1. Гидробиология как наука о надорганизменных водных системах. 8. Проблемы частной гидробиологии (особенности пространственной и трофической структуры основных природных экосистем).


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.

УТВЕРЖД
ЕНО
Учен
совет
ом Университета
№ 1
06.06.01 Биологические науки
Профиль подг
отовки
Гидробиология
РАЗРАБОТАНА
ветеринарной медицины
(заседание кафедры от «
04» сентября
2014, протокол № 2
Прогр
амма кандидатского экзамена составлена в соответствии с приказом
Министерства образования и наук
и Российской Федерации от
8 октября 2007 г. № 274
(зарегистрирован Минюстом России 19 октября 2007 г., регистрационный № 10363)
паспортом на
учной специальности,
разработанны
экспертным
советом
Высшей
аттестационной комиссии Министерства в связи с утверждением приказом Минобрнауки
России от 25 февраля 2009
59 Номенклатуры специальностей научных
работников
(редакция от 11 ноября 2011 года)
Программа кандидатского экзамена и список основной и дополнительной
литературы обновлен с учетом развития науки, культуры, экономики, техники,
технологий и социальн
ой сферы
(выписка из протокола заседания кафедры прилагается).
Форма контроля: кандидатский экзамен
Трудоемкость в ЗЕ
Трудоемкость в ЗЕ
в соответствии с учебным планом.
Программу разработали:
Д.б.н., профессор Воробьев В.И.
. Д.б.н., профе
ссор Воробьев Д.В.
3. К.б.н., доцент Щербакова Е.Н.
СТРУКТУРА ПРОГРАММЫ
Пояснительная записка.
В основу настоящей программы положены следующие разделы: гидробиология как
наука о надорганизменных водных системах; важнейшие
факторы внешней среды и
реакция на них организмов (проблемы аутоэкологии); структурные характеристики
биотической компоненты экосистемы; функциональные характеристики сообществ;
формирование, развитие и устойчивость экосистем; накопление и разрушение
(мине
рализация) органического вещества в экосистеме; проблемы частной
гидробиологии; проблемы прикладной гидробиологии.
Предметом исследований гидробиологии являются экологические
процессы в водной среде, т. е. процессы взаимодействия гидр
обионтов, их популяций и
сообществ между собой и с абиотическими компонентами водных экосистем.
Цель гидробиологии может быть определена как понимание
экологических процессов, происходящих в водной среде, и управление ими с целью
оптимизации управления водными ресурсами.
Основной задачей гидробиологии является изучение экологических процессов в
гидросфере в интересах ее освоения и оптимизации взаимодействия
человеческого общества с водными экосистемами.
идробиология решает следующие главные теоретические задачи:
• изучение общих внутренних закономерностей структурно
функциональной организации водных экосистем, которые и определяют круговорот
вещества и поток энергии в них;
исследование зависимостей круговоротов вещества и потоков энергии от факторов
внешней среды, в том числе и антропогенных.
Конкретные практические задачи гидробиологии:
1. Повышение биологической продуктивности водоемов для получения из них
наибольшего коли
чества биологического сырья.
2. Разработка биологических основ обеспечения людей чистой водой, в том числе
оптимизация функционирования экосистем, создаваемых для промышленной очистки
питьевых и сточных вод. 3. Экспертная оценка экологических посл
едствий
зарегулирования, перераспределения и переброски стока рек, антропогенного изменения
гидрологического режима озер и морей.
4. Оценка вновь создаваемых промышленных, сельскохозяйственных и других
предприятий для водных экосистем с целью охраны по
следних от недопустимых
повреждений.
5. Мониторинг состояния водных экосистем.
Основные критерии оценивания.
Уровень знаний проводится по пятибалльной системе.
Оценка «отлично» ставится аспиранту, если он с обязательным привлечением
дополнительной лите
ратуры, полностью ответил на поставленные в билете вопросы и
показал при этом глубокие знания, во многом отличные от других ответов в
положительную сторону.
Оценка «хорошо» ставится аспиранту, если он полностью ответил на все вопросы
билета без привлечения
дополнительной литературы.
Оценка «удовлетворительно» ставится аспиранту, если он ответил на вопросы
билета, зная основное содержание ответа и владеет практическими навыками предмета.
Содержание
основная (ВАК);
1. Гидробиология как наука о надорганизмен
ных водных системах
Место гидробиологии в системе биологических наук. Предмет гидробиологии. Цели и
задачи. Основные научные направления и подходы к изучению объекта (описательный,
количественный системный). Научные школы в отечественной гидробиология (Зер
нов,
Скадовский, Зенкевич, Ивлев).
Понятие о системном подходе. Система и слагающие ее элементы. Понятие об
организации систем и особенностях структуры. Изолированные, закрытые и открытые
системы. Биологические системы. Системы с активным и пассивным управ
лением.
Биосфера и ее расчленение на биогеографические регионы. Биогеографический регион
как крупномасштабная экосистема. Структура биогеографического региона
локальные
биоценозы. Соотношение понятий: биоценоз Мебиуса, биотоп Даля, биогеоценоз
Сукачева,
экосистема Тэнсли и Эванса. Составные части экосистемы, ее абиотическая и
биотическая компоненты. Популяция и трофическая группировка как основные
подсистемы биотической компоненты экосистемы. Подходы к изучению водного
биоценоза: флоро
фаунистический, био
топический, трофический. Границы биоценозов
(дискретность и непрерывность биоценозов). Понятие об экотоне. Энергетически
зависимые и независимые сообщества.
