Установлено, что только около 10% биомассы. потребленной живот­ным, используется для создания их собственной биомассы, а остальная часть тратится на движение, размножение, поддержание постоянной тем­пературы тела, теряется с отходами организма и т.д.

Процесс передачи вещества (пищи) и энергии с ней связанной, отражают в виде пирамиды масс, пирамиды энергий, пирамиды численности.

Различают биомассу (общую массу растительных и животных организмов), фитомассу (массу растительных организмов) и т.д. Общая фитомасса в лесу значительно превышает запас стволовой древесины.

Продуктивность - -прирост биомассы на единицу площади за еди­ницу времени ( в лесу - текущий прирост древесины). Разные экосис­темы (БГЦ) сильно отличаются друг от друга по биомассе и продуктивности.

3адание: Усвоить экологическую структуру БГЦ, привести примеры трофических цепей, рассчитать возможность (невозможность) существования живого организма, находящегося в n-ом звене трофической цепи и имеющего m-ую годовую потребность в пище и проживающего на определенной площади. Рассмотреть биомассу компонентов различных БГЦ и сравнить их продуктивность.

4. Фундаментальными вещественно-энергетическими процессами в лесных БГЦ являются:

а) синтез органического вещества за счет солнечной радиации и неорганических веществ;

б) разложение биомассы после превращения ее в мертвое органическое вещество (МОВ) с образованием неорганических веществ и выделением энергии.

Благодаря этим процессам в БГЦ осуществляется круговорот веществ (биологический круговорот веществ). Круговорот питательных веществ связан с потоком энергии, так как она передается по трофическим цепям вместе с пищей. Первичным источником энергии является Солнце. Его радиация продуцентами в виде химической энергии запасается в органическом веществе. После усвоения консументами, часть химической энергии превращается в механическую энергию движения организма, часть - в тепловую, часть - в химическую энергию вещества тела. В следующем звене пищевой цепи происходит также превращение химической энергии органического вещества. Только около 10% энергии от съеденной пищи используется на синтез органического вещества в теле животного. Количество передаваемой энергии на каждом звене трофической цепи стремительно уменьшается. При разложения МОВ редуцентами, остатки энергии (в виде тепловой) рассеиваются в окружающей среде. Энергия в БГЦ не осуществляет круговорот, а протекает через него. Баланс процесса синтеза-разложения выражается:

264г CO₂ + 108 г Н₂О + 673,8 ккал ↔ 180 г С₆ Н₁₂О₆ + 192 г О₂

Задание. Рассчитать количество синтезируемой участком леса фитомассы при потреблении определенного количества углекислоты, энергии и воды; рассчитать потребность деревьев на 1 га леса в воде для продуцирования оп­ределенного количества фитомассы; рассчитать количество выделяемой энергии и углекислоты при разложении (сжигании) определенного количества органического вещества.

Материалы и оборудование: схемы, таблицы, счетная техника.

Литература

1.Сукачев В.Н. Избранные труды. - Т.1, Л., 1971. - С.329.

2. Нормативно-справочные материалы для устройства лесов Брянской области.-Брянск, 1983, с.134.

3. Новиков Г.А. Основы общей экологии и охраны природы. -Л., ЛГУ, 1979, с.160-196.