ГИС в экологии и природопользовании

Понятие о геоинформационных системах. Аппаратное и программное обеспечение ГИС. Классификация ГИС. Источники данных для создания ГИС. Способы ввода информации в ГИС. Векторное и растровое представление объектов в ГИС. Позиционная и атрибутивная информация об объектах в ГИС. Оверлейные операции. Методы геоанализа в ГИС. Представление моделей поверхностей в ГИС, цифровая модель рельефа. Электронные карты и атласы. Сферы применения геоинформационных систем в экологии и природопользовании.

 

Модуль 2. Общепрофессиональный цикл дисциплин

 

Общая экология

Определение экологии, ее подразделения. Методы экологических исследований. Современные задачи. Краткая история экологии. Основные этапы.

Определение экологического фактора. Классификации факторов. Механизмы воздействия. Понятие о лимитирующем факторе. Законы Либиха, Шелфорда. Зоны толерантности. Понятие о преферендуме. Типы морфофизиологических приспособлений организмов; правило двух уровней адаптаций. Понятие об экологической валентности. Стено- и эврибионты, их примеры. Основные экологические факторы: температура, свет, влажность и осадки, соленость и др. Адаптации животных и растений к их действию. Правила Аллена, Бергмана, Глогера, Расса. Понятие о биотических факторах. Типы взаимодействия между популяциями. Концепция экологической ниши. Принцип конкурентного исключения Гаузе. Синтопия, ее примеры. Динамика ниши при разных типах взаимоотношений между организмами. Отношения хищник-жертва. Эволюционные последствия хищничества. Понятие симбиоза. Облигатный и факультативный мутуализм.

Понятие популяции в экологии. Популяции: элементарная, экологическая, географическая. Их характеристика. Динамика популяций. Понятие рождаемости, биотического потенциала, выживаемости, смертности, репродуктивной ценности, плотности. Кривые выживаемости и роста популяций. Экологические стратегии. Структура популяции. Пространственная, возрастная, половая, этологическая структуры популяции. Охрана популяций. Проблемы интродукции новых видов. Понятия акклиматизации, натурализации вида, интродукции внедрения и замещения.

Понятие биоценоза, сообщества. Видовое богатство и разнообразие. Индексы видового разнообразия. Понятие экотона. Вертикальная структура биоценоза. Мозаичность. Временная структура биоценоза. Виды сукцессий. Понятие консорции и гильдии, биома и формации.

Концепция экосистемы. Понятие биогеоценоза. Структура экосистемы. Ее гомеостаз. Энергетика экосистемы. Первичная и вторичная, чистая и валовая продуктивность. Особенности продуктивности наземных и водных экосистем, агроценозов. Трофическая структура экосистемы. Пищевые цепи и сети. Основные типы экологических пирамид. Экологические правила.

Основы экологии: Биоразнообразие

Теоретические основы и методы решения научных и практических задач изучения и сохранения биоразнообразия. Разнообразие жизни на планете. Видовое, ценотическое и экосистемное разнообразие и географические факторы пространственной дифференциации разнообразия. Эволюция биосферы и биоразнообразия, изменение биоразнообразия в геологическом прошлом. Основные методы оценки состояния и динамики биоразнообразия, в том числе при глобальных изменениях среды, биоразнообразие и деятельность человека. Методы сохранения биоразнообразия Мониторинг при изучении биоразнообразия. Международные программы и национальная стратегия изучения и сохранения биоразнообразия.

Основы экологии: Геоэкология

История возникновения и развития геоэкологических представлений. Глобальный, региональный и локальный уровни геоэкологических исследований. Геоэкологические системы. Природные, социальные и экономические факторы и процессы, управляющие геоэкологическими системами. Глобальные и региональные геоэкологические проблемы и подходы к их решению. Экологические функции территории. Экологические функции атмосферы, Мирового океана, литосферы, почв, леса. Экологический каркас территории, его звенья.

Основы экологии: Экология человека

Адаптивные типы. Понятия здоровье человека и популяционное здоровье. Абиотические факторы среды и природно-эндемические микроэлементозы. Биотические факторы среды и природно-очаговые болезни. Антропогенные факторы среды и возникновение техногенныхэкопатологий.

Основы экологии: Социальная экология

Наличие потребностей и способность к адаптациям – основные характеристики человека в антропоэкологических исследованиях. Механизмы адаптаций. Адаптированность. Критерии адаптированности. Среда обитания и ее характеристика. Глобальные социально-экологические проблемы и пути их решения. Взаимосвязи общества и природы на различных этапах развития человечества, их отношение к природе.Перспективы дальнейшего развития взаимодействия общества и природы. Учение о ноосфере.