Круговорот веществ в экосистемах. Живое вещество, его накопление, состав.
Масштабы этого процесса в
гидросфере и учение о биосфере В.И. Вернадского.
Биогеохимические циклы основных элементов живого вещества: углерода, азота,
фосфора, кремния. Синтез и распад органического вещества в гидросфере.
Методы исследования водных экосистем. Задача количественной
оценки
взаимодействия элементов в системе. Однофакторный и многофакторный эксперимент
при получении моделей описания связей в экосистемах с помощью регрессионного
анализа в экологических исследованиях. Моделирование как специфический подход в
изучении и о
писании экосистем. Типы моделей., прогностические свойства моделей.
2. Важнейшие факторы внешней среды и реакция на них организмов (проблемы
аутоэкологии)
Свет как фактор, регулирующий условия существования и поведения гидробионтов.
Фотосинтез растений, св
язь освещенности с фотосинтезом. Понятие компенсационной
точки фотосинтеза. Эффективность использования световой энергии. Фототаксис
животных. Адаптация гидробионтов к изменению интенсивности освещения и
спектральному составу. Вертикальные миграции гидроби
онтов.
Температура как фактор, регулирующий жизнедеятельность гидробионтов.
Коэффициент Вант
Гоффа и температурная кривая Крога. Температура и распространение
организмов. Стено
и эвритермные организмы. Тепловодные и холодноводные организмы.
Пойкилотермные
и гомойотермные организмы. Сезонная динамика температуры.
Термоклин.
Соленость как фактор, определяющий распространение гидробионтов. Адаптации
гидробионтов к изменению солености. Осморегуляция и понятие критической солености.
Эври
и стеногалинные органи
змы.
Газовый режим. Растворенный кислород и углекислота. Особенности дыхания
гидробионтов в воде. Сероводород, его образование и окисление.
Связь между содержанием кислорода, температурой и фотосинтезом. Суточные и
сезонные колебания кислорода.
Активная ре
акция среды, Еh, рН в воде и грунтах. Понятие об окислительно
восстановительном потенциале и его влиянии на процессы, связанные с жизнью и
активностью гидробионтов.
Гидростатическое давление и его влияние на вертикальное распределение и
биологические особе
нности организмов.
Вода как среда обитания. Химический состав природных вод. Приспособления к
водному образу жизни: в толще воды, на поверхности и в толще грунта, в проточных
водоемах и в зоне прибоя.
3. Структурные характеристики биотической компоненты эк
осистемы
Структура популяций, видовая структура сообществ. Олиго
и полимиксные
сообщества. Консорции как реальная единица структуры биоценоза (В. Н. Беклемишев, Л.
Г. Раменский). Методы количественной оценки структуры (биомасса, число видов,
разнообразие
связей). Показатели разнообразия и сходства. Урони видового разнообразия.
Доминирующие формы, ключевые виды и виды
эдификаторы. Относительное обилие
популяций как показатель структуры сообщества. Модели относительного обилия, их
ограничения.
Трофическая
структура сообществ. Понятие о трофическом уровне и трофической
группировке. Продуценты, консументы, редуценты.
Отношения организмов в пределах одной трофической группы. Пищевая конкуренция.
Принцип Гаузе, его ограничения. Парадокс планктона.
Отношения орг
анизмов различных трофических группировок. Взаимодействия типа
хищник
жертва. Опыты Гаузе и математические модели Лотки и Вольтерра.
Современные модели трофических отношений. Трофические цепи и сети.
Методы количественных оценок пищевых взаимоотношений о
рганизмов в
сообществе. Классификация гидробионтов по типу питания. Пищевая избирательность.
Рационы, усвояемость пищи.
Пространственная структура сообществ. Количественная и качественная
неоднородность сообществ, типы пространственного распределения. Факт
оры и
механизмы, обусловливающие пространственную неоднородность планктона и бентоса.
Основные деления водной биоты.
Население водной толщи. Планктон и нектон. Вертикальное распределение и
миграции гидробионтов. Горизонтальное распределение и активные мигр
ации
гидробионтов. Перемещение водных масс и проблема их биоиндикации.
Население границы раздела «вода
воздух». Нейстон, плейстон. Население границы
раздела «вода
грунт». Инфауна и эпифауна.
Население грунтов. Инфауна и интерстициальная фауна. Механизмы эк
спатриации
(выноса), миграции и интродукции гидробионтов и проблема перестройки биоценозов.
Акклиматизация гидробионтов.
Понятие экологической ниши. Трофический и пространственный аспекты.
Фундаментальная ниша Д. Э. Хатчисона. Потенциальная и реализованная
ниша.
Закономерности нишевой структуры сообществ.
4. Функциональные характеристики сообществ
Представления о продукции как о важнейшей функциональной характеристике
сообществ. Основные понятия
первичная, вторичная и конечная продукция. Удельная
продукци
я (П/Б
коэффициент). Вопросы терминологии (продукция, продуктивность).
Выражение продукции в единицах энергии и единицах массы.
Первичная продукция. Фотосинтез и хемосинтез. Валовая и чистая продукция.
Особенности процессов создания первичной продукции в
наземных и водных системах.
Первичная продукция морей, океанов и континентальных водоемов (масштаб и
пространственно
временная гетерогенность). Эффективность утилизации солнечной
энергии. Световые и темновые реакции фотосинтеза. Связь фотосинтетической
акт
ивности с факторами среды (свет, минеральное питание, температура, структура
водных масс). Фотическая зона: компенсационная и критическая глубины. Методы
определения первичной продукции (скляночные методы, по хлорофиллу, по изменению
содержания кислорода в
фотической зоне, флуоресцентные методы и др.).
