2. Биогенное загрязнение водных экосистем

В процессе поступления биогенов происходит естественный процесс - эфтрофикация – повышение биологической продуктивности водных объектов, накопление биогенных элементов под воздействием антропогенного или естесств факторов. Деятельность человека ускоряет процесс в десятки раз, особенно в агроландшафтах. Органогены: О, Н, С. Кроме них для жизнедеятельности нужны биогены: Р, K, Na, N, Ca. Участвуют в био- и геохимических циклах, поступают в водные объекты. Среди биофильных наиболее значимы: P, N, K. Механизм воздействия эвтрофикации: 1. Повышение содержания биогенных элементов в верхних горизонтах воды вызывает бурное развитие растений в этой зоне (в первую очередь фитопланктона, а также водорослей-обрастателей) и увеличение численности питающегося фитопланктоном зоопланктона. В результате прозрачность воды редко снижается,глубина проникновения солнечных лучей уменьшается, и это ведет к гибели донных растений от недостатка света. После отмирания донных водных растений наступает черед гибели прочих организмов, которым эти растения создают места обитания или для которых они являются вышерасположенным звеном пищевой цепи. 2. Сильно размножившиеся в верхних горизонтах воды растения (особенно водоросли) имеют намного большую суммарную поверхность тела и биомассу. В ночные часы фотосинтез в этих растениях не идет, тогда как процесс дыхания продолжается. В результате в предутренние часы теплых дней кислород в верхних горизонтах воды оказывается практически исчерпанным, и наблюдается гибель обитающих в этих горизонтах и требовательных к содержанию кислорода организмов (происходит так называемый «летний замор»).

3. Отмершие организмы рано или поздно опускаются на дно водоема, где происходит их разложение. Однако донная растительность из-за эвтрофикации погибает, и производство кислорода здесь практически отсутствует. Если же учесть, что общая продукция водоема при эвтрофикации увеличивается, между производством и потреблением кислорода в придонных горизонтах наблюдается дисбаланс, кислород здесь стремительно расходуется, и все это ведет к гибели требовательной к кислороду донной и придонной фауны. Аналогичное явление, наблюдающееся во второй половине зимы в замкнутых мелководных водоемах, называется «зимним замором».

4. В донном грунте, лишенном кислорода, идет анаэробный распад отмерших организмов с образованием таких сильных ядов, как фенолы, сероводород,метан. В результате процесс эвтрофикации уничтожает большую часть видов флоры и фауны водоема, практически полностью разрушая или очень сильно трансформируя его экосистемы, и сильно ухудшает санитарно-гигиенические качества его воды, вплоть до ее полной непригодности для купания и питьевого водоснабжения.

Типы водоемов по трофности: 1) дистрофные – с наименьшим кол-м биогенных элементов 2) олиготрофные – с низкой продук-ю, глубокие водоемы 3) мезотрофные – с наид оптимальными условиями разл 4) эвтотрофные с высоким поступлением биог эл, высокопродук-ые5) гипертрофные – с критически высоким содержанием органогенов и биогенов. Для норм функционирования нужны определенные концентрации, пороговые. С их ↑ нарушается способность к самоочищению.

Билет№7. 1.Блочная модель круговорота биогенных элементов.2.Техногенное загрязнение почвы.

Биотический круговорот – это круговорот биогенных эл-в: O2,N,C,H, а также Ca и K. Органогены-О,Н,С.Собств биогенные:N,P,Ca.Все биогенные эл-ты совершают круговорот, входя в состав тел организмов. Могут быть доступны и недоступны для животных организмов. N недоступен, только нитриты,нитраты. Cа в раств-й форме доступен, в нераствор-й нет. Эрозия почв, вырубка лесов спосбствуют быстрому вымыванию эл-в. В большинстве случаев прир экосистемы устойчивы. Эл-ты поступают с осадками,из почвообразующих горных пород,из почвеных вод.Растения поглощают эл-ты,затем разлагаясь обогащают экосистему. Блочная модель: Выделяют 5 блоков, из них наиболее активны 3, 2 слабо участвуют (малодоступны).

