Тема 2: РЕАКЦИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ НА ДЕЙСТВИЕ ФАКТОРОВ СРЕДЫ

Время выполнения работы – 2 часа

Цель работы: ознакомиться с условиями жизни и реакциями живых организмов на действия различных факторов жизни.

Теоретические сведения:

Условие существования живых организмов – способность к адекватным реакциям на действие факторов среды. Организмы, утратившие эти свойства, гибнут. В процессе эволюции у живых организмов выработались определённые виды ответных реакций на неблагоприятные воздействия. Отвечая на раздражение, организм может:

а) избежать негативное воздействие;

б) приспособиться (адаптироваться) к нему;

в) изменить силу воздействия.

Все три вида ответной реакции присущи в той или иной степени представителям всех четырёх царств живых организмов нашей планеты.

Избегание – наиболее быстрый и эффективный способ. Возможно физическое избегание – перемещение в пространстве либо физиолого-биохимическое, выражающееся в изменении ритма жизни, проявлении активной фазы в то время, когда действие негативного фактора минимально или отсутствует.

Адаптация подразделяется на: анатомическую и морфологическую, выражающуюся в изменении внутренней и внешней структуры (выросты эпидермиса, скелетирование, панцирь, чешуя и т.д.); физиологическую и биохимическую, проявляющуюся в изменении физиологических и биохимических процессов (скорости и интенсивности дыхания, потоотделения, изменения активности ферментов, изменении концентрации внутренних растворов и т.д.).

Изменение фактора или его интенсивности – длительный процесс средообразования, проявляющийся в воздействии живых организмов или их совокупности на отдельные элементы среды: уплотнение почвы корнями растений, насыщение её колинами, сооружение жилищ и убежищ, выделение в среду фитонцидов и антибиотиков, формирование сообществ, затенение, разрушение литосферы с целью вовлечения новых биогенов, организация круговорота и т.д.

Задание

1. Проанализируйте, действие каких факторов вызвали следующие ответные реакции:

- выделение антибиотиков грибами;

- яркая расцветка многих насекомых;

- опушение на листьях и стеблях многих растений;

- подшёрсток у многих пушных зверей;

- форма тела червя;

- горбы у верблюда;

- горький вкус травянистых растений;

- накопление сахаров осенью в клетках растений;

- капсулы у бактерий;

- раннее цветение подснежников;

- листопады у деревьев;

- перелёты птиц;

- строительство гнёзд;

- одревеснение тканей у многолетних растений;

- зимний сон у многих млекопитающих;

- плавательный пузырь у рыб.

2. Опишите виды реакций живых организмов на действие факторов среды у представителей четырех царств и представьте в виде табл. 1.

Таблица 1

Схема записи результатов исследования

Вопросы для самоконтроля

1. Виды реакции живых организмов на действие факторов среды.

2. Назовите способы, которыми можно избежать действия негативного фактора.

3. Укажите проявления анатомической адаптации у организмов.

4. Приведите пример физиологической и биохимической адаптации.

5. Приведите примеры изменения действия факторов среды растительными организмами.

6. Примеры морфологической адаптации у одноклеточных организмов.

Тема 3: СРЕДЫ ЖИЗНИ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ К НИМ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Время выполнения работы – 2 часа

Цель работы: познакомиться со средами жизни живых организмов и приспособления к ним.

Теоретические сведения

В ходе длительного процесса формирования и заселения биосферы живые организмы освоили четыре среды жизни, распределившиеся и объединившие три абиотические оболочки – атмосферу, гидросферу, литосферу (почву). В настоящее время в биосфере освоены следующие среды жизни: водная, наземно-воздушная, почвенная и иной организм. Каждая из сред имеет общие черты, обладает сходными свойствами, но у каждой среды есть и определённые, специфические особенности.

В каждой из четырёх сред жизни можно выделить следующие экологические факторы:

1.Подвижность: проявление, направление, причины изменений.

2. Температурный режим: постоянство, амплитуда годовых и суточных колебаний, причины.

