Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Сахалинский государственный университет»
Программа вступительных испытаний
по специальной дисциплине «Экология»
для поступления на программу подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре
по направлению «06.06.01 – Биологические науки»,
направленность (профиль) «Экология»
Южно-Сахалинск, 2014
СТРУКТУРАвступительного испытания
Цель и задачи вступительного испытания:
Цель состоит в оценке уровня знаний, умений и навыков абитуриентов в исследовании биологических механизмов и способов экологического воздействия на среду, а также в понимании их влияния на окружающий мир и человека.
Задачи:
· определение уровня знания концепций и теорий, характеризующих методологические и теоретические основы биологических наук;
· оценка умений проведения самостоятельных научных исследований, а также готовности участия в коллективных исследованиях;
· проверка навыков организации научного поиска, сбора, систематизации и обобщения результатов социологической информации.
Основные требования к уровню подготовки
Абитуриент
Должен знать:
· основные классические и современные научные теории и школы в области биологии;
· методологические основания биологического исследования, основные методы сбора и анализа биологической информации;
· теоретические основы экологии как отраслевой научной дисциплины;
· закономерности экологических процессов, основные подходы к их изучению, а также их особенности протекания в России;
Иметь представление о:
· вариантах обработки и анализа данных, характеризующих биологические процессы;
· методах сбора, анализа данных и оценки качества экологической информации;
· необходимости участия в проектных формах работы и реализации аналитических проектов;
· презентации результатов исследований и аналитической работы в профессиональной и массовой аудиториям;
· составлении программы, подборе методов, этапах и обобщении результатов научного исследования.
Владеть следующими исследовательскими навыками:
· самостоятельного построения и аргументированного представления научной гипотезы;
· ведения научной дискуссии, а также осуществления коммуникации в профессиональном научном сообществе;
· поиска источника финансирования научных исследований, подачи заявок на финансирование научных исследований в государственные и негосударственные фонды.
Основное содержание
Роль экологии в современном обществе
Смена форм охраны природы в конце прошлого, начале нынешнего века. Расстановка акцентов в различные этапы взаимодействия общества и природы. Две основные парадигмы общественного развития конца прошлого века.
Документы, принятые на 2-ой МКОСР: Декларация, Повестка, Лесные принципы, 2 конвенции. Концепция устойчивого развития: 4 принципа: справедливости, сохранения ОС, целостности, локального действия. Стратегия образования для устойчивого развития.
Смена форм природопользования и развитие экологии. Общий тренд развития общества: смена приоритетов природопользования, повышение роли ОО, общее ускорение развития, изменение вектора развития человеческой цивилизации.
Экология — задачи и перспективы
Экология как наука. Определение экологии, данное Э. Геккелем; факторы, рассматриваемые экологией, наиболее близкие к этому определению.
Структура экологии. Специфика проявления общих принципов биологической организации на уровне особи, популяции, сообщества.
Аспекты изучения биогеоценозов и проблемы, изучаемые экологией: экологические механизмы адаптации к среде, регуляция численности популяций, управление продукционными процессами, устойчивость природных и антропогенных ценозов, экологическая индикация.
Основные концепции и принципы современной экологии.
Понятие экологического фактора
Купол толерантности: 3 закономерности. Правило Либиха, его место в законе толерантности Шелфорда.
Экологические классификации: стенобионтные и эврибионтные виды, экотипы и экологические группы, жизненные формы. Соотношение эффективности и адаптивности.
Адаптации к переживанию низких температур у растений и животных. 4 аргумента в пользу адаптивности зимнего покоя: черты, общие для животных и растений.
Длиннодневная и короткодневная ФПР. Лунные и циркадные ритмы.
Деление факторов на ведущие и второстепенные. Градиент ведущего фактора. Комплексный градиент факторов. Совместное действие нескольких факторов. Три способа воздействия факторов среды и две стратегии в ответе на это воздействие.