Ассимиляция химических элементов за счет органического связывания. Жив-ые поглощают биогенные элементы, наиболее активно поглощают кислород. Поглощение МЕ: Са, Mg, могут быстро выходить из блока живых организмов. Ливни могут вымывать магний, калий из листьев. Значит часть углерода приходится в дендрит при отмирании живых организмов. Биогеннов много в воздухе, почве в газообразной, жидкой, твердой форме.Самый большой фонд О2 – литосфера, особенно много О2 в соединении с Са, карбонатах. Многие элементы проходя через сообщества могут фиксировать(ся). С – большая часть в почву в виде торфа, накапливается. Много Са и Р в донных отложениях морей, где снижен процесс разложения.

2.Техногенное загрязнение почвы. Ежегодно нагрузка на почву увеличивается.Черноземы, темные почвы прерий, серые лесные, бурые лесные распаханы на 40-50 %. Красноземы,каштановые и горные почвы распаханы в меньшей степени. Причины деградации почв: добычи полезных ископаемых, эрозия почв, выпас скота,орошение,осушение,вторичное засоление,прим-е пестицидов, удобрений,тяжелой с-х техники. Водная эрозия почв – смывается плодородный слой, уменьшается кол-во гумуса.Орошение приводит кзаболачиванию,засолению.Неблаг возд-е на почву: 1)физическое – эрозия, уплотнение, захламление. 2)хим возд-е – поступление и поглощение загр-х вещ-в,изменение рН.3)биологическое-сокр-е видового разн-я, увел-е патогенных организмов.Устанавливают нормативы – ПДК вещ-в для почв. Подвижность хим. соединений в почве - способны соед. хим элеметы переходить с твердых фаз почвы в почвенные растворы.

Классы опасности химических веществ по степени отр. воздействия на почву, растения, животных. 1 – вещества высокоопасные (ртуть,свинец, мышьяк бензапирен, сера, фосфор,цинк), 2 – умеренно опасные (никель,молибден, медь,сурьма). 3 – малоопасные (барий,вольфрам,марганец,стронций). Много вещ-в выбрасывается с выхлопными газами в атмосферу и осаждается на почву.Тяжелые металлы опасны, негативно возействуют на экосистемы. Токсическое возд-е может быть прямым и косвенным. Косвенное – перевод питательных вещ-в в недоступное состояние. Металлы в почвах могут претерпевать хим. превращения, в рез-те чего их токсичность меняется. Наиб опасны подвижные формы, доступные живым организмам. Диоксины загрязняют почву. Загр-е биол путем – в рез-те создания условий для развития патогенных грибов, они выделяют микотоксины,повреждающие растения. Кол-во орг вещ-ва в почве-важный показатель состояния окружающей среды. при внесении искусственных органических и минеральных удобрений изменяется фракционный состав гумуса, увеличивается наиболее подвижная фракция – фульвокислоты и уменьшается фракция ценных гуминовых кислот. Загрязнение соединениями хлора – соли NaCl, KCl,MgCl,CaCl.аккумуляция хлора происходит в регионах с высокой температурой и малой влажностью. Наиболее токсичны сбросы хим-й и легкой промышленности,нефтепереработка. Почвы могут одновременно загрязняться несколькими загрязнителями.Для рассчета применяют суммарный показатель концентрации.∑с=∑Кn-(n-1),Кn – коэффициент концентраций, равен отношению концентрации вещ-ва в почве к фоновой конц-ии вещ-ва или кларку. n – кол-во загрязнителей.

Билет№8. 1. Круговорот кислорода. 2. методы контроля за загрязнениями окружающей среды.

Кислород содержится повсеместно в больших кол-х, второй элемент по массе в атмосфере 21%. Этопланетарный цикл - связывает атмосферу и гидросферу с земной корой.

Ключевые звенья круговорота О2:1)образование свободного О2 при фотосинтезе,2)потребление в процессе дыхания,3)обр-е окисленных соеднений.

