Модуль B: Экология и биоразнообразие наземных экосистем

Код курса: B.I.A.1

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

В курсе дается анализ базовых принципов строения, функционирования и динамики наземных экосистем; рассматриваются условия их саморегуляции и устойчивости, а также темпы и тренды антропогенной трансформации естественных экосистем России. Формируются представления об основных параметрах биогеоценозов и роли различных групп видов (экологических, ценотических, различных жизненных стратегий и др.) в функционировании экосистемы; о типах взаимодействий между организмами в сообществах и влиянии этих взаимодействий на динамику и устойчивость экосистемы; о сезонной динамике, флуктуациях и сукцессиях (естественных и антропогенных) наземных экосистем. Рассматриваются  те параметры растительного сообщества,  которые можно использовать для описания и оценки состояния экосистемы, а также влияние естественных и антропогенных факторов на организацию и стабильность наземных экосистем.

Код курса: B.I.A.2

Объем курса: 6 зачетных единиц ECTS

Аннотация курса:

Курс включает 3 раздела: Взаимодействие растительности и среды, Методы изучения фитоклимата и Методы изучения физических и химических параметров почв. В первом разделе даются представления о создании фитосреды, отличии биотопа (фитосреды) от экотопа, формировании фитосреды как современной растительностью (создание текущего биотопа), так и растительностью за длительный период ее развития (создание общего биотопа). Обсуждается концепция В.Г. Горшкова о глобальной регуляции среды биотой. Рассматривается влияние растительности на газовый состав воздуха в пределах наземной экосистемы, на движения воздуха, его температурный режим, влажность, проникновение осадков под полог деревьев и т.д. Второй раздел посвящен знакомству с метеорологическими приборами и правилами работы с ними. В их числе изучаются способы косвенной оценки фитоклиматических условий, типы термометров, типы гигрометров и психрометров и т.д. Анализируются взаимосвязи и распределения в пространстве и времени разных параметров. В третьем разделе рассматриваются методы изучения физических и химических параметров почв.

Код курса: B.I.A.3

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

Курс ориентирован на изучение основных закономерностей биогеохимических процессов в наземных экосистемах. Рассматриваются исторические и методические предпосылки возникновения биогеохимии, основные положения учения академика В.И. Вернадского, современные представления об общей геохимической организации биосферы.  Рассматривается состояние химических элементов в компонентах среды и в биоте, их миграционные формы,  распределение и трансформации. Особое внимание уделяется анализу особенностей организации циклов массообмена и распределения масс химических элементов в наземных экосистемах. Подробно рассматриваются глобальные биогеохимические циклы важнейших макро- (C, O, H, N, S, P, K, Ca, Si) и микроэлементов в биосфере и особенности биогеохимических процессов в наземных экосистемах  и в растительных сообществах, представленных в различных физико-географических зонах. Дается характеристика биогеохимических циклов элементов в зоне тундры и в сообществах бореальных и суббореальных лесов. Рассматриваются бюджеты химических элементов в различных экосистемах (определения, расчеты, интерпретации, примеры, лимиты, моделирование). Анализируется влияние геохимических параметров среды на развитие, химический состав и потоки основных элементов в различных таксонах.  Рассматриваются вопросы, связанные с экологически значимой проблемой антропогенной деформации природных биогеохимических циклов: техногенная миграция элементов, биогеохимические аномалии тяжелых металлов. Обсуждаются возможности и перспективы использования биогеохимических методов в целях биоиндикации и фиторемедиации загрязненных наземных экосистем.

Код курса: B.I.A.4

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

В курсе лекций рассматриваются механизмы адаптации растений к условиям окружающей среды. Разбираются основные положения теории стресса в применении к растениям. Изучаются неспецифические реакции на разных уровнях организации, причины гибели растений в неблагоприятных условиях. Особое внимание уделено стресс-метаболитам и стрессовым белкам, а также таким явлениям, как сопряженная устойчивость и закалка. Рассматриваются экологические аспекты физиологии фотосинтеза и дыхания. Основная часть курса посвящена выяснению механизмов специфической устойчивости растений к действию факторов окружающей среды: света, температуры, недостатка и отсутствия кислорода, засухи, недостатка минеральных элементов, засоления, токсичных газов, тяжелых металлов, кислотных дождей и других экотоксикантов, поражения патогенными микроорганизмами, поранения и повреждения травоядными животными. Семинарские занятия имеют целью выявить своеобразие функционирования систем регуляции в стрессовых условиях и их роль в устойчивости растений, а также сопоставить стратегии и механизмы адаптации у растений и других организмов.