Классификация экологических факторов
Примеры классификаций, в основу которых положена:
а) природа действующего фактора;
б) вызываемый эффект. Афоризм Гёте.
Витальное и сигнальное действие факторов. Различие в витальном действии температуры, пищи, хищников и паразитов. Витальное действие температуры: скорость развития, порог развития, сумма эффективных температур.
Принцип, положенный в основу классификации . Место в классификации и эффект действия факторов видового и популяционного уровня.
Непериодические факторы; их определение и практическое значение при решении различных проблем охраны природы.
Уровни действия абиотических факторов
Действие абиотических факторов на уровне особи. Иллюстрация адаптивного комплекса на примере рогатой ящерицы Нового света.
Действие абиотических факторов на уровне популяции. Принцип зональной смены стаций. Примеры вертикальной и суточной смены стаций.
Действие абиотических факторов на видовом уровне. Особенности действия минимальной температуры, максимальной температуры. Бореально-альпийские виды.
Географическая изменчивость видов: правило Бергмана, Аллена, Глогера.
Обобщающая схема уровней действия абиотических факторов. Адаптация как компенсация неблагоприятного действия факторов на примере особи, популяции, вида, экосистемы.
Экологическая роль факторов питания
Световое и минеральное питание растений. Биоэлементы, основные элементы минерального питания, микроэлементы. Способы извлечения питательных веществ при минеральном питании. Факторы, кроме наличия самих питательных веществ, лимитирующие минеральное питание.
Экологические основы питания животных. Пищевые режимы и пищевая специализация. Типы питания животных.
Механизмы пищевой специализации детритофагов.
Механизмы пищевой специализации зоофагов. Случаи монофагии.
Механизмы пищевой специализации фитофагов. Случаи узкой и аномальной олигофагии. Количество пищи как лимитирующий фактор. Качество пищи как лимитирующий фактор.
Биотические факторы
Гомотипические реакции. Определение эффекта группы. Явление фазности у саранчовых. Принцип Олли. Внутривидовая конкуренция; ее главный итог. Две основные формы конкуренции.
Гетеротипические реакции. Примеры и названия партнеров. Варианты аллелопатического взаимодействия между высшими растениями и микроорганизмами.
Принцип конкурентного исключения - Гаузе, 1934. Модель многомерной экологической ниши. Пары терминов, определяющих различное состояние экологической ниши. Основной принцип, лежащий в основе лицензионной модели экологической ниши.
Экологическая диверсификация; три параметра, по которым расходятся ниши. Смещение признаков. Условия успеха в конкуренции одного из конкурирующих видов.
Результат конкуренции в случае преобладания: а) внутривидовой конкуренции и б) межвидовой конкуренции.
Динамика численности популяций
Типы роста популяции. Отличия логистического роста популяции от экспоненциального. Графическое представление закона Мальтуса.
Свойства популяции, определяющие ее способность к росту.
Внутренние свойства популяции и её структура. Кривые выживания и пирамиды возрастов. Допущения, лежащие в основании графической модели соотношения количества и качества потомков.
Два основных типа колебания численности популяции. Основные признаки r - и K-
отбора. Предполагаемые причинные цепи возникновения r - и K - отбора.
Факторы динамики численности: модифицирующие и регулирующие. Особенности действия модифицирующих - абиотические, не зависящие от плотности и регулирующие - биотические, зависящие от плотности факторов.
Три типа зависимости роста популяции от плотности. Многозвенная буферная система регулирования численности популяции. Последовательность включения разных факторов при разных уровнях численности. Влияние различных факторов на плотность популяции млекопитающих.
Экологическая система
Определение экосистемы. Ценность концепции экосистемы с позиции системного подхода; ее роль в развитии экологии.
Структура экосистемы: три уровня трансформации энергии и два круговорота веществ. Природа резервного фонда для каждого из круговоротов. Доминирующие группы в экосистемах различного типа - от открытого моря до экосистем суши.