Ежегодно 75% O2 производится растениями суши, 25% океана. К связанному О (в воде, солях, окислах, горных породах) экосистемы не имеют непосредственного доступа.При фотосинтезе на каждый атом С высвобождается по 2 атома О.О весит больше,чем С.Вода вступает в сложные процессы,проходя через процессы дыхания,фотосинтеза вода меняется.О2 обр-ся при фотосинтезе получает один атом от СО2,другой от Н2О. При дыхании- О2 отдает один атом СО2,другой Н2О

Объем кислорода потребляемого и выделяемого почти равновесен, без учета деятельности человека. Т.к кислород потребляется живыми организмами после выделения гомеостаз, чем больше выделяется, тем больше диффундирует в воду, ↑ конц кислорода, усиливается дыхание. Значительная часть кислорода потребляется для сжигания топлива, нарушается баланс.

2. методы контроля за загрязнениями окружающей среды.1) прямое измерение конц загрязнителей или ключевых веществ в экосистемах, которые могут изменятся. Н-р, кислород.Использование нормативов качества среды,установленных в соотв-ии с физ-ми,хим-ми,биол-ми показателями,при соблюдении кот-х обеспечивается благоприятная среда. Нормативы допустимого возд-я на окр среду – нормы,при кот-х воздействие на среду в пределах нормативов качества. Нормативы допуст антропогенной нагрузки,выбросов и сбросов,установление лимитов на выбросы, 2) использование биологических показателей. Микробиологическое – изменения биогеоцен. Н-р, количество пигмента в сине-зеленых водорослях указывает на повышение углеродного загрязнения. Среди простейших – уменьшение размеров при загрязнении. Экологический мониторинг— это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов. Методы исследования при экологическом мониторинге: Физикохимические, Биохимические,Биоиндикаторные, методы дистанционного зондирования земли. Физ-химические составляют основу получения данных о химическом составе, физических свойствах природных сред, объектов, а также об антропогенных источниках воздействия на них. В основе лежит последовательность операций – отбор проб с последующим аналитическим измерением. Биоиндикация – разновидность индикаторного подхода, суть заключается в определении состояния одной экосистемы по состоянию другой, более доступной для исследования и измерений. Исследуемая система – индикатор. В биоиндикации используется организм или группа организмов, которые реагируют на изменения жизненных функций. Индикаторы : 1) реактивные (раньше реагируют на источник загрязнения изменениями обмена вещ-в; 2) аккумулятивные – насыщаются вредными веществами, а затем демонстируют реакцию с ярко выраженными изменениями. Дистанционное зондирование земли: основаны на результатах изменений испускания электромагнитного излучения земной поверхности, включая все расположенные на ней природные, природно-техногенные и другие объекты, направлено на изучение ландшафтов по их изображению. Для зондирования используются особые платформы с размещенными на них измерительными аппаратами.

Билет №9. 1. Круговорот углеводорода. 2.Биоиндикация.

