• На главную
• О Центре
• Контакты
• Карта сайта
• Расширенный поиск

• Eng
• Rus

• О проекте
• Участники
• Публикации
• Учебные курсы
• Словарь
  терминов
• Часто задаваемые
  вопросы
• Фотогалерея

 

Учебные курсы

Федеральное агентство по образованию РФ

Утверждено
Учебно-методической комиссией
географического факультета ИГУ
1 сентября 2006 г.
Председатель комиссии Аргучинцева А.В.

Программа дисциплины ОПД.В. 3.2
«Индексация качества экосистем»

Специальность 013400 – природопользование

Всего часов — 54
в том числе лекционных — 32
практических — 16

Программа составлена:
доц. Е. А. Зилов (Иркутский государственный университет)

I. Организационно-методический раздел

Цель курса.

Целью курса является усвоение студентами холистического подхода к решению проблем анализа и оценки состояния экологических систем. Студенты должны осознать, что экологическая система является единым целым, отдельные характеристики которого могут служить индексами состояния экосистемы. Курс знакомит студентов с основными используемыми в настоящее время и только разрабатываемыми индексами здоровья экосистем.

Задачи курса.

Привить студентам взгляд на экосистему как единое надорганизменное структурно-функциональное целое. Показать как различные биологические и термодинамические показатели могут быть использованы для определения состояния и прогноза поведения экосистем.

Место курса в профессиональной подготовке выпускника.

Курс должен дать студентам базовые сведения о структурных и функциональных показателях, несущих информацию о состоянии экологических систем и их компонентов. Студенты научатся ориентироваться в разнообразии используемых в индексации здоровья экосистем параметров и смогут корректно применять их на практике.

Требования к уровню освоения содержания курса.

Студенты должны усвоить основные показатели, используемые для индексации, методы оценки экологического риска, принципы экологической прогностики. В ходе изучения курса студенты должны научиться применять методы биоиндикации, экотестирования, получить сведения о разрабатываемых ныне термодинамических и информационных подходах к описанию и оценке экосистем.

II. Содержание курса

Введение.

Место индексации здоровья экосистем в системе экологических наук. Связь со смежными дисциплинами. Методологии, методы, подходы, приемы, используемые для индексации. История вопроса.

Организация и функционирование экосистем.

Живые системы. Уровни организации. Популяция, сообщество, экосистема, биосфера. Компоненты на каждом уровне, системные признаки.

Структуры экосистемы. Процессы в экосистеме. Взаимодействие экосистемы с окружающей средой.

Экологические системы.

Понятие системы. Системы и их составляющие. Холизм и редукционизм. Системные признаки. Сложность. Целостность. Многомерная устойчивость. Управляемость. Наблюдаемость. Буферность и способность к сохранению. Обработка информации и ее хранение. Качественные различия между элементами системы.

Потоки энергии, информации и кругооборот вещества в экосистемах.

Кибернетика. Информационные и управляющие функции систем. Управление в экологических системах. Целевые функции. Оптимизатор.

Оптимальное управление. Компромиссное управление. Естественное внутреннее управление. Естественное внешнее управление. Искусственное внешнее управление. Информационное содержание экосистемы.

Иерархическая структура экосистем. Иерархия биологической организации. Трофическая иерархия. Иерархия управления.

Порядки динамики экосистем. Динамика циркуляции вещества. Динамика функционирования. Динамика структуры. Динамика эволюции.

Сукцессия экосистем.

Экологическая сукцессия как развитие экосистемы. Аутогенная и аллогенная сукцессия. Серии. Климакс. Автотрофная и гетеротрофная сукцессии.

Устойчивость экосистем.

Стабильность экосистем. Резистентность. Упругость.

Многообразие экосистем.

Естественные и искусственные. Особенности водных и наземных экоистем.

Концепция здоровья экологической системы.

Здоровье как гомеостаз. Здоровье как отсутствие болезни. Здоровье как разнообразие или сложность. Здоровье как устойчивость. Здоровье как «бодрость» или возможность роста. Здоровье как сбалансированность компонентов системы.

Методы оценки и прогнозирования состояния экосистем.

Мониторинг. Его составляющие. Диагностический мониторинг. Прогностический мониторинг. Уровни мониторинга. Элементы экологической прогностики. Биоиндикация и экоиндикация.

Экспериментальная экология.

Биотестирование и экотестирование. Моделирование. Физические и математические модели экосистем. Микрокосмы, мезокосмы. Математическое моделирование экосистем.

Индексы состояния экосистем.

Сапробность, трофность, токсобность. Оценка состояния по структурным показателям (метод Пантле-Бука), по трофической структуре, по крупным таксонам. Оценка состояния по функциональным показателям.

Биоразнообразие.

Индексы видового разнообразия. Реальный смысл биоразнообразия.

Термодинамические и ннформационные критерии.

Экологическая система как термодинамическая система. Описание экосистем в терминах термодинамики и теории информации.

Энмергия.

Полезная энергия. Принцип максимизации. Расчет энмергии в трофической цепи и в трофической сети.

Энтропия.