3. Плотность: проявление, величина, причины изменений.

4. Световой режим: проявление, параметры, причины изменений.

5. Газовый режим: состав газов, изменения состава и количества, причины.

6. Водный режим: количество, проявление, состав, причины.

7. Минеральный состав: основные вещества, количество, состояние, колебание значений состояния, причины.

8. Органические вещества: виды, формы, колебание показателей, причины.

Живые организмы, обживая среды жизни, в процессе эволюции вырабатывали комплекс приспособлений к экологическим факторам и их проявлениям. Однако приспособленность организма к обитанию в одной среде не гарантирует существование его в иной. Для её освоения организм должен вырабатывать совокупность реакций, адекватных специфичным действиям новых экологических факторов.

Задание №1

1. Определите эволюционную последовательность освоения четырёх сред жизни живыми организмами.

2. Составьте краткую характеристику (в форме табл. 2) основных экологических факторов четырёх сред жизни.

Таблица 2

Характеристика основных экологических факторов четырёх сред жизни

Задание №2

Проанализируйте адаптацию конкретных видов растений и животных к существованию в водной, наземно-воздушной и почвенной средах. Результаты анализа оформите в виде табл. 3.

Таблица 3

Адаптация видов к существованию в средах жизни

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите среды жизни организмов в порядке их освоения.

2. Назовите основные абиотические экологические факторы сред жизни.

3. Назовите одну из сред жизни, которая, по вашему мнению, обладает наименее динамичными экологическими факторами.

4. Перечислите лимитирующие факторы водной среды.

5. Перечислите лимитирующие факторы наземно-воздушной среды.

6. Перечислите лимитирующие факторы почвенной среды.

Тема 4: ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ

Время выполнения работы – 2 часа

Цель работы: освоить классификацию живых организмов по различным принципам.

Теоретические сведения

В экологии важно изучение связи между солнечной энергией и экологическими системами, способов превращения энергии внутри систем. Отношение между продуцентами и консумен­тами, хищниками и жертвами, паразитами и хозяевами, численность и видовой состав организмов в каждой экологи­ческой системе определяются законами трансформации энергии.

Возможности использования энергии конкретной экологи­ческой системой зависят от способности её растительной части связывать солнечную энергию в процессе фотосинтеза. Первичная продуктивность экосистемы определяется как скорость, с которой лучистая энергия усваивается продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ, которые затем могут быть использованы в качестве пищи. Показателями продуктивности растений сообщества являются валовая первичная продукция (ВПП), чистая первичная продукция (ЧПП) и чистая продуктивность сообщества (ЧПС).

ВПП отражает валовый фотосинтез, то есть всю энергию, связанную в результате этого процесса, в том числе и ту, которая израсходована растениями на дыхание. Подсчитано, что от 20 до 50% энергии валового фотосинтеза расходуется на дыхание. Следовательно, ЧПП составляет 50–80% от энергии ВПП. В свою очередь, ЧПП экосистемы частично, в зависимости от условий, потребляется гетеротрофами. Так, на пастбищных экосистемах животные выедают 30-40% биомассы, луга без выпаса и сенокошения, леса теряют до 10% ЧПП. Оставшаяся часть энергии продуцентов экологической системы – ЧПС (чистая продуктивность сообщества). Вот эту энергию можно учесть, определив количество сухого вещества растений на единицу площади. Зная значение ЧПС системы, можно рассчитать теоретические значения ЧПП и ВПП.