Основы экологии: Охрана окружающей среды

Становление охраны окружающей среды как междисциплинарной области знаний. Рост численности человечества, развитие природопользования, различных вариантов антропогенного воздействия на окружающую среду и прогноз последствий. Потребление природных ресурсов и оценка последствий их истощения. Обеспечение человечества продовольствием. Экологические проблемы и условия энергетического обеспечения прогресса. Экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды. Технологические способы уменьшения негативных последствий антропогенного воздействия на окружающую среду. Глобальные и региональные экологические проблемы. Особо охраняемые природные территории: их значение, принципы создания и охраны. Правовые, экономические и организационные способы обеспечения экологической безопасности. Экологическая политика. Роль международного сотрудничества в охране окружающей среды.

Совершенствование процесса управления охраной окружающей среды с помощью новых методов управления производством. Структура международных стандартов серии ISO 14000 и национальных стандартов ГОСТ ИСО Р 14000.

Принципы внедрения систем экологического менеджмента и управления на предприятии. Система внедрения экологического менеджмента на предприятии. Типы, структура и организация деятельности экологической службы предприятия. Планирование деятельности экологической службы предприятия.

Учение о сферах Земли (Землеведение): Учение об атмосфере

Строение и состав сухого воздуха у земной поверхности. Изменение состава воздуха с высотой. Распределение озона в атмосфере. Радиационные баланс атмосферы и подстилающей поверхности. Прямая и рассеянная радиация. Альбедо. Тепловые пояса Земли. Водяной пар в воздухе. Абсолютная и относительная влажность. Коэффициент увлажнения. Осадки, их виды. Облака и облачность. Жидкие и твердые примеси к атмосферному воздуху. Атмосферное давление и ветер. Типы ветров. Общая циркуляция атмосферы. Циркуляция воздушных масс в экваториально-тропических широтах. Циркуляция воздушных масс во внетропических широтах. Циклоны и антициклоны. Муссонная циркуляция. Местные ветры. Погода и климат.

Учение о сферах Земли (Землеведение): Учение о гидросфере

Состав и строение гидросферы. Типы водных объектов. Водные, энергетические, минеральные и биогенные ресурсы гидросферы.

Физико-химические свойства океанских вод: плотность, температура, цвет и прозрачность, соленость, звукопроводность. Ледовые условия в Мировом океане, типы льда.

Водные массы Мирового океана, их свойства: температура, соленость, насыщенность кислородом. Вертикальная стратификация толщи Мирового океана. Вертикальное распределение температуры, плотности и солености в Мировом океане.

Общая циркуляция вод в Мировом океане. Классификация течений. Апвеллинг и даунвеллинг. Волны в Мировом океане. Приливы и отливы в Мировом океане. Цунами.

Реки, их морфометрические характеристики. Классификация рек по размеру, по условиям протекания, источникам питания и водному режиму.

Озера, их морфометрические характеристики. Классификация озер по различным признакам.

Подземные воды, их классификация по различным признакам.

Болота, образование болот и их классификация.

Ледники, их питание и классификация.

Основные механизмы взаимодействия гидросферы и атмосферы. Большой и малый круговорот воды на Земле, средний период круговорота воды.

Рациональное использование водных ресурсов человеком и решение задач их охраны.

Учение о сферах Земли (Землеведение): Учение о биосфере

Становление представлений о биосфере. Формулирование понятия. Введение термина. Создание учения о биосфере. Основы учения о биосфере В.И. Вернадского. Представление о границах и структуре биосферы. Основные функции и свойства биосферы. Компоненты биосферы. Свойства и функции живого вещества биосферы.

Современное состояние учения о биосфере. Современные представления о структуре биосферы (апобиосфера, парабиосфера, эубиосфера, метабиосфера). Компоненты биосферы согласно взглядам М.М. Камшилова. Функции живого вещества биосферы.

Физико-химические условия и космические предпосылки формирования биосферы. Эволюция поверхности Земли. Основные гипотезы орогенеза (дрейф континетов, спрединг океанического дна, мантийная конвекция). Основные формы нахождения химических элементов в биосфере.

Географические явления в биосфере (полярная асимметрия, ритмичность, целостность, зональность и азональность). Геохимические ландшафты и барьеры.

Биологические явления в биосфере (возникновение и эволюция жизни, продуктивность, основные биологические процессы – рост, размножение, развитие). Разнообразие живого. Циклические и нециклические процессы в живом веществе биосферы.