Чувствительность методов, достоинства и недостатки.
Бактериальная продукция. Численность и биомасса, методы расчета бактериальной
продукции. Прямое микроскопирование, содержание АТФ, скорость размножения (вре
мя
генерации), радиоуглеродные и тимидиновый методы. Бактериальная продукция водной
толщи, осадков и обрастании в морях и континентальных водоемах.
Продукция консументов (так называемая «вторичная» продукция). Фитофаги и
зоофаги. Методы определения продукц
ии популяций без постоянного пополнения (метод
П. Бойсен
Иенсена и его модификации). Расчет продукции популяций с постоянным
пополнением (графический, «физиологический» методы расчета). Радиоуглеродные
методы. Определение продукции эксплуатируемых популяци
й по данным промысловой
статистики и учета пополнения. Трофические коэффициенты
К1, К2. Оценка
продукции различных групп консументов в региональном аспекте.
Деструкция органического вещества. Основные представления о прижизненном
распаде органического ве
щества. Дыхание и пищеварение как основные функциональные
механизмы разрушения органического вещества живым организмом. Их количественная
оценка. Связь между интенсивностью обмена и весом тела, методы оценки. Активный,
пассивный и стандартный обмен. Уравне
ние Берталанфи.
5. Формирование, развитие и устойчивость экосистемы
Понятие сукцессии как процесса развития экосистемы. Первичная и вторичная
сукцессии, их характерные особенности. Движущие силы и направление сукцессии.
Зрелость экосистем и концепция клима
кса.
Виды сукцессии. Исторические сукцессии и эволюция экосистем. Циклические
сукцессии. Сезонные сукцессии и биологические сезоны. Пространственно
динамический
аспект развития сообществ пелагиали. Нарушения и восстановительные сукцессии
(естественные и ан
тропогенные).
Устойчивость природных экосистем. Различные способы ее оценки. Устойчивость по
Ляпунову. Эмпирические подходы. Устойчивость, стабильность и сложность. Гомеостаз
системы как основной механизм поддержания устойчивости.
Устойчивость экосистем к
антропогенному воздействию и концепция предельно
допустимого воздействия (ПДВ).
6. Накопление и разрушение (минерализация) органического вещества в
экосистеме
Формы существования органического вещества в экосистеме
живое, детрит,
взвешенное, растворенное
. Количественное соотношение между ними в водной толще и
грунтах, пути взаимных переходов. Пищевая доступность органического вещества.
Развитие представлений о важности растворенного органического вещества для
существования и интеграции водных сообществ. Э
кологический метаболизм.
Накопление органического вещества в экосистемах. Автохтонное и аллохтонное
органическое вещество. Соотношение между ними в экосистемах различного типа.
Прижизненные выделения органического вещества растительными и животными
организ
мами, их экологическая роль. Влияние условий внешней среды на интенсивность
выделения растворенного органического вещества.
Разложение органического вещества в экосистемах. Прямое химическое окисление
органических веществ. Стойкое и нестойкое органическое
вещество. Водный гумус.
Ферментативный распад, связанный с активностью гидробионтов. Экзоферменты.
Разложение органического вещества при дыхания и переваривании пища. Связь
интенсивности разложения с концентрацией пиши (величиной рациона). Включение в
раци
оны гидробионтов живого вещества, детрита и растворенного органического
вещества.
Разложение мертвого органического вещества сапрофитными формами жизни. Роль
бактерий, грибов и простейших в экосистеме. Мусорщики и сапрофаги.
Понятие баланса органического в
ещества в экосистеме. Методы расчета. Пирамида
биомасс. Поток энергии через экосистему. Эффективность использования энергии
организмами различных трофических уровней. Энергетическая пирамида. Понятие о
типах пищевых цепей (пастбищный и детритный), их особе
нности в разных типах
экосистем. Поток энергии через систему по цепи хищник
жертва и по детритной цепи.
Понятие «микробной петли». Сравнение эффективности использования энергии в
системах разного типа. Невозможность оценки метаболических связей в сообщес
твах в
рамках энергетического подхода.
Сбалансированность процессов накопления и потребления органического вещества в
трофической цепи. Степень удовлетворения пищевых потребностей. Напряженность
трофических связей.
7. Проблемы частной гидробиологии (типоло
гия водоемов)
Классификация водоёмов: океаны и моря, озера и водотоки, водохранилища и пруда.
Вертикальная экологическая зональность водоемов, основные черты ее структуры:
бенталь моря и океана
супралитораль, литораль, сублитораль (зона шельфа), батиаль
материковый склон), абиссаль (ложе океана), ультраабиссаль (глубоководные желоба).
Соответствующие подразделения в пелагиали
эпипелагиаль, мезопелагяаль,
батипелагиаль, абиссапелагиаль. Климатическая зональность водоемов
арктическая,
бореальная, тропич
еская, нотальная и антарктическая зоны.
Важнейшие абиотические характеристики водоемов.
Соленость. Классификация водоемов по содержанию соли в воде и фаунистический
состав. Соленость и пространственное распределение гидробионтов.
Свет. Солнечная радиация и
закономерности распространения света в водной среде.
Цветность воды.
Температура. Температурная стратификация, ее сезонная и широтная, изменчивость.