Энтропия. Негэнтропия. Поддержание структуры. Расчет энтропии.

Эксэргия.

Эксэргия. Определение, расчет, экологический смысл эксэргии и структурной эксэргии. Использование в математическом моделировании экосистем. Приложение к физическому моделированию экосистем. Оценка природных объектов.

Вопросы к семинарским занятиям

1 занятие.

1. Место индексации здоровья экосистем в системе экологических наук.
2. Связь со смежными дисциплинами.
3. Методологии, методы, подходы, приемы, используемые для индексации.
4. История вопроса.
5. Живые системы.
6. Уровни организации живых систем.
7. Популяция, сообщество, экосистема, биосфера.
8. Компоненты на каждом уровне, системные признаки.
9. Структуры экосистемы.
10. Процессы в экосистеме.
11. Взаимодействие экосистемы с окружающей средой.

2 занятие.

1. Понятие системы.
2. Системы и их составляющие.
3. Холизм и редукционизм в экологии.
4. Системные признаки.
5. Сложность.
6. Целостность.
7. Многомерная устойчивость.
8. Управляемость.
9. Наблюдаемость.
10. Буферность и способность к сохранению.
11. Обработка информации и ее хранение.
12. Качественные различия между элементами системы.

3 занятие.

1. Кибернетика. Информационные и управляющие функции систем.
2. Управление в экологических системах. Целевые функции. Оптимизатор.
3. Оптимальное управление. Компромиссное управление.
4. Естественное внутреннее управление. Естественное внешнее управление. Искусственное внешнее управление.
5. Информационное содержание экосистемы.
6. Иерархическая структура экосистем. Иерархия биологической организации. Трофическая иерархия. Иерархия управления.
7. Порядки динамики экосистем.
8. Динамика циркуляции вещества. Динамика функционирования. Динамика структуры. Динамика эволюции.

4 занятие.

1. Экологическая сукцессия как развитие экосистемы.
2. Аутогенная и аллогенная сукцессия.
3. Серии. Климакс. Автотрофная и гетеротрофная сукцессии.
4. Стабильность экосистем.
5. Резистентность и упругость экосистем.
6. Особенности водных и наземных экоистем.
7. Здоровье как гомеостаз. Здоровье как отсутствие болезни.
8. Здоровье как разнообразие или сложность. Здоровье как устойчивость. Здоровье как «бодрость» или возможность роста. Здоровье как сбалансированность компонентов системы.

5 занятие.

1. Мониторинг. Его составляющие.
2. Диагностический мониторинг. Прогностический мониторинг.
3. Уровни мониторинга.
4. Элементы экологической прогностики.
5. Биоиндикация и экоиндикация.
6. Биотестирование и экотестирование.
7. Моделирование. Физические и математические модели экосистем.
8. Микрокосмы, мезокосмы.
9. Математическое моделирование экосистем.

6 занятие.

1. Сапробность, трофность, токсобность.
2. Оценка состояния по структурным показателям (метод Пантле-Бука), по трофической структуре, по крупным таксонам.
3. Оценка состояния по функциональным показателям.
4. Индексы видового разнообразия.
5. Реальный смысл биоразнообразия.

7 занятие.

1. Экологическая система как термодинамическая система.
2. Описание экосистем в терминах термодинамики и теории информации.
3. Полезная энергия. Принцип максимизации.
4. Расчет энмергии в трофической цепи и в трофической сети.
5. Энтропия. Негэнтропия. Поддержание структуры.

8 занятие.

1. Определение, расчет, экологический смысл эксэргии и структурной эксэргии.
2. Использование эксэргии в математическом моделировании экосистем.
3. Приложение эксэргии к физическому моделированию экосистем.
4. Оценка природных объектов с помощью эксэргии.