Уровни и особенности действия механизмов, обеспечивающих гомеостаз экосистемы.
Энергетика экосистемы
Уровни трансформации энергии в экосистеме. Мера термодинамической упорядоченности. Блочная модель экологической системы с разделением потока на W и R. Энергетический и экономический подходы при оценке «богатства» экосистем.
Формула урожая. Соотношение экономических затрат и экологического ущерба при различных вариантах повышения урожая.
Универсальная модель потока энергии и ее использование при описании энергетики пресноводного водоема. Экологическая эффективность.
Трофическая структура экосистемы и формулирование «экологического правила», позволяющего сравнивать различные трофические уровни и разные экосистемы.
Биогеохимические циклы
Обменный и резервный фонды биогеохимического цикла. Пути поступления веществ в обменный фонд.
Блочная модель экосистемы с учетом наиболее важных путей обмена минеральных веществ. Нарушение в балансе между поступлением и потреблением биогенов.
Принцип движения веществ в обменном фонде от продуцентов к редуцентам и от них снова к продуцентам. Роль автотрофов, гетеротрофов и хемотрофов. Условия замыкания биогеохимического цикла.
Биотическое сообщество
Закономерности видовой структуры сообщества. Видовое богатство. Степень доминантности и показатель доминирования. Закономерности видового разнообразия. Степень доминантности и индех видового разнообразия.
Влияние конкуренции и хищничества на структуру биотического сообщества. Внутренняя организация сообщества.
Развитие и эволюция экосистемы
Три параметра экологической сукцессии. Скорость изменений и время, необходимые для достижения стабилизированного состояния экосистемы. Динамика изменения для Pg, Pn, R, S.
Стратегия достижения стабилизированного состояния, обозначаемого как «всеобщий гомеостаз», показатели гомеостаза. Сравнительная характеристика незрелой и зрелой экосистем на примере пяти показателей.
Первичная и вторичная сукцессии. Концепция климакса. Типы климаксов. Параметры нарушений различного уровня: бедствия, катастрофы и кризисы. Циклический климакс.
Эволюция экосистем. Коэволюция и групповой отбор. Механизмы нарушения стабильности экосистем. Филогенетическая реактивность. Великие вымирания Фанерозоя. Меловой экологический кризис.
Экосистемы как хорологические единицы биосферы
Принципы разграничения биогеоценозов. Выбор характерных признаков. Градиент факторов и ключевые точки смены доминантных видов. Определение границ экосистем.
Иерархический ряд экосистем. Масштаб и особенности действия фактора, определяющего существование экосистем различного уровня.
Биосфера - глобальная экосистема. Особенности организации, продуктивность, биогеохимические циклы и лимитирующие факторы в масштабе биосферы. Глобальная экологическая пирамида.
Ноосфера - «сфера разума». Периоды развития человеческого общества. Изменение вектора развития в результате поворотных моментов в истории человеческого общества: аграрная, промышленная и экологическая революции. Успехи и неудачи в контроле обществом стабильности биосферы. Угрозы биологическому разнообразию и задачи общества по его сохранению.
Литература
1. Бродский экология. М.: Издательский центр «Академия», 20с. Бродский . М.: Кнорус, 20с.
2. Бродский реальность. Биоразнообразие: его роль в поддержании жизни на Земле, закономерности формирования и разрушения. СПб.: ДЕАН, 20с.
3. Донелла Медоуз и др. Пределы роста. 30 лет спустя. М.: ИКЦ «АКАДЕМИЯ», 20с.
4. Еськов Земли и жизни на ней. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 20с.
5. Красная книга Российской Федерации (животные) / гл. редкол.: - Данильян (пред.) и др. М.: Изд-во Астрель, 20с.
6. Красная книга Российской Федерации (растения и грибы) / гл. редкол.: (пред.) и др. М.: Товарищество научных изданий КМК, 20с.
7. В, Н. Н Дроздов, . Биологическое разнообразие. М.: Владос, 20с.