Термоклин. Эпилимнион и гиполимнион в озерах. Прямая и обратная температурная
стратификация. Типы озер по
термическому режиму (тропические, умеренные и
полярные). Роль термоклина в существовании сообществ эпипелагиали океана, его
«проницаемость» для мигрирующих интерзональных видов.
Особенности термического и солевого режима. ТС
кривые как индикаторы водных
асс. Пикноклин как нижняя граница биотопа фитопланктона в пелагиали.
Водные массы. Течения. Общая схема циркуляции вод в океане. Основные
конвергенции и дивергенции. Перемешивание водных масс. Турбулентность. Конвекция и
адвекция. Приливно
отливные явления
. Ветровое перемешивание. Голомиктические и
меромиктические озера (по Хатчисону).
Важнейшие биотические характеристики водоемов.
Трофность. Биологическая классификация водоемов: эвтрофные, олиготрофные,
мезотрофные, дистрофные.
Продуктивность. Основные пре
дставления о продуктивности как важнейшей
характеристики водоема. Конечная продукция. Соотношение между первичной и
конечной продукциями. Продуктивность водоемов различной трофности. Продуктивные
районы морей и океанов, их характеристика. Зависимость проду
ктивности донных
сообществ от продуктивности фотической зоны. Потенциальная продуктивность водоемов
и биологические ресурсы океана.
8. Проблемы частной гидробиологии (особенности пространственной и
трофической структуры основных природных экосистем)
оря и океаны.
Концепция биологической структуры океана. Общие закономерности
пространственного распределения жизни в Мировом океане.
Пелагиаль. Фитопланктон. Видовое разнообразие. Закономерности пространственного
распределения, сезонной динамики фитопланкт
она и факторы, их определяющие.
Зоопланктон. Видовое разнообразие. Закономерности пространственного распределения,
сезонной динамики зоопланктона и факторы, их определяющие. Суточные,
онтогенетические и сезонные вертикальные миграции. Биогеографическое рай
онирование
пелагиали океана.
Ихтиофауна. Рыбы эпипелагиали, мезопелагиали, глубоководные и придонные.
Комплекс неритических видов. Систематический состав и закономерности
географического распространения. Роль в трофических цепях пелагиали.
Пелагические соо
бщества, их структурно
функциональные характеристики.
Глубоководные сообщества. Сообщества тропиков, умеренных и полярных районов
северного и южного полушарий.
Бенталь. Количественное распределение донного населения в Мировом океане и
факторы, его определя
ющие. Методы количественной оценки. Фитобентос, видовой
состав, вертикальная структура и географическая зональность. Зообентос, видовой состав
мелководного и глубоководного бентоса. Микро
, мейо
и макробентос. Основные
факторы, влияющие на распределение и
состав донной фауны. Донная фауна как пищевая
база бентосноядных рыб.
Биогеографическое районирование донной фауны Мирового океана. Донные
сообщества литорали, коралловых рифов, шельфа, глубин океана.
Сообщества обрастаний
перифитон. Видовое разнообрази
е. Закономерности
пространственного распределения, сезонной динамики и факторы, их определяющие.
8.2. Экосистемы континентальных водоемов.
Реки. Масштаб перемещения в Мировой океан речными водами растворенных и
взвешенных веществ. Биосток. Условия жизни (т
урбулентное перемешивание водных
масс и выравнивание гидрологических градиентов).
Реопланктон. Доминирующие группы планктона.
Бентос. Лито
, аргилло
, пелореофильные формы. Биогидрологические профили.
Перифитон. Растения
эдификаторы н полночленность консо
рций. Нектон. Проходные и
полупроходные рыбы.
Озера. Сточные и бессточные. Конвективное и ветровое перемешивание. Пресные,
солоноватые, соленые и гиперсоленные озера. Лиманы. Лимнобионты (планктон, бентос,
макрофиты, перифитон). Доминирующие формы. Сезонны
е явления, особенности
вертикального распределения. Ихтиофауна, озерные, озерно
речные и проходные рыбы.
Болота. Гидрологический и гидрохимический режимы. Основные представители
флоры и фауны.
Водохранилища. Особенности гидрологического режима. Колебания у
ровня и осушная
зона. Состав населения. Основные черты сообществ пелагиали и бентали. Стадии
формирование экосистем водохранилищ. Проблема эвтрофикации, “цветение”
водохранилищ.
Пруды. Плотинные, копаные и наливные. Видовое разнообразие сообществ и
продукт
ивность прудов. Рыбоводство, прудовое хозяйство, особенности нерестовых,
выростных и зимовальных прудов.
Каналы. Особенности гидрологического режима. Особенности формирования флоры и
фауны. Межбассейновые миграции.
9. Проблемы прикладной гидробиологии
Промысел рыбы и гидробионтов.
Промысловая продукция океана. Уровень современного вылова. Состояние и
перспективы промысла по регионам и типам объектов (рыбы, беспозвоночные, водоросли
и млекопитающие). Промысловая ихтиофауна и ее биогеографические комплек
сы.
Хозяйственное освоение шельфов морей.
Эксплуатация природных сообществ и аквакультура. Гидробионты
объекты
аквакультуры.
Промысловая продукция континентальных вод. Удобрение водоёмов и
рыборазведение. Акклиматизация кормовых объектов и промысловых организмов.
Растительноядные рыбы.
9.2. Проблема обрастания.
Обрастания судов и технических сооружений. Зарастание водотоков. Мер
ы борьбы.
9.3. Загрязнение водной среды как биосферный процесс.
Основные загрязнители водоемов, их влияние на функционирование и устойчивость
водных сообществ. Нефть, тяжелые металлы, пестициды, детергенты, бытовые стоки.