Самый интенсивный круговорот, с высокой скоростью циркулирует между разл неорган-ми вещ-ми, а через пищевые цепи внутри сообществ. Углерод совершает полный круг через живые организмы за 300 лет. В биосфере углерод представлен в наиб подвижной форме-СО2.первый источник СО2-вулканическая деятельность. Миграция СО2 по двум путям:1.Органический мир. Поглощение СО2 в процессе фотосинтеза растениями с образованием друг органических вещ-в(глюкоза), которые служат строительным материалом для других живых организмов. Вдальнейшим по пищевым цепям переносится и входит в состав тканей всех живых существ экосистемы. Круговорот углерода может завершиться быстрее – выделяться при дыхании, дольше – после гибели растения, еще дольше – после гибели животных. СО2 выделяется при дыхании растений, большая часть высвобождается при их гибели. Значительная часть высвобождается при сжигании топлива: лесов, торфа. Большая часть фиксир. В виде полезных ископаемых и карбонатов, уходя в малодоступный фонд. 2.Неорганический мир – по карбонатной системе. С соединяется с О2, вступает во взаимоотношения с водой Н2О, образуя угольную кислоту, которая диссоциирует на атомы и взаимодействует с металлами. Образуется CaCО3, карбонаты биогенного (при разложении биологического вещ-ва ) и абиогенного (в воде) происхождения. Соотношение биогенного и абиогенного 1:4, Наряду с большими круговоротами сущ-т ряд малых-на поверхности суши и в океане. Соотношение С в биосфере сохраняется в постоянстве,если нет антропогенного вмешательства. Обмен С между биосферой,атмосферой и гидросферой обусловлен газовой функцией живого вещ-ва,процессами диструкции,фотосинтеза,дыхания.Важн особ-ть кругворота в том,что в давние геол эпохи основная часть органики не использовалась, а накапливалась в литосфере в виде угля,нефти,горючих сланцев. В лиосфере С гораздо больше чем в атмосфере. Техногенный поток углерода -10 % от естественного,это угрожает нарушением регуляции круговорота. При дыхании многие растения выделяют СО2, почвенные грибы и бактерии много выд-т. Выделяется СО2 корнями растений , обогащая почву угл газом. СО2 растворяется в воде, фиксируется водными растениями, меньше возвращ в атмосферу. Круговорот С в воде более сложен, т к возрат С в виде СО2 зависит от поступления О2 в верхние слои. Между сушей и океаном постоянно идут процессы миграции углерода и преобладает вынос С с суши в океан. Из океана на сушу немного в виде СО2.Человек рассшатывает стационарное равновесие экосистемы: при повышении СО2 в воздухе усил-ся процессы фотсинтеза, зелень планеты и карбонатная система океана удаляют СО2 из атмосферы. Возрастает потребление полезных ископаемых.сокр-ся кол-во тепла уходящего в космос,увел-ся кол-во пыли, сажи в атм-ре,кт-е отражают солнечные лучи.2.Биоиндикация.

Биоиндикация – разновидность индикаторного подхода, суть заключается в определении состояния одной экосистемы по состоянию другой, более доступной для исследования и измерений. Исследуемая система – индикатор. В биоиндикации используется организм или группа организмов, которые реагируют на изменения жизненных функций. Индикаторы : 1) реактивные (раньше реагируют на источник загрязнения изменениями обмена вещ-в; 2) аккумулятивные – насыщаются вредными веществами, а затем демонстируют реакцию с ярко выраженными изменениями.

Показатель, монитор.и тест-организмы. Показатель – характеризуется способность организма демонстрировать присутствие или отсутствие определенного фактора. Каждый вид существует в ограниченной области, его отсутсвие или присутсвие говорит о соответствии условий. Био тест – накопление в органах. Монитор – позволяет регистрировать изменения, происходящие в определенное время.

При индикации существует 2 подхода: Пассивный метод – используется организм, существующий в экосистеме, организмы исследуются на видимые или незаметные повреждения,отклонения показателей от нормы – признаки стрессового возд-я.Активный метод – пытаются обнаружить те же возд-я на тест-организмы, кот-е нах-ся в станд условиях на исследуемой территории.Плюсы – относительная быстрота проведения, получение точных воспроизводимых результатов, объекты по возможности в большом кол-ве и с однородными свойствами. Экосистемы или их участки наиболее чувствительные к неблагоприятным воздействиям, наз-т критическими.В природе к критич звеньям природных экосистем, где аккумулируются загр вещ-ва и создаются высокие нагрузки на биоту, относятся – лесная подстилка, лишайнико-моховые сообщества, степной войлок. Хвойные леса-очень заметно реагируют на различ виды загрязнений. Отдельные биоиндикаторы - различные доминирующие виды. н-р,клевер,мятлик,полынь,тысячелистник. Загр-е через почву ведет к смене видового состава. Индикатором состояния окр среды выступает древесная растительность, особенно сосна. может наблюдаться дефолиация деревьев. Лихеноиндикация – в кач-ве биоиндикаторов-лишайники, они оч чувчтвительны к повышению кислотности (чувств-ны особенно бородатые лишайники).Грибы-индикаторы загрязнения почв тяжелыми металлами

Билет №10.1.Круговорот азота и фосфора.2.Загр-е тяжелыми металлами.