Энергия, заключённая в первичной продукции экосистемы, является частью энергии фотосинтетически активной радиации (ФАР). Различные экологические системы обладают разной способностью (эффективностью) использования энергии ФАР. Чем больше эта способность, тем большее экологическое разнообразие будет обеспечено пищей, тем активнее круговорот биогенов, тем полнее контроль и взаимосвязь с абиотическими компонентами, тем стабильнее экосистема. Знание закономерностей трансформации энергии в экосистемах имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Задание №1

1. Рассчитайте коэффициенты использования ФАР Персиановской степью при создании ВПП, ЧПП и ЧПС, если известно, что в конце вегетации зафиксирована биомасса сухих веществ растений в пределах 500 г/м², степь не используется человеком, энергия ФАР распределяется на широте пос. Персиановский следующим образом (табл. 4):

Таблица 4

Приход ФАР, ккал/ м² / месяц

Дополнительные сведения: соотношение надземной массы к приросту биомассы корней для ковыльных степей 1-2,5. Калорийность надземной растительной массы – 3,5 ккал/г сухого вещества, а корней – 3 ккал/г сухого вещества.

Алгоритм решения

Определение ЧПС в степи в г сухого вещества – перевод ЧПС в ккал – расчёт ЧПП в ккал – определение суммы энергии ФАР за вегетационный период – расчёт коэффициентов использования ФАР при создании ВПП, ЧПП и ЧПС.

Задание №2

2.Рассчитайте площадь охоты лисы при условии, что она питается только сусликами, весит 8 кг, на поддержание её метаболизма необходимо по 1 ккал на каждый грамм живого веса в сутки. Место обитания суслика – целинная степь, ЧПП которой 600 г/м² / год сухой массы калорийности 3,5 ккал/г сухого вещества. Лиса усваивает 25% энергии суслика. Суслик выедает 30% фитомассы степи. Время охоты лис за сусликами март – октябрь месяцы.

Задание №3

3.Рассчитайте, какое количество пастбища обеспечит кормом козу массой 30 кг, если известно, что её потребность в корме 0,6 ккал/г живой массы, ЧПП надземной массы пастбища которой 600 г/м² / год, калорийность фитомассы 4 ккал/г. Животное для сохранения устойчивости экосистемы не должно поедать более 30% фитомассы пастбища. Продолжительность выпаса с мая по октябрь месяц.

Вопросы для самоконтроля

1. Приведите примеры трансформации энергии в экосистемах.

2. Понятие о первичной продуктивности экосистем.

3. Назовите единицы выражения первичной продуктивности.

4. Причины трансформации энергии ВПП в ЧПП и ЧПС.

5. Укажите величину использования коэффициента ФАР степными травянистыми экосистемами.

Тема 5: ДИНАМИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА

ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Время выполнения работы – 2 часа

Цель работы: изучить динамические качества экосистем и причины, влияющие на их проявление.

Теоретические сведения

Динамические качества – совокупность взаимосвязанных свойств, определяющая способность экосистемы адекватно изменять состояние, структуру и функции под воздействием внутренних и внешних факторов. Взаимосвязь и выраженность (полное проявление) динамических качеств природных экосистем определяет их стабильность, эволюционный характер развития, возможности адекватных ответных реакций, направленность и предсказуемость сукцессионного процесса.

Характеристика динамических качеств:

1. Гомеостаз – способность экологической системы к саморегуляции и самовосстановлению. Это свойство проявляется как внутреннее динамическое равновесие, поддерживаемое регулярным возобновлением структуры и вещественно-энергетического состава. Чаще всего гомеостаз проявляется как контроль за абиотическими факторами среды. В сукцессионном процессе контроль над средой возрастает медленно, поэтому молодые, развивающиеся экологические системы, не достигшие климакса, обладают не полным гомеостазом.

2. Доступность – способность экологической системы принять новые для нее виды. Популяции сообществ стремятся занять пространственные, временные и функциональные ниши. Внедрение организмов возможно только в случае освобождения одной из них или в случае формирования сообщества в сукцессионном процессе.

3. Живучесть (резистентная устойчивость) – способность системы сопротивляться резким внешним воздействиям, сохраняя и поддерживая свою внутреннюю структуру и функции. Экологические системы различаются по способности сопротивляться таким воздействиям как пожары, затопления, ливни, штормы, бураны и иные природные аномалии.

4. Устойчивость упругая – скорость восстановления структурных и функциональных свойств экологической системы после вывода её из стабильного состояния сильными внешними воздействиями. Это свойство, как и предыдущее, тоже по-разному проявляется у природных экосистем.