Радиоактивное и термическое загряз
нения. Принципы биологического мониторинга.
Биотестирование, биоиндикация. Токсикологическое нормирование. Предельно
допустимые концентрации (ПДК), предельно допустимый сброс (ПДС), ориентировочно
безопасный уровень воздействия (ОБУВ) загрязнителей.
одоемы как источники питьевого и хозяйственного водоснабжения.
Проблема чистой воды. Биологическое самоочищения водоемов. Организмы
показатели сапробности вод. Охрана водоёмов.
9.5. Рациональное использование биологических ресурсов водоемов.
Проблемы рац
ионального использования биологических ресурсов водоемов и
управление их продуктивностью. Регламентация и регулирование промысла.
Математическое моделирование динамики численности промысловых объектов. Подходы
к управлению биологической продуктивностью вод
оёмов.
дополнительная (программа, разработанная кафедрой в соответствии с
темой диссертации)
Основные факторы абиотической среды водного населения и их значение.
Адаптация гидробионтов к газообмену. Активная реакция и окислительно
востановительный потенци
ал. Растворенные и взвешенные в воде вещества. Динамика
численности и биомасса популяций гидробионтов. Биологические основы водоснабжения
и очистки сточных вод. Водный и солевой обмен у гидробионтов. Солевой обмен
гидробионтов. Особенности его у проходных
рыб. Загрязнение водоемов.
Проблемы
чистой воды.
Биологическое самоочищение водоемов. Структура гидробиоценозов.
Водоемы гидросферы и их население. Дыхание гидробионтов. Рост популяции.
Устойчивость гидробионтов к дефициту кислорода и заморные явления. Фо
рмы и ритмы
размножения. Физикохимические свойства воды и грунта. Интенсивность питания и
степень усвоения пищи. Темп и энергия роста популяций. Подземные воды и их
население. Жизненные формы населения гидросферы. Защита от осмотического
обезвоживания и об
воднения. Биологические ресурсы гидросферы и их использование.
Структура популяций и внутриструктурные отношения. Первичная продукция водоемов.
Вторичная продукция водоемов. Сукцессия гидробиоценозов. Пища гидробионтов.
Биологическое самоочищение водоемов.
Защита гидробионтов от высыхания и
выживание в высохшем состоянии. Планотон и анотон. Плавучесть, движение, миграция.
Нейстон и плейстон у гидробионтов. Круговорот веществ и энерготок в гидробиоценозах.
Интенсивность питания и степень усвоения пищи.
Основ
ные биоценозы гидросферы.
Питание и пища гидробионтов. Энергетика роста популяций. Формы размножения
гидробионтов. Дыхание гидробионтов. Роль микроэлементов в жизни водоемов.
Адаптация гидробионтов к газообмену.
Свойства воды и грунта различных водоемов
итература
основная
Биология океана. Под ред. М.Е. Виноградова, в 2
х томах. М.: Наука.
Одум Ю. Основы экологии. М., 1975 г.
Романенко В.И., Кузнецов С.И. Экология микроорганизмов пресных водоёмов.
Л.: Наука, 1974 г.
Федоров В.Д, Гильманов Т.Г. Экология.
М.: изд
во МГУ, 1980 г.
Graham L.E., Wilcox L.W. Algae. Prentice
Hall, Inc. N
Y, 2000.
дополнительная
Константинов А.С. Общая гидробиология. М.: Высшая школа, 1986. 472 с.
Зилов Е.А. Гидробиология и водная экология: (организация, функционирование и
загр
язнение водных экосистем) : учебное пособие / Е. А. Зилов; Федер. агентство по
образованию, ГОУ ВПО "Иркут. гос. ун
т", Науч.
исслед. ин
т биологии.
Иркутск: Изд
во Иркутского государственного университета, 2009.
147 с.: ил., карты, табл.; 20.
Библиогр
.: с. 138
Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и
донных отложений / Под ред. к.б.н. Абакумова В.А. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 240 с.
Семерной В.П. Санитарная гидробиология / Уч. пособие по гидробиологии. 2
изд., перера
б. и доп. Ярославль: Яросл. гос. ун
т, 2003. 147 с.
Щитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидробиология:
методы системной идентификации.
Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. 463 с.
5. Перечень вопросов к кандидатскому экзамену.
Место гидробиол
огии в системе биологических наук. Предмет гидробиологии.
Цели и задачи. Основные научные направления и подходы к изучению объекта
(описательный, количественный системный). Научные школы в отечественной
гидробиология (Зернов, Скадовский, Зенкевич, Ивлев).
Понятие о системном подходе. Система и слагающие ее элементы. Понятие об
организации систем и особенностях структуры. Изолированные, закрытые и открытые
системы. Биологические системы. Системы с активным и пассивным управлением.
Биосфера и ее расчленение н
а биогеографические регионы. Биогеографический
регион как крупномасштабная экосистема. Структура биогеографического региона
локальные биоценозы. Соотношение понятий: биоценоз Мебиуса, биотоп Даля,
биогеоценоз Сукачева, экосистема Тэнсли и Эванса.
Состав
ные части экосистемы, ее абиотическая и биотическая компоненты.
Популяция и трофическая группировка как основные подсистемы биотической
компоненты экосистемы.
Подходы к изучению водного биоценоза: флоро
фаунистический, биотопический,
трофический. Границы
биоценозов (дискретность и непрерывность биоценозов). Понятие
об экотоне. Энергетически зависимые и независимые сообщества.
Круговорот веществ в экосистемах. Живое вещество, его накопление, состав.