Экологические явления в биосфере. Геохимические круговороты элементов. Понятие о большом и малом круговоротах. Резервный и обменный фонд элементов. Замкнутые и незамкнутые круговороты. Устойчивость биосферы. Гомеостаз биосферы. Факторы, обеспечивающие устойчивость и гомеостаз. Понятие о прямой и обратной связи в регулировании функционирования биосферы.

Антропогенное воздействие на биосферу. Основные глобальные проблемы биосферы: изменение климата, загрязнение биосферы, истощение ресурсов, демографические проблемы. Пути выхода из глобального кризиса. Возможности сосуществования природной среды и человеческой цивилизации. Понятие о ноосфере. Ноосфера и техносфера.

Учение о сферах Земли (Землеведение): Ландшафтоведение

Общие закономерности территориальной физико-географической дифференциации земной поверхности. Классификации ландшафтов. Широтная зональность, азональность, ярусность, барьерность. Ландшафты и геосистемы локального уровня. Понятие о фации. Функционирование ландшафта. Круговороты в ландшафте. Процессы ландшафтного энергообмена. Влагооборот. Абиотическая миграция вещества. Биогенный круговорот веществ. Динамика ландшафтов. Природно-антропогенные ландшафты. Ландшафтное моделирование и картографирование.

Основы природопользования: Основы природопользования

История и становление природопользования; определение природопользования. Дуализм понятия природопользование. Региональные и локальные системы природопользования; традиционное и комплексное природопользование и их виды. Понятие природных ресурсов. Классификация природных ресурсов по источнику возникновения. Экономическая оценка природных ресурсов. Хозяйственная классификация. Экологическая классификация. Понятие природно-ресурсного потенциала. Экономическая оценка природно-ресурсного потенциала. Природно-ресурсный потенциал России и его особенности. Международное сотрудничество в области рационального природопользования.

Основы природопользования: Экономика природопользования

Основные понятия экономики природопользования: предмет, задачи, конечные цели. Типы экономических механизмов природопользования. Платность природопользования: система экономических стимулов природоохранной деятельности, плата за загрязнение окружающей природной среды, создание рынка природных ресурсов, экологическое страхование.

Экономическая ценность природы: рыночная оценка, рента, затратный подход, альтернативная стоимость, общая экономическая стоимость. Понятия экономического ущерба от деградации окружающей среды. Экономические проблемы биоразнообразия.

Международный опыт и сотрудничество в решении экономических проблем. Административные и рыночные механизмы. Международные организации в области охраны окружающей среды. Международные договоры и конвенции.

Основы природопользования: Устойчивое развитие

Становление концепции устойчивого развития человечества. Модели цивилизационного развития. Идеи Н.А. Бердяева, П. Сорокина, Ф. Шпенглера, Л. Гумилева, Э. Тофлера, А. Тойнби, А. Печчеи, Н.Н. Моисеева о развитии цивилизации. Ноосферогенез. Римский клуб. Доклады Римского клуба. Комиссия ООН по окружающей среде и развитию под руководством Г.Х. Брунтланд. Развитие концепции устойчивого развития на конференции Рио-92, в Йоганнесбурге и Стокгольме.

Концепция устойчивого развития. Экономические, экологические и социальные составляющие устойчивого развития. Принципы устойчивого развития. Уровни устойчивого развития. Устойчивое развитие и экономический рост. Индикаторы устойчивого развития. Концепция устойчивого развития РФ. Предпринимаемые в России меры для реализации концепции УР человечества. Международные усилия по преодолению социальных и экологических кризисов.

Образование для устойчивого развития. Роль экологического образования и просвещения в обеспечении устойчивого развития человечества. Участие граждан и общественных экологических объединений в охране окружающей среды.

Основы природопользования: ОВОС

Назначение и цели проведения ОВОС. Законодательные и нормативные основы ОВОС в Российской Федерации. Участники процесса ОВОС, принципы и основные этапы ОВОС. Системный подход как основная парадигма ОВОС. Методы оценки воздействий. Состав и структура раздела «Оценка воздействия на окружающую среду» в структуре проектной документации по объекту. Оценка воздействия на атмосферу. Оценка воздействия на водные объекты. Оценка воздействия на литосферу. Оценка воздействия на почвенный покров. Оценка воздействия на растительный покров. Оценка воздействия на животный мир. Оценка и прогноз антропоэкологических аспектов в структуре ОВОС. Постпроектный мониторинг в составе ОВОС. Инженерно-экологические изыскания в рамках ОВОС.