Код курса: B.I.B.1

Объем курса: 6 зачетных единиц ECTS

Аннотация курса:

В курсе рассматриваются особенности лесных, травянистых, болотных и тундровых экосистем (их пространственная и функциональная организация, продуктивность и влияющие на них факторы), а также влияние естественных и антропогенных нарушений на устойчивость этих экосистем и основы их охраны. Особое внимание уделено следующим темам. Распространение основных типов лесов в таежной зоне Евразии, их прошлое, современное состояние и прогноз динамики в будущем под влиянием естественных и антропогенных факторов. Изменения климата и граница леса. Разнообразие типов травянистых экосистем (луга, степи и др.); их особенности, связанные с интенсивной сезонной динамикой и высокой видовой насыщенностью. Поддержание лугов человеком. Формирование болот: причины заболачивания территорий, особенности болотных местообитаний и развитие их флоры и растительности (стадии и тенденции). Роль болот в гидрологическом режиме региона и в глобальном круговороте углерода.    Уникальность северных экосистем, приспособленных к экстремальным условиям и испытывающим интенсивное антропогенное воздействие в связи с индустриальным развитием регионов Крайнего Севера. Степень устойчивости тундровых и лесотундровых экосистем, ее изменение под антропогенным влиянием и в связи с глобальными изменениями климата и связанные с этим проблемы охраны природных экосистем Крайнего Севера.

Код курса: B.I.B.2

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

Курс включает пять блоков. В первом блоке рассматривается разнообразие и функционирование почв, измененных деятельностью человека, виды антропогенных воздействий на почвы. Проводится сравнительный анализ естественного и антропогенного почвообразования и дается характеристика антропогенно-измененных почв под травянистыми и древесными сообществами, используемыми в сельском и лесном хозяйстве, агрогенных (пахотных) почв, городских почв и почв лесопарковых и парковых территорий. Во втором блоке обсуждается функционирование системы почва-растение и ее коррекция, плодородие почвы, факторы, влияющие на продуктивность растений. Третий блок посвящен сельскохозяйственным культурам. Приводятся сведения об основных разновидностях и разнообразии сельскохозяйственных культур, в том числе рассматриваются биология и физиология зерновых, зерно-бобовых, масличных, кормовых и др. культур. Обсуждаются экологические аспекты методов сохранения и использования (традиционного и нетрадиционного) растительных генетических ресурсов. В четвертом блоке рассматривается флора культурных биотопов (аборигенная флора, адвентивная флора, общность и различия антропогенных флор в разных природных зонах). Биоразнообразие наземных позвоночных в культурных биотопах – предмет обсуждения в пятом блоке: роль агроландшафта в поддержании и сохранение биоразнообразия позвоночных животных, в том числе средообразующая роль агроландшафта и роль его компонентов в жизни животных разных экологических и таксономических групп. Рассматриваются особенности экологии позвоночных животных в агроландшафте (исторические и трофические связи, отношение к современной ситуации), а также причины сокращения численности «обычных видов» (причины, тенденции и прогноз) и использование птиц как индикаторов общего биоразнообразия антропогенно-трансформированных ландшафтов. Обсуждаются методы ведения экологически дружественного сельского хозяйства с целью сохранения и поддержания биоразнообразия позвоночных животных.

Код курса: B.II.1

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

В курсе обсуждаются основные понятия и история заповедного дела в России, рассматриваются  виды особо охраняемых природных территорий (ООПТ), их значение для сохранения биоразнообразия, принципы управления ими и современное состояние сети ООПТ в стране. Большое внимание уделено организации научных исследований в ООПТ: обсуждаются основные направления научной деятельности, проведение фенологических наблюдений,  особенности инвентаризации наземных экосистем, принципы и методы мониторинга наземных экосистем, изучение многолетней естественной динамики экосистем, а также роли естественных и антропогенных нарушений в поддержании биологического разнообразия в ООПТ. На семинарах и экскурсиях студенты   знакомятся с практическими приемами инвентаризации ООПТ, с рекомендациями по проектированию новых ООПТ и выполняют  учебные задания по проектированию и управлению ООПТ. Выполненные задания затем обсуждаются на заключительной мини-конференции.