N- незаменимый элемент, входит в состав белков и нуклеиновых кислот.Круговорот сложный,вкл-т минеральную и газовую фазы. Считается самым идеальным круг-ом. Круговорот азота связан с С, N следует за С, они участвуют в обр-ии всех форм протеина.В воздухе азота 78%.но большая часть живых существ непосредственно использовать его из воздуха не может. Чтобы его усвоили растения,нужно чтоб он входил в состав ионов, аммония или нитратов. Азот в атмосферу поступает в связи с работой денитрифицирующих бактерий.В преврщении азота важную роль играют азотфиксирующие бактериии,живущие в клубеньках растений. Растения дают им пищу-сахар,взамен получая доступную форму азота. Далее по пищевым цепям азот передается от бобовых др организмам экосистемы.в процессе клеточного дыхания азот соед-я ресщепляются и азот выд-ся в среду,чаще всего в виде аммонийной формы. Некот бактерии способны переводить азот и в нитратную форму.Такой круговорот наз-т минеральным. В воде азот фиксируют сине-зеленые водоросли. Протеины и др формы орг азота,кт-й сод-ся в растениях и животных после отмирания подвергаются возд-ю редуцентов, которые получают необходимую энергию восстановлением орг азота, в процессе этого выд-ся аммиак. В почве происходит нитрификация – цепь реакций, где при участии микроорг-в осущ-ся окисление аммония до нитритов, а нитритов до нитратов. Восст-е нитритов и нитратов до газообр состояния – денитрификация. Обр-е нитратов неорг-м путем происходит во время гроз путем связывания азота с О. Выделение газообразного соединения N происходит постоянно при извержении вулканов. Соединение устойчиво, редко вступает в соединение. Основная направленность азота поступление его из воды из недр в атмосферу, если в атмосферу поступает в газообразном состоянии, то в гидросфере в виде соединений. Азотосодержащие соединения очень легко вымываются из почвы, легко растворяются, легко усваиваются живыми организмами. Особенности: 1)б-во организмов не могут ассимилировать азот напрямую, 2)N не принимает непоср-го участия в высвобождении энергии при дыхании, его главная роль в том, что он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, 3)биоразложение азотсод-х соединений до неорг форм слагается из неск-х стадий, в нект стадиях необходимо участие спец бактерий,4)большая часть биохим превращений,уч-х в разложении азота происходит в почве,где доступность азота растенияям облегчается растворимостью его неорг соединений, 5)общее время круговорота – чутьбольше 100 лет.

Круговорот фосфора: кларк фосфора в земной коре в несколько десятков раз больше чем азота. Р связан с обменными веществами у животных и растений, в основном на суше. Круговорот: почва-растения-животные-почва. Живые организмы ассимилируют Р, поэтому его в 10р больше чем в земной коре. Р при разложении органического веществ переходит в фосфаты. Р в процессе миграции не обр-т газовой формы. Резервуар Р не атмосфера,а минеральная среда. Основной источник неорганического фосфора апатиты образуются после извержения лавы. Горные породы содержат фосфор подвергаясь эрозии, выщелачиваются, могут усиливаться в виде фосфат ионов. Много Р в мировом океане в виде анионов, много Р в органических соединениях. Р необходим животным и растениям поэтому постоянно фиксируется. В свободном состоянии Р существует редко в основном в биомассе растения, так же легко растворяется и вымываются.

Водные экосистемы осуществляют постоянный перенос Р, однонаправленный с суши в океан с речными водами. Большая часть выносится в виде возвещенных частиц. Человек добывает Р увеличивает круговорот. Берет его из недоступного фонда и выносится на поля. Требующее постоянное пополнение. Повыщение концентрации Р приводитк его накоплениям в континентальных водоемах приводик к эвторификации. Может возникнуть дефицит Р – слабое звено. Поступление Р на сушу только в результате разных птиц и рыбной продукции.Чем больше вносится удобрений, тем больше вымывание и загрязнение