Примерный перечень вопросов к экзамену по всему курсу

1. Место индексации здоровья экосистем в системе экологических наук. Связь со смежными дисциплинами. Методологии, методы, подходы, приемы, используемые для индексации. История вопроса.
2. Понятие системы. Системы и их составляющие. Холизм и редукционизм в экологии.
3. Системные признаки. Сложность. Целостность. Многомерная устойчивость. Управляемость. Наблюдаемость. Буферность и способность к сохранению. Обработка информации и ее хранение. Качественные различия между элементами системы.
4. Живые системы. Уровни организации.
5. Популяция, сообщество, экосистема, биосфера. Компоненты на каждом уровне, системные признаки.
6. Структуры экосистемы.
7. Процессы в экосистеме.
8. Взаимодействие экосистемы с окружающей средой.
9. Кибернетика. Информационные и управляющие функции систем.
10. Управление в экологических системах. Целевые функции. Оптимизатор.
11. Оптимальное управление. Компромиссное управление.
12. Естественное внутреннее управление. Естественное внешнее управление. Искусственное внешнее управление.
13. Информационное содержание экосистемы.
14. Иерархическая структура экосистем.
15. Иерархия биологической организации. Трофическая иерархия. Иерархия управления.
16. Порядки динамики экосистем.
17. Динамика циркуляции вещества. Динамика функционирования. Динамика структуры. Динамика эволюции.
18. Экологическая сукцессия как развитие экосистемы.
19. Аутогенная и аллогенная сукцессия.
20. Серии. Климакс.
21. Автотрофная и гетеротрофная сукцессии.
22. Стабильность экосистем.
23. Резистентность и упругость экосистем.
24. Особенности водных и наземных экоистем.
25. Здоровье как гомеостаз. Здоровье как отсутствие болезни.
26. Здоровье как разнообразие или сложность. Здоровье как устойчивость. Здоровье как «бодрость» или возможность роста. Здоровье как сбалансированность компонентов системы.
27. Мониторинг. Его составляющие.
28. Диагностический мониторинг. Прогностический мониторинг.
29. Уровни мониторинга.
30. Элементы экологической прогностики.
31. Биоиндикация и экоиндикация.
32. Биотестирование и экотестирование.
33. Моделирование. Физические и математические модели экосистем.
34. Микрокосмы, мезокосмы.
35. Математическое моделирование экосистем.
36. Сапробность, трофность, токсобность.
37. Оценка состояния по структурным показателям (метод Пантле-Бука), по трофической структуре, по крупным таксонам.
38. Оценка состояния по функциональным показателям.
39. Индексы видового разнообразия.
40. Реальный смысл биоразнообразия.
41. Экологическая система как термодинамическая система.
42. Описание экосистем в терминах термодинамики и теории информации.
43. Полезная энергия. Принцип максимизации.
44. Расчет энмергии в трофической цепи и в трофической сети.
45. Энтропия. Негэнтропия. Поддержание структуры.
46. Определение, расчет, экологический смысл эксэргии и структурной эксэргии.
47. Использование эксэргии в математическом моделировании экосистем.
48. Приложение эксэргии к физическому моделированию экосистем.
49. Оценка природных объектов с помощью эксэргии.

III. Распределение часов по темам и видам работ

№ п/п	Наименование тем и разделов	Всего (час.)	Лекции	Семинары	Самостоятельная работа
1	Введение.	1	1		-
2	Экологические системы.	3	1	2	-
3	Организация и функционирование экосистем.	2	2	-	1
4	Потоки энергии, информации и кругооборот вещества в экосистемах.	2	2	2	1
5	Сукцессия экосистем.	2	2	-	-
6	Устойчивость экосистем.	4	2	2	-
7	Многообразие экосистем.	1	1	-	-
8	Концепция здоровья экологической системы.	3	1	2	-
9	Методы оценки и прогнозирования состояния экосистем.	10	6	2	2
10	Экспериментальная экология.	4	2	2	-
11	Индексы состояния экосистем.	5	2	2	1
12	Биоразнообразие.	1	1	-	-
13	Термодинамические и информационные критерии.	4	1	2	1
14	Энмергия.	1	1	-	-
15	Энтропия.	1	1	-	-
16	Эксэргия.	6	6	-	-
Итого		54	32	16	6

IV. Форма итогового контроля

Экзамен.

V. Учебно-методическое обеспечение курса

Основная литература

1. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. – М.: Мир, 1988. – 350 с.
2. Будыко М. И. Глобальная экология. - М.: Мысль, 1977. - 328 с.
3. Кондратьев К. Я., Донченко В. К. Экодинамика и геополитика. – СПб, 1999. – 1032 с.
4. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2000. – 576 с.
5. Методические аспекты лимнологического мониторинга. – Л.: Наука, 1988. – 177 с.
6. Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь–справочник. – М.: Мысль, 1990. – 637 с.
7. Реймерс Н. Ф. Экология: Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. - М.: Россия молодая, 1994. - 367 с.
8. Страшкраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы. Математическое моделирование. – М.:Мир, 1989. – 376 с.
9. Сытник К. М., Брайон А. В., Гордецкий А. В. Биосфера. Экология. Охрана природы: Справочное пособие. – Киев: Наукова думка, 1987. – 524 с.
10. Черныш В. И. Введение в экологическую кибернетику. - М.: ЦАО, 1990. - 568 с.

Дополнительная литература

1. Beyers R. J., Odum H. T. Ecological Microcosms. - New York: Springer Verlag, 1990. – 218 p.
2. Hill I. R. et al. (Ed.) Freshwater Field Tests for Hazard Assessment of Chemicals. – Boca Raton: Lewis Publishers, 1994 – 562 p.
3. Jørgensen S. E., Vollenweider R. A. (Eds.) Principles of Lake Management. – Shiga: ILEC, 1988. – 200 p.
4. Patten B. C., Jørgensen S. E., Auerbach S. I. (Eds.) Complex Ecology. The Part-Whole Relation in Ecosystem. – New Jersey: Prentice Hall, 1995. – 705 p.

Программу составил: Е. А. Зилов, доц. (Иркутский государственный университет)

Рецензенты: С. С. Тимофеева, проф. (Иркутский государственный технический университет), И. И. Тупицын, доц. (Иркутский государственный педагогический университет)

Создание сайта: Web-студия ЦНИТ ИГУ