Код курса: B.II.2

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

В курсе рассматриваются неблагоприятные природные и антропогенные факторы, влияющие на ландшафт,  классификация антропогенных ландшафтов и их использование. Обсуждаются понятие рекультивации земель, ее этапы и критерии выбора направления рекультивации, требования к ее проведению и различные технологии восстановления нарушенных земель. Кроме того, рассматриваются: использование отходов при рекультивации нарушенных земель; определение класса опасности отходов и вскрышных пород (земель, подлежащих рекультивации); рекультивация нарушенных природных и промышленных объектов при органическом загрязнении. Биотестирование и биоиндикация загрязнения почвы. Излагаются гигиенические требования к почвам при размещении и эксплуатации объектов; экологические требования и ограничения при размещении и сооружении промышленных и иных объектов. Обсуждаются особенности, общие принципы и современные методы биологической рекультивации, в том числе — лесохозяйственное направление рекультивации (особенности лесовосстановления на нарушенных землях). Рассматриваются понятия реабилитации и оптимизации нарушенных ландшафтов,  классификация и анализ их методов. Подчеркивается важность зонального подхода при решении практических вопросов рекультивации. Обсуждаются экологические требования и ограничения при размещении и сооружении промышленных и иных объектов: европейские подходы и нормативы к оценке качества почв; оценка земельных отводов под строительство в соответствии с российскими нормативами.

Код курса: В.II.3

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

Грибы, лишайники, водоросли и высшие растения – неотъемлемый компонент большинства экосистем планеты. Курс знакомит с понятиями биоиндикация и биотестирование состояния окружающей среды и преимуществами их применения в сравнении с физико-химическими (приборными) методами. Особое внимание уделено факторам среды, влияющим на живые организмы и вызывающим специфический ответ видов-индикаторов. В основной части курса обсуждаются различные методы биоиндикации и биотестирования: индикация состояния почв, зеленых насаждений и аэрогенного загрязнения, биоаккумуляция тяжелых металлов и радионуклидов, оценка санитарного состояния водных экосистем, выявление биологически ценных наземных сообществ. Студенты познакомятся с наиболее яркими индикаторными видами, которые используются для биоиндикации и биотестирования в европейской части России. Курс призван помочь студентам ориентироваться в многообразии методов экологического мониторинга состояния окружающей среды, а также в подборе индикаторных групп организмов и оптимальных методических подходов. Отдельно освещено место грибов, лишайников, водорослей и высших растений в системе природоохранных мероприятий, в том числе в процессе составления региональных Красных книг.

Код курса: B.II.4

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

В курсе лекций рассматриваются биологические пути утилизации отходов. Часть курса посвящена изучению состава и свойств разных видов отходов как источников вещества и энергии. Большое внимание уделено возможностям использования бактерий, грибов, протистов и беспозвоночных животных для переработки отходов. Обсуждаются позитивные и негативные моменты каждого метода биологической утилизации отходов. Рассматриваются экологические аспекты биологической конверсии отходов, особенно вермикультивирования (черверазведения). В качестве альтернативного (химического) метода переработки отходов обсуждается метод окислительно-гидролитической деструкции.

В ходе занятий планируется посещение вермихозяйства, завода по переработке твердых бытовых отходов, лабораторий Всероссийского института сельскохозяйственной микробиологии и Биологического научно-исследовательского института СПбГУ.

Цель семинарских занятий — выявить своеобразие и экологическую значимость биологической конверсии отходов, а также развить навыки выбора того или иного метода переработки отходов.

Код курса: B.II.5

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

Курс нацелен на рассмотрение разнообразия и функционирования почв и почвенного покрова в естественных и измененных деятельностью человека экосистемах. Обсуждаются факторы и причины почвенного разнообразия в пределах конкретного ареала, роль почвы в функционировании биогеоценоза, роль почвенного разнообразия в сохранении биоразнообразия. Рассматриваются основы морфологии почв и их свойства (почвенный профиль, почвенные генетические горизонты, гранулометрический и минералогический состав почв, химический состав минеральной части почв и многое другое). Приводятся классификации почвенного органического вещества (современная и альтернативная) и обсуждаются основные процессы трансформации органического вещества почв (гумификация, минерализация, закрепление и миграция); влияние органического вещества на основные свойства почв; роль почвенного органического вещества в почвообразовании и плодородии почв; биосферная роль органического вещества почв. Курс сопровождается экскурсиями, практикой в лаборатории и семинарами.

Код курса: B.II.6

Объем курса: 3 зачетные единицы ECTS

Аннотация курса:

Курс направлен на ознакомление студентов с методами экологической физиологии растений, применяемыми для оценки состояния растений при действии неблагоприятных факторов среды обитания. Курс состоит из 3-х блоков – лекционного, практического и семинарских занятий.  В лекционном блоке рассматривается спектр физиолого-биохимических параметров растений, используемых для оценки их состояния при стрессе. В практическом блоке студенты приобретают навыки работы с основными методами экофизиологии (методы оценки жизнеспособности, определения интенсивности фотосинтеза и газообмена, метод определения флуоресценции хлорофилла). На семинарских занятиях студенты научатся применять полученные знания для решения конкретных задач.