5. Замкнутость – проявление степени реутилизации веществ внутри системы. У замкнутых систем практически отсутствует выход (в том числе вынос, миграция) веществ за их границы.

6. Надежность – способность экологической системы неопределенно долго сохранять структуру и функции при относительно стабильных внешних воздействиях. Чем полнее механизмы саморегуляции и самовосстановления, тем система надёжнее. Таким образом, надёжность – это способность системы сохранять гомеостаз во времени.

Задание

Оцените проявление динамических качеств экосистем по 5-балльной шкале. Результаты оценки оформите в виде табл. 5.

Таблица 5

Проявления динамических качеств экосистем

Примерный перечень экологических систем

1. Широколиственный спелый лес.

2. Молодая дубрава.

3. Полезащитная лесная полоса.

4. Сосновый бор.

5. Заросли тростника.

6. Ковыльная степь.

7. Сбитое пастбище.

8. Пырейная залежь.

9. Песчаный берег реки или моря.

Вопросы для самоконтроля

1. Найдите принципиальное различие между гомеостазом и надёжностью экосистемы.

2. Определите взаимосвязь между доступностью и замкнутостью экологической системы.

3. Объясните зависимость стабильности экосистемы от резистентной и упругой устойчивости.

Тема 6: КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, МИГРАЦИИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ

Время выполнения работы – 2 часа

Цель работы: ознакомиться с механизмами и классификацией загрязнений окружающей природной среды.

Теоретические сведения

Загрязнение – внесение (введение) в среду не характерных для нее элементов (физических, химических, механических, биологических) или превышение среднемноголетних уровней присущих ей элементов.

Загрязнение – это не только выброс в природную среду вредных веществ, в качестве загрязнения можно рассматривать отклонение от оптимальных параметров температурного режима, уровней шума и освещенности и т.д.

С экологических позиций загрязнение представляет собой комплекс помех в экосистемах, воздействующих на потоки энергии и информации в пищевых цепях, и эти помехи ведут не к отбору, а к массовой гибели организмов, т.е. загрязнение – это давление, которое оказывается на экосистему.

Объектами (акцепторами) загрязнения являются основные элементы абиотической среды – атмосфера, гидросфера, литосфера.

Жертвами загрязненияявляются растения, животные, микроорганизмы.

Источники загрязнения – природный или антропогенный объект, вызывающий в биосфере или ее компонентах повышенное содержание загрязняющих веществ.

Источники загрязнения:

Антропогенные – промышленные предприятия, свалки бытовых отходов, теплоэнергетический комплекс, транспорт, животноводческие комплексы, склад химических веществ.

Природные – вулканы, естественные выходы нефти и газа, месторождения сульфидов (сернистый газ), радиоактивных руд (радон), подземные, лесные, степные пожары (табл. 6).

Таблица 6

Структура первичных загрязнений воздуха

Ингредиентами загрязнения (загрязнителями, поллютантами) являются тысячи химических соединений и элементов неорганической и органической природы, физические явления, продукты метаболизма живых организмов, вызывающие в организме или экосистеме токсико-экологические последствия.

Загрязнители разделяются:

а) по агрегатному составу – жидкие, твердые, газообразные;

б) по воздействию на живое вещество – мутагенное влияние (нарушение генофонда), канцерогенное влияние (обуславливающее развитие злокачественных новообразований);

в) по химической природе – неорганические и органические;

г) в зависимости от отраслей хозяйства – загрязняющие вещества химической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной промышленности, автотранспорта и т.д.

Классификация загрязнений

Типы загрязнения: природные, т.е. возникающие в результате естественных процессов, без вмешательства человека, и антропогенные, являющиеся результатом человеческой деятельности.

Виды загрязнения:

- химическое – тяжелые металлы, пестициды, химические вещества, химические элементы;

- физическое – тепловое, световое, радиационное, шумовое, радиоактивное, электромагнитное;

- механическое – пыль, мусор;

- биологическое – биотическое, микробное.