СПИСОК ВОПРОСОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ВСТУПИТЕЛЬНОМУ ЭКЗАМЕНУ
1.Краткая история экологии. Определение, предмет и задачи экологии. Структурные разделы экологии. Взаимосвязь экологии с другими науками.
2.Общие представления о системах. Виды систем, типы связей, особенности организации, развития, термодинамика систем. Иерархия биологических систем.
3.Биологический спектр и разделы системной экологии.
4.Составные части экосистемы, ее абиотическая и биотическая компоненты.
5.Биоценология - учение об экосистемах, живой частью которых является биоценоз.
6.Круговорот веществ в экосистемах. Живое вещество, его накопление, состав. Масштабы этого процесса и учение и биосфере . Биогеохимические циклы основных элементов живого вещества - углерода, азота, фосфора, кремния. Синтез и распад органического вещества в биосфере.
7.Факторы среды и общие закономерности их действия на организмы. Интенсивность факторов. Лимитирующие экологические факторы. Закон минимума Либиха. Закон толерантности Шелфорда. Пределы экологической толерантности. Экологическая валентность. Стено - и эвритопные виды.
8.Основные абиотические факторы воздушно-наземной среды обитания: освещенность, температура, влажность воздуха, эдафические факторы. Группы живых организмов по отношению к этим факторам.
9.Основные абиотические факторы водной среды обитания: температура, освещенность, соленость, содержание растворенных газов, содержание биогенных элементов, водородный показатель и др.
10.Обмен веществ, источники энергии для организмов, гомеостаз. Интенсивность метаболизма в разных группах животных. Физиологические особенности разных организмов на примере трофической адаптации. Способы питания. Общие принципы адаптации на уровне организма. Пути приспособления к среде. Типы адаптации в зависимости от уровня регулируемых систем.
11.Периодические изменения физиологических процессов в организме: суточные и сезонные ритмы, их механизмы и регуляция. Восприятие информации органами чувств у живых организмов: свет и зрение, звук и слух, температура, животное электричество, рецепция магнитных полей.
12.Значение воды и минеральных солей для живых организмов. Водно-солевой обмен у организмов разных местообитаний (водных, наземных, сухих и влажных).
Популяционная структура вида у животных и у растений. Популяционный ареал вида. Статические и динамические показатели популяций. Половая, возрастная, пространственная, этологическая структуры популяций.
13.Биотический (репродуктивный) потенциал. Емкость и сопротивление среды. Основные типы кривых выживания (тип дрозофилы, тип гидры, тип устрицы). Экологические стратегии (r - и K-стратегии). Основные типы динамики населения по (стабильный, лабильный, эфемерный). Основные типы стратегий растений по (виоленты, патиенты, эксплеренты).
14.Биотические факторы. Основные формы взаимоотношений организмов (аллелопатия, конкуренция, хищничество, мутуализм, протокооперация, комменсализм, паразитизм). Межвидовые отношения в биоценозах по (трофические, топические, форические и фабрические связи).
15.Экосистемы. Структура экосистем. Распределение энергии в экосистеме. Пищевые цепи, пищевые сети. Трофические уровни. Экологические пирамиды. Закон Линдемана.
Структура биоценозов: вертикальная структура наземных и водных экосистем, горизонтальная структура, видовая структура. Экологическая ниша (фундаментальная, реализованная). Перекрывание ниш.
16.Понятие о сукцессии. Первичная сукцессия (ксерическая и гидрическая). Вторичная сукцессия. Этапы сукцессионного процесса по Ф. Клементсу. Постепенные и спонтанные сукцессии. Конструктивные и деструктивные сукцессии. Климакс.
17.Биосфера. История становления учения о биосфере. и его вклад в развитие учения о биосфере. Состав и структура биосферы. Пространственная и временная организация биосферы. Кибернетические принципы организации биосферы.
18.Ноосфера – эволюционная стадия биосферы.