Масштабы этого процесса в гидросфере и учение о биосфере В
.И. Вернадского.
Биогеохимические циклы основных элементов живого вещества: углерода, азота,
фосфора, кремния. Синтез и распад органического вещества в гидросфере.
Методы исследования водных экосистем. Задача количественной оценки
взаимодействия элементов
в системе.
Однофакторный и многофакторный эксперимент при получении моделей описания
связей в экосистемах с помощью регрессионного анализа в экологических исследованиях.
Моделирование как специфический подход в изучении и описании экосистем. Типы
моделей,
прогностические свойства моделей.
Свет как фактор, регулирующий условия существования и поведения
гидробионтов. Фотосинтез растений, связь освещенности с фотосинтезом. Понятие
компенсационной точки фотосинтеза. Эффективность использования световой энергии
Фототаксис животных. Адаптация гидробионтов к изменению интенсивности освещения
и спектральному составу. Вертикальные миграции гидробионтов.
Температура как фактор, регулирующий жизнедеятельность гидробионтов.
Коэффициент Вант
Гоффа и температурная крива
я Крога. Температура и распространение
организмов. Стено
и эвритермные организмы. Тепловодные и холодноводные организмы.
Пойкилотермные и гомойотермные организмы. Сезонная динамика температуры.
Термоклин.
Соленость как фактор, определяющий распространение
гидробионтов. Адаптации
гидробионтов к изменению солености. Осморегуляция и понятие критической солености.
Эври
и стеногалинные организмы.
Газовый режим. Растворенный кислород и углекислота. Особенности дыхания
гидробионтов в воде. Сероводород, его образ
ование и окисление.
Связь между содержанием кислорода, температурой и фотосинтезом. Суточные и
сезонные колебания кислорода.
Активная реакция среды, Еh, рН в воде и грунтах. Понятие об окислительно
восстановительном потенциале и его влиянии на процессы, св
язанные с жизнью и
активностью гидробионтов.
Гидростатическое давление и его влияние на вертикальное распределение и
биологические особенности организмов.
Вода как среда обитания. Химический состав природных вод. Приспособления к
водному образу жизни: в то
лще воды, на поверхности и в толще грунта, в проточных
водоемах и в зоне прибоя.
Структура популяций, видовая структура сообществ. Олиго
и полимиксные
сообщества. Консорции как реальная единица структуры биоценоза (В. Н. Беклемишев, Л.
Г. Раменский). Мето
ды количественной оценки структуры (биомасса, число видов,
разнообразие связей). Показатели разнообразия и сходства.
Урони видового разнообразия. Доминирующие формы, ключевые виды и виды
эдификаторы. Относительное обилие популяций как показатель структу
ры сообщества.
Модели относительного обилия, их ограничения.
Трофическая структура сообществ. Понятие о трофическом уровне и трофической
группировке. Продуценты, консументы, редуценты.
Отношения организмов в пределах одной трофической группы. Пищевая
конку
ренция. Принцип Гаузе, его ограничения. Парадокс планктона.
Отношения организмов различных трофических группировок. Взаимодействия
типа хищник
жертва. Опыты Гаузе и математические модели Лотки и Вольтерра.
Современные модели трофических отношений. Трофич
еские цепи и сети.
Методы количественных оценок пищевых взаимоотношений организмов в
сообществе. Классификация гидробионтов по типу питания. Пищевая избирательность.
Рационы, усвояемость пищи.
Пространственная структура сообществ. Количественная и качестве
нная
неоднородность сообществ, типы пространственного распределения. Факторы и
механизмы, обусловливающие пространственную неоднородность планктона и бентоса.
Основные деления водной биоты.
Население водной толщи. Планктон и нектон. Вертикальное распределе
ние и
миграции гидробионтов. Горизонтальное распределение и активные миграции
гидробионтов. Перемещение водных масс и проблема их биоиндикации.
Население границы раздела «вода
воздух». Нейстон, плейстон. Население границы
раздела «вода
грунт». Инфауна и эп
ифауна.
Население грунтов. Инфауна и интерстициальная фауна. Механизмы экспатриации
(выноса), миграции и интродукции гидробионтов и проблема перестройки биоценозов.
Акклиматизация гидробионтов.
Понятие экологической ниши. Трофический и пространственный асп
екты.
Фундаментальная ниша Д. Э. Хатчисона. Потенциальная и реализованная ниша.
Закономерности нишевой структуры сообществ.
Представления о продукции как о важнейшей функциональной характеристике
сообществ. Основные понятия
первичная, вторичная и конечна
я продукция. Удельная
продукция (П/Б
коэффициент). Вопросы терминологии (продукция, продуктивность).
Выражение продукции в единицах энергии и единицах массы.
Первичная продукция. Фотосинтез и хемосинтез. Валовая и чистая продукция.
Особенности процессов с
оздания первичной продукции в наземных и водных системах.
Первичная продукция морей, океанов и континентальных водоемов (масштаб и
пространственно
временная гетерогенность). Эффективность утилизации солнечной
энергии.
Световые и темновые реакции фотосинте
за. Связь фотосинтетической активности с
факторами среды (свет, минеральное питание, температура, структура водных масс).
Фотическая зона: компенсационная и критическая глубины.
Методы определения первичной продукции (скляночные методы, по хлорофиллу,
по
изменению содержания кислорода в фотической зоне, флуоресцентные методы и др.).
Чувствительность методов, достоинства и недостатки.