Каждый вид загрязнения имеет свои, специфические ингредиенты.

Формы загрязнения

Виды и типы загрязнения могут проявиться в форме катастрофы, случайного загрязнения, в глобальном, региональном или локальном масштабе.

Катастрофа – внезапное закономерное или незакономерное явление большого масштаба, трудно прогнозируемое и не регулируемое.

Случайные – незакономерные, регулируемые явления, которые можно предотвратить.

Глобальные (фоново-биосферные) – обнаруживаются в любой точке планеты далеко от его источника (ДДТ, радиация, бензопирен, полихлориды).

Региональные – обнаруживаются в пределах значительного пространства (региона), но не распространены повсеместно.

Локальные – загрязнение небольшого участка, обычно вокруг предприятия, города или его части, населенного пункта.

Поведение химических загрязнителей в среде

Попадая в среду, химические загрязнители

- могут оставаться в среде, не попадая в живые организмы;

- могут непосредственно попадать в живые организмы (рис. 1).

Находясь в среде, химические загрязнители

- могут полностью разрушаться на более простые и менее ядовитые или вообще не ядовитые соединения (нейтрализация);

- могут разрушаться на более простые, но не менее агрессивные соединения (активация);

- вступают в реакцию с веществами среды и меняют свою агрессивность в ту или иную сторону (нейтрализация или активация);

- локализуются в одной из сред и включаются в круговорот.

Рис. 1. Пути загрязнителей от источника до токсического воздействия

Попав в живые организмы, химические загрязнители

- включаются в метаболизм и превращаются в менее ядовитые или неядовитые соединения (нейтрализация);

- накапливаются в живом организме, усиливая ядовитые свойства в результате повышения концентрации (активизация);

- включаются в пищевую цепь и в круговорот.

Задание

1. Могут ли считаться загрязнителями

а) внесение минеральных удобрений;

б) применение органических удобрений;

в) обработка леса инсектицидом;

г) выгрузка строительного мусора в лесополосу;

д) сильный ливень;

е) град;

ж) котлован строительной площадки?

2. Укажите объекты, загрязняющиеся в большей степени

а) в производственных процессах растениеводства;

б) животноводческими комплексами;

в) предприятием по переработке молока;

г) асфальтовым заводом;

д) лесоперерабатывающей промышленностью;

е) нефтедобывающей промышленностью.

3. Назовите жертв загрязнения строительством.

4. Назовите конкретные источники загрязнения при строительстве зданий, сооружений, производственных цехов.

5. Перечислите основные ингредиенты загрязнения

а) котельной на угле;

б) гаража;

в) овощной плантации;

г) механизированного тока;

д) при производстве консервированной продукции.

6. Какие природные загрязнения проявляются в Ростовской области?

7. Какие виды загрязнения наиболее характерны

а) для процесса строительства;

б) для консервного завода;

в) для горнодобывающей промышленности.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение термину «загрязнение».

2. Назовите объекты и жертвы загрязнения.

3. Перечислите источники загрязнения.

4. Понятие об ингредиентах загрязнения.

5. Перечислите виды воздействия загрязнителей на живое вещество.

6. Типы загрязнения.

7. Виды загрязнения.

8. Формы загрязнения.

9. Понятие о катастрофическом и случайном загрязнении.

10. Глобальное, региональное и локальное загрязнение.

11. Поведение химических загрязнителей в среде.

12. Поведение химических загрязнителей в организме.

Тема 7: НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Время выполнения работы – 2 часа

Цель работы: ознакомиться с основными принципами нормирования качества природной среды.

Теоретические сведения

Нормирование качества природной среды – установление пределов и показателей, в которых допускается их изменение. Это научная и правовая деятельность человека, нацеленная на охрану природы и рациональное природопользование. Этапность: вначале разработка регламентов, а затем на их основе – нормативов антропогенного воздействия на природные системы, при которых сохраняется их нормальное функционирование. Цель – ограничение антропогенных воздействий пределами, при которых не происходит существенных структурных и функциональных изменений экосистем.