Вещество биосферы. Типы веществ. Основные свойства и биогеохимические функции живого вещества. Неравномерность распределения живого вещества в биосфере.
Биогеохимические круговороты веществ: геологический и биологический круговороты. Биофильные макро - и микроэлементы, их значение в биохимических циклах. Биохимические циклы главных биофильных макро - и микроэлементов.
19.Математические методы и статистика в экологии. Понятия и основные параметры генеральной совокупности. Выборка, репрезентативность выборки. Основные статистические показатели выборки. Показатели распределения, нормальное и ненормальное распределение. Доверительный интервал и статистическая надежность. Вероятность ошибки. Статистические критерии. Параметрические и непараметрические критерии.
20.История природопользования. Древнейшие формы использования человеком природных ресурсов. Взаимодействие общества и природной среды. Основные этапы воздействия общества на природу. Проблемы рационального использования природных ресурсов и загрязнения природной среды.
21.Экологические кризисы в истории человечества. Влияние деятельности человека на биосферу и ландшафты Земли. Антропогенное воздействие на природную среду. Экологические проблемы городов и пути решения экологических проблем. Обезлесение, опустынивание, проблема сохранения биологического разнообразия Земли. Демографический взрыв как социально-экологическая проблема. Проблемы, обусловленные быстрым ростом численности населения Земли.
Глобальный экологический кризис. Признаки глобального экологического кризиса.
Понятие о природных ресурсах и их видах. Классификационные признаки природных ресурсов. Классификация природных ресурсов по исчерпаемости. Сущность понятия «природопользование». Основные принципы природопользования.
22.Водные ресурсы. Мировой водный баланс. Водопотребление и водопользование. Виды водопотребителей и водопользователей. Истощение водных ресурсов. Проблема чистой воды на планете. Принципы рационального использования водных ресурсов. Гидроэнергетика и проблемы её развития в Байкальском регионе.
Минеральные ресурсы. Классификационные признаки. Перспективы развития минерально-сырьевого комплекса, разнообразие использования. Внедрение принципов рационального потребления минерального сырья.
23.Лесные ресурсы. Роль леса в жизни природы и человека. Причины и последствия сокращения лесов. Принципы рационального использования лесных ресурсов.
Проблемы природопользования в промышленности. Добывающая промышленность. Черная и цветная металлургия. Нефтепереработка и химическая промышленность. Ядерная энергетика
24.Сельское хозяйство как отрасль биологического природопользования. Структура сельского хозяйства. Универсальные экологические проблемы сельского хозяйства. Пути экологической оптимизации сельского хозяйства.
Основные принципы сохранения природной среды. Технологии, обеспечивающие сохранение окружающей природной среды. Малоотходные и безотходные технологии, оборотное водоснабжение, очистные технологии. Значение очистных сооружений. Подходы к снижению вклада автотранспорта в загрязнение окружающей среды.
25.Крупнейшие международные организации по охране природы. "Красные книги" - Международная, республиканские и региональные, и их значение в деле охраны природы и сохранения генофонда биосферы.
26.Правовой подход к проблемам охраны окружающей природной среды. Законодательство Российской Федерации в сфере способствующие охране природы. Закон «Об охране окружающей среды». Надзорные методы контроля за исполнением законодательства об охране окружающей природной среды. Международное законодательство и сотрудничество в природоохранной деятельности.
27.Виды ответственности за экологические правонарушения. Экономический механизм природопользования. Плата за загрязнение окружающей среды и пользование природными ресурсами. Защита экологических прав.
28.Закон об охране озера Байкал: история создания и современная практика применения. Экологические проблемы Байкальского региона.
29.Система особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Правовой режим особо охраняемых территорий. Роль биосферных заповедников, заказников и национальных (народных, природных) парков в сохранении ценных природных экосистем. Сохранение редких видов растений и животных. ООПТ Байкальской природной территории: история создания, современные проблемы функционирования.