Экологическое планирование и проектирование в процедурах и регламентах государственных и общественных экологических экспертиз. Экологическое планирование в региональной политике, управлении природопользованием и устойчивом развитии.

Основы природопользования: Правовые основы природопользования и охраны окружающей среды

Предмет, система, принципы и методы экологического права. Современное российское экологическое законодательство: закон РФ «Об охране окружающей среды», «Земельный кодекс РФ» «Водный кодекс РФ», «Лесной кодекс РФ», закон РФ «О недрах», закон РФ «О животном мире», закон РФ «Об экологической экспертизе», закон РФ «Об ООПТ» и др.

Структура и основные функции органов общей и специальной компетенции в области природопользования, охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности.

Основные международно-правовые документы в области регулирования природопользования и антропогенного воздействия на окружающую среду.

Прикладная экология: Экологический мониторинг

Определение мониторинга и его задачи. Классификация систем мониторинга. Разработка программы мониторинга. Глобальный, национальный, региональный и локальный экологический мониторинг. Импактный и фоновый мониторинг. Медико-биологический мониторинг и его роль в общей оценке здоровья населения. Космический мониторинг. Экологический мониторинг суши. Экологический мониторинг океана. Биомониторинг в оценке качества окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Мониторинг состояния водных ресурсов, лесного фонда, сельскохозяйственных земель, геологической среды, биологических ресурсов. Требования к отбору проб почвы, воды, воздуха. Приборы для контроля загрязняющих веществ в почве, воде, воздухе. Математическое моделирование в экологическом мониторинге. Система методов наблюдения и наземного обеспечения. Система станций экологического мониторинга.

Прикладная экология: Нормирование и снижение загрязнения окружающей среды

Природные и антропогенные источники поступления экополлютантов в окружающую среду, механизмы передачи экотоксикантов по трофическим цепям, механизмы биоаккумуляции, механизмы действия экотоксикантов на живые системы, биотрансформация ксенобиотиков в окружающей среде под воздействием различных экологических факторов.

Постановления Правительства РФ и ведомственные нормативные документы, регламентирующие выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду. Регламентация природопользования: строительные нормы и правила (СНиПы), Государственные стандарты (ГОСТы), санитарно-гигиенические нормативы (ПДК). Предельно допустимая нагрузка (ПДН) на экосистему. Регламентация нагрузки на окружающую среду - ПДВ и ПДС. Межгосударственное нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в РФ. Планирование, методы и средства снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Нормирование сбросов загрязняющих веществ в водные объекты РФ. Планирование, методы и средства снижения сбросов в водные объекты.

Основы обращения с опасными отходами. Типы и классы опасности отходов, методы сбора, транспортировки, хранения, утилизации, переработки бытовых и производственных отходов, ликвидации чрезвычайных ситуаций, возникающих при работе с отходами. Нормативно-правовая база в области обращения с опасными отходами.

Прикладная экология: Техногенные системы и экологический риск

Техногенные системы, их взаимодействие с окружающей средой: Процесс техногенеза. Техносфера и поглощение природных ресурсов. Природная устойчивость и способность к самоочищению экосистем. Понятие о комфортности и безопасности техносферы. Структура природно-техногенной системы, основные потоки вещества и энергии. Причины техногенных аварий и катастроф. Опасность, повреждающий фактор, чрезвычайное происшествие, несчастный случай, отказ, инцидент. Аксиомы о потенциальной опасности технической системы. Причинно-следственный анализ опасностей. Понятие о техническом риске. Понятие «надежность» технических устройств. Аварийная ситуация и техногенная катастрофа. Технические аварии и катастрофы. Меры по ликвидации их последствий. Принципы нормального функционирования техногенных объектов: принцип нулевого, минимального, сбалансированного, приемлемого риска. Виды риска: индивидуальный, социальный и экологический риск. Экологическая оценка территории. Биоиндикация техногенных нарушений. Количественные методы оценки техногенного воздействия на окружающую среду. Качественные методы оценки экологического риска: предварительный анализ опасностей, анализ последствий отказов, анализ опасностей методом потенциальных отклонений, анализ ошибок персонала, причинно-следственный анализ, анализ опасностей с помощью «дерева причин» и «дерева отказов», экометрический метод оценки техногенного воздействия на природную среду. Сценарии оценки экологического риска на основе ПДК. Энергетическая оценка экологической опасности и экологического риска. Метод оценки экологического риска, основанный на анализе эффективности производства. Технические системы безопасности, назначение и принципы работы. Моделирование экологического риска.