Основные принципы:

1) сохранение здоровья населения;

2) сохранение естественного состояния природной среды.

Научной основой установления нормативов качества природной среды, норм воздействия на природную среду является понятие экологического резерва и емкости природной среды. Под экологической емкостью природной среды, экосистемы, биосистемы понимается способность воспринимать чужеродные воздействия без изменения своих структуры и функционирования.

Экологический резерв определяется допустимыми пределами изменения состояния биологических систем, при которых сохраняются структура и основные функции.

Под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов человека, вызывающая ингредиентные, параметрические, биоценотические, биогеоценотические и деструкционные изменения природной среды.

Нормативами качества природной среды являются предельно допустимые нормы воздействия на нее со стороны хозяйственной, рекреационной и иной деятельности человека. Нормативы качества – своего рода вынужденный временный компромисс между хозяйственной деятельностью человека и осознанной необходимостью сохранения целостности природной среды.

Классификация нормативов качества природной среды

1. Для реализации принципа сохранения здоровья населения разрабатываются санитарно-гигиенические нормативы – количественные показатели окружающей среды, соблюдение которых обеспечивает безопасные уровни их влияния на состояние здоровья и гигиенические условия жизни человека.

Главные в этой группе – нормативы, т.е. предельно допустимые концентрации (ПДК) – количество загрязняющего вещества в окружающей среде (почве, воде, воздухе, пище), которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК рассчитывают на единицу объема (воздух, вода), массы (почва, пищевые продукты) или поверхности (кожа, растения).

В настоящее время в нашей стране действует более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почвы. В продуктах питания для вредных веществ, способных к кумуляции в живых организмах (растения, животные), в процессе их жизнедеятельности устанавливаются предельно допустимые остаточные количества (ПДОК).

Предельно допустимый уровень (ПДУ) – максимальный уровень воздействия параметрических загрязнителей – радиации, шума, вибрации, магнитных полей и иных физических факторов, не представляющий опасности для здоровья человека и состояния иных элементов биоты.

В случаях, когда ПДК и ПДУ не определены и находятся в стадии разработки, используют такие временно устанавливаемые нормативы, как ориентировочные безопасные уровни воздействия (ОБУВ), ориентировочно допустимые уровни (ОДУ), ориентировочно допустимые концентрации (ОДК).

2. Для реализации принципа сохранения естественного состояния природной среды разрабатываются и устанавливаются экологические нормативы. Их цель – установление требований к источнику загрязнения, ограничение его деятельности. Наиболее распространенные и известные нормативы – предельно допустимые выбросы (ПДВ) и предельно допустимые сбросы (ПДС).

Предельно допустимые выбросы – выброс вредных веществ в атмосферу, устанавливаемый для каждого источника загрязнения при условии, что приземная концентрация этих веществ не превысит их предельно допустимую концентрацию. Нормативы ПДВ – обязательные элементы разрешения на выброс в атмосферу для всех предприятий-загрязнителей.

Предельно допустимый сброс – максимально допустимая масса вещества в сточных водах, сбрасываемых предприятием в водные объекты, устанавливаемая с учетом предельно-допустимой концентрации в местах водопользования.

В случаях невозможности выполнения нормативов ПДС и ПДВ предприятием по объективным причинам (начало эксплуатации, аварии) устанавливаются временно согласованные выбросы или сбросы вредных веществ (ВСВ или ВСС), однако оговариваются также временные нормы их соблюдения и этапность их сокращения и доведения до стандартных показателей.

Предельно допустимая норма применения агрохимиката – экологический норматив (ПДНах), устанавливаемый в виде научно обоснованных норм, доз и сроков применения удобрений, пестицидов, стимуляторов роста, ингибиторов, зоо- и ветпрепаратов, обеспечивающих хозяйственную эффективность и учитывающих соответствующие нормативы ПДК для сред (атмосфера, почва, вода) и ПДОК продуктов питания.

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 940; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!