Бактериальная продукция. Численность и биомасса, методы расчета бактериальной
продукции. Прямое микроскопирование, содержани
е АТФ, скорость размножения (время
генерации), радиоуглеродные и тимидиновый методы. Бактериальная продукция водной
толщи, осадков и обрастании в морях и континентальных водоемах.
Продукция консументов (так называемая «вторичная» продукция). Фитофаги и
зоо
фаги. Методы определения продукции популяций без постоянного пополнения (метод
П. Бойсен
Иенсена и его модификации).
Расчет продукции популяций с постоянным пополнением (графический,
«физиологический» методы расчета). Радиоуглеродные методы. Определение п
родукции
эксплуатируемых популяций по данным промысловой статистики и учета пополнения.
Трофические коэффициенты
К1, К2. Оценка продукции различных групп консументов
в региональном аспекте.
Деструкция органического вещества. Основные представления о приж
изненном
распаде органического вещества. Дыхание и пищеварение как основные функциональные
механизмы разрушения органического вещества живым организмом. Их количественная
оценка. Связь между интенсивностью обмена и весом тела, методы оценки. Активный,
пасс
ивный и стандартный обмен. Уравнение Берталанфи.
Понятие сукцессии как процесса развития экосистемы. Первичная и вторичная
сукцессии, их характерные особенности. Движущие силы и направление сукцессии.
Зрелость экосистем и концепция климакса.
Виды сукцессии
. Исторические сукцессии и эволюция экосистем. Циклические
сукцессии. Сезонные сукцессии и биологические сезоны. Пространственно
динамический
аспект развития сообществ пелагиали. Нарушения и восстановительные сукцессии
(естественные и антропогенные).
Устой
чивость природных экосистем. Различные способы ее оценки. Устойчивость
по Ляпунову. Эмпирические подходы. Устойчивость, стабильность и сложность.
Гомеостаз системы как основной механизм поддержания устойчивости.
Устойчивость экосистем к антропогенному возд
ействию и концепция предельно
допустимого воздействия (ПДВ).
Формы существования органического вещества в экосистеме
живое, детрит,
взвешенное, растворенное. Количественное соотношение между ними в водной толще и
грунтах, пути взаимных переходов.
Пищева
я доступность органического вещества. Развитие представлений о
важности растворенного органического вещества для существования и интеграции водных
сообществ. Экологический метаболизм.
Накопление органического вещества в экосистемах. Автохтонное и аллохтонн
ое
органическое вещество. Соотношение между ними в экосистемах различного типа.
Прижизненные выделения органического вещества растительными и животными
организмами, их экологическая роль. Влияние условий внешней среды на интенсивность
выделения растворенно
го органического вещества.
Разложение органического вещества в экосистемах. Прямое химическое окисление
органических веществ. Стойкое и нестойкое органическое вещество. Водный гумус.
Ферментативный распад, связанный с активностью гидробионтов. Экзоферменты
Разложение органического вещества при дыхания и переваривании пища. Связь
интенсивности разложения с концентрацией пиши (величиной рациона). Включение в
рационы гидробионтов живого вещества, детрита и растворенного органического
вещества.
Разложение мерт
вого органического вещества сапрофитными формами жизни.
Роль бактерий, грибов и простейших в экосистеме. Мусорщики и сапрофаги.
Понятие баланса органического вещества в экосистеме. Методы расчета. Пирамида
биомасс. Поток энергии через экосистему. Эффективн
ость использования энергии
организмами различных трофических уровней. Энергетическая пирамида. Понятие о
типах пищевых цепей (пастбищный и детритный), их особенности в разных типах
экосистем.
Поток энергии через систему по цепи хищник
жертва и по детрит
ной цепи.
Понятие «микробной петли». Сравнение эффективности использования энергии в
системах разного типа. Невозможность оценки метаболических связей в сообществах в
рамках энергетического подхода.
Сбалансированность процессов накопления и потребления орг
анического вещества
в трофической цепи. Степень удовлетворения пищевых потребностей. Напряженность
трофических связей.
Классификация водоёмов: океаны и моря, озера и водотоки, водохранилища и
пруда. Вертикальная экологическая зональность водоемов, основные
черты ее структуры:
бенталь моря и океана
супралитораль, литораль, сублитораль (зона шельфа), батиаль
(материковый склон), абиссаль (ложе океана), ультраабиссаль (глубоководные желоба).
Соответствующие подразделения в пелагиали
эпипелагиаль, мезопелагя
аль,
батипелагиаль, абиссапелагиаль. Климатическая зональность водоемов
арктическая,
бореальная, тропическая, нотальная и антарктическая зоны.
Важнейшие абиотические характеристики водоемов.
Соленость. Классификация водоемов по содержанию соли в воде и
аунистический состав. Соленость и пространственное распределение гидробионтов.
Свет. Солнечная радиация и закономерности распространения света в водной
среде. Цветность воды.
Температура. Температурная стратификация, ее сезонная и широтная,
изменчивость. Т
ермоклин. Эпилимнион и гиполимнион в озерах. Прямая и обратная
температурная стратификация.
Типы озер по термическому режиму (тропические, умеренные и полярные). Роль
термоклина в существовании сообществ эпипелагиали океана, его «проницаемость» для
мигрир
ующих интерзональных видов.
Особенности термического и солевого режима. ТС
кривые как индикаторы водных
масс. Пикноклин как нижняя граница биотопа фитопланктона в пелагиали.
Водные массы. Течения. Общая схема циркуляции вод в океане. Основные
конвергенции
и дивергенции. Перемешивание водных масс. Турбулентность. Конвекция и
адвекция. Приливно
отливные явления. Ветровое перемешивание. Голомиктические и
меромиктические озера (по Хатчисону).
Важнейшие биотические характеристики водоемов.
Трофность. Биологичес
кая классификация водоемов: эвтрофные, олиготрофные,
мезотрофные, дистрофные.
Продуктивность. Основные представления о продуктивности как важнейшей
характеристики водоема. Конечная продукция. Соотношение между первичной и
конечной продукциями. Продуктивнос
ть водоемов различной трофности.
Продуктивные районы морей и океанов, их характеристика. Зависимость
продуктивности донных сообществ от продуктивности фотической зоны. Потенциальная
продуктивность водоемов и биологические ресурсы океана.
Концепция биологи
ческой структуры океана. Общие закономерности
пространственного распределения жизни в Мировом океане.
Пелагиаль. Фитопланктон. Видовое разнообразие. Закономерности
пространственного распределения, сезонной динамики фитопланктона и факторы, их
определяющие.
Зоопланктон. Видовое разнообразие. Закономерности пространственного
распределения, сезонной динамики зоопланктона и факторы, их определяющие.
Суточные, онтогенетические и сезонные вертикальные миграции. Биогеографическое
районирование пелагиали океана.
тиофауна. Рыбы эпипелагиали, мезопелагиали, глубоководные и придонные.
Комплекс неритических видов. Систематический состав и закономерности
географического распространения. Роль в трофических цепях пелагиали.
Пелагические сообщества, их структурно
функцион
альные характеристики.
Глубоководные сообщества. Сообщества тропиков, умеренных и полярных районов
северного и южного полушарий.
Бенталь. Количественное распределение донного населения в Мировом океане и
факторы, его определяющие. Методы количественной оце
нки. Фитобентос, видовой
состав, вертикальная структура и географическая зональность. Зообентос, видовой состав
мелководного и глубоководного бентоса. Микро
, мейо
и макробентос. Основные
факторы, влияющие на распределение и состав донной фауны. Донная фа
уна как пищевая
база бентосноядных рыб.
Биогеографическое районирование донной фауны Мирового океана. Донные
сообщества литорали, коралловых рифов, шельфа, глубин океана.
Сообщества обрастаний
перифитон. Видовое разнообразие. Закономерности
пространствен
ного распределения, сезонной динамики и факторы, их определяющие.
Реки. Масштаб перемещения в Мировой океан речными водами растворенных и
взвешенных веществ. Биосток. Условия жизни (турбулентное перемешивание водных
масс и выравнивание гидрологических град
иентов).
Реопланктон. Доминирующие группы планктона.
Бентос. Лито
, аргилло
, пелореофильные формы. Биогидрологические профили.
Перифитон. Растения
эдификаторы н полночленность консорций. Нектон. Проходные и
полупроходные рыбы.
Озера. Сточные и бессточные
. Конвективное и ветровое перемешивание. Пресные,
солоноватые, соленые и гиперсоленные озера. Лиманы. Лимнобионты (планктон, бентос,
макрофиты, перифитон). Доминирующие формы. Сезонные явления, особенности
вертикального распределения. Ихтиофауна, озерные,
озерно
речные и проходные рыбы.
Болота. Гидрологический и гидрохимический режимы. Основные представители
флоры и фауны.
Водохранилища. Особенности гидрологического режима. Колебания уровня и
осушная зона. Состав населения. Основные черты сообществ пелагиал
и и бентали. Стадии
формирование экосистем водохранилищ. Проблема эвтрофикации, “цветение”
водохранилищ.
Пруды. Плотинные, копаные и наливные. Видовое разнообразие сообществ и
продуктивность прудов. Рыбоводство, прудовое хозяйство, особенности нерестовых,
выростных и зимовальных прудов.
Каналы. Особенности гидрологического режима. Особенности формирования
флоры и фауны. Межбассейновые миграции.
Промысловая продукция океана. Уровень современного вылова. Состояние и
перспективы промысла по регионам и типам об
ъектов (рыбы, беспозвоночные, водоросли
и млекопитающие). Промысловая ихтиофауна и ее биогеографические комплексы.
Хозяйственное освоение шельфов морей.
Эксплуатация природных сообществ и аквакультура. Гидробионты
объекты
аквакультуры.
Промысловая продук
ция континентальных вод. Удобрение водоёмов и
рыборазведение. Акклиматизация кормовых объектов и промысловых организмов.
Растительноядные рыбы.
Обрастания судов и технических сооружений. Зарастание водотоков. Меры
борьбы.
Основные загрязнители водоемов, их
влияние на функционирование и
устойчивость водных сообществ. Нефть, тяжелые металлы, пестициды, детергенты,
бытовые стоки. Радиоактивное и термическое загрязнения.
Принципы биологического мониторинга. Биотестирование, биоиндикация.
Токсикологическое норм
ирование. Предельно допустимые концентрации (ПДК),
предельно допустимый сброс (ПДС), ориентировочно
безопасный уровень воздействия
(ОБУВ) загрязнителей.
Проблема чистой воды. Биологическое самоочищения водоемов. Организмы
показатели сапробности вод. Охра
на водоёмов.
Проблемы рационального использования биологических ресурсов водоемов и
управление их продуктивностью. Регламентация и регулирование промысла.
Математическое моделирование динамики численности промысловых объектов. Подходы
к управлению биологич
еской продуктивностью водоёмов.

Приложенные файлы

  • pdf 13114433
    Размер файла: 194 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий