Экология
.pdfМасса нефтепродуктов, извлекаемых из 1 м3 сточной воды: m1 = 1000 · 6930 = 6,93 · 106 мг = 6,93 кг.
Масса нефтепродуктов, извлекаемых из сточных вод установкой за год, составляет:
m2 = 2,628 · 106 (м3) · 6,93 (кг/м3) = 18,212 · 106 (кг) = 18212 тонн.
Задача 2. Рассчитайте кратность начального разбавления при выпуске сточных вод на среднюю глубину водоема.
№ |
V, м/с |
Нср, м |
q, м3/ч |
варианта |
|
|
|
1 |
5 |
3,2 |
1000 |
2 |
6 |
4,5 |
1100 |
3 |
7 |
5,3 |
1200 |
4 |
8 |
6,9 |
1300 |
5 |
10 |
7,0 |
1400 |
6 |
12 |
8,1 |
1500 |
7 |
14 |
9,8 |
1600 |
8 |
16 |
10,5 |
1700 |
9 |
10 |
5,5 |
900 |
10 |
8 |
7,1 |
1000 |
11 |
9 |
9,3 |
1050 |
12 |
11 |
10,1 |
1100 |
13 |
14 |
3,7 |
1250 |
14 |
5 |
6,1 |
1200 |
15 |
3 |
5,4 |
1350 |
16 |
2 |
6,1 |
1050 |
17 |
7 |
7,9 |
950 |
18 |
8 |
3,5 |
1000 |
19 |
9 |
4,2 |
1250 |
20 |
12 |
9,2 |
1400 |
Расчёт произведите по формуле
= |
, |
∙ |
∙ |
ср |
, |
, |
∙ |
∙ |
ср |
|
|
|
|
где V – скорость ветра над водой в месте выпуска сточных вод, м/с; Нср – средняя глубина водоёма вблизи выпуска, м;
q – максимальный часовой расход сточных вод, м3/ч.
71
Задача 3. Запасы воды в ледниках составляют 68,7 % от общих запасов пресной воды на Земле. На сколько метров повысится уровень Мирового океана, если произойдет таяние льда? Какие причины могут способствовать этому и к чему это может привести?
Задача 4. В выработанной шахте было захоронено 2800 тонн известковой суспензии, содержащей 10 % мышьяка (As). В последующем 5,6 % мышьяка перешло из суспензии в грунтовые воды, объем которых в районе расположения свалки составляет 3 млн м3. Оценить степень опасности использования для питья воды из колодцев, если безопасная недельная доза для человека составляет 0,5 мг As. При разовом поступлении 1,5–2 мг мышьяка на 1 кг веса человека наступает смерть. Дать токсикологическую характеристику мышьяка.
ТЕМА 6. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №8. МЕТОД РАСЧЁТА ВОЗМОЖНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ЭКОСИСТЕМ ПО БИОКЛИМАТИЧЕСКОМУ ПОТЕНЦИАЛУ
Биоклиматический потенциал имеет очень большое значение для продуктивности растительных ценозов. Те или иные условия, складывающиеся в основных зонах производства растительной продукции, влияют на обеспеченность промышленности сырьем, животноводства – кормами, население страны – продуктами питания.
Задание
Выполните расчёт возможной продуктивности экосистем по биоклиматическому потенциалу (табл. 15).
Таблица 15
Исходные данные
№ |
Регион |
Культура |
|
Кр |
Кп |
варианта |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2200 |
|
|
1 |
Архангельский |
Кукуруза |
1,20 |
0,60 |
|
2 |
Ленинградский |
Озимая пшеница |
1450 |
1,20 |
0,60 |
3 |
Ивановский |
Озимая рожь |
1350 |
1,10 |
0,55 |
4 |
Владимирский |
Овес |
1400 |
1,12 |
0,56 |
5 |
Костромской |
Ячмень |
1350 |
1,18 |
0,59 |
6 |
Московский |
Яровая пшеница |
1450 |
0,99 |
0,53 |
72
Окончание табл. 15
№ |
Регион |
Культура |
|
Кр |
Кп |
варианта |
|
||||
|
|
|
|
|
|
7 |
Ярославский |
Горох |
1250 |
1,00 |
0,45 |
8 |
Волгоградский |
Гречиха |
1300 |
0,95 |
0,40 |
9 |
Псковский |
Люпин |
1700 |
1,08 |
0,55 |
10 |
Новгородский |
Огурец |
1200 |
0,96 |
0,40 |
11 |
Тульский |
Томат |
1500 |
0,96 |
0,45 |
12 |
Омский |
Капустные |
1100 |
0,94 |
0,39 |
13 |
Смоленский |
Свекла |
1400 |
0,96 |
0,41 |
14 |
Кировский |
Морковь |
1500 |
1,20 |
0,60 |
15 |
Курский |
Репа |
1000 |
1,04 |
0,53 |
16 |
Воронежский |
Картофель |
1250 |
1,18 |
0,60 |
17 |
Краснодарский |
Яровая пшеница |
1550 |
0,83 |
0,35 |
18 |
Саратовский |
Озимая пшеница |
1500 |
0,96 |
0,43 |
19 |
Рязанский |
Огурец |
1250 |
1,04 |
0,42 |
20 |
Липецкий |
Морковь |
1450 |
0,82 |
0,35 |
Продуктивность экосистем по биоклиматическому потенциалу определяется по следующей формуле:
|
|
|
БКП = |
∙ |
∑ |
> 10 |
, |
|
где БПК – биологический потенциал продуктивности1000 |
экосистем, баллы; |
|||||||
ний |
∑ |
> 10 |
– сумма среднесуточных активных температур воздуха за лет- |
|||||
|
период, превышающих + 10 °С; |
|
|
|
|
|
||
|
Кр |
– коэффициент биологической |
продуктивности, который зависит |
от влагообеспеченности растений и представляет собой отношение максимальной продуктивности в условиях достаточного увлажнения к продуктивности при недостатке влаги;
1000 °С – сумма температур на северной границе полевого земледелия, которая показывает качественную и количественную оценку биологической продуктивности климата.
Величину потенциальной биологической продуктивности пересчитывают на продуктивность той или иной культуры по следующей формуле:
= п ∙10∙БКП,
где m – продуктивность, ц/га;
Кп – коэффициент продуктивности культур (т. е. количество урожая на каждые 100° сумм температур).
73
Форма отчета о выполненной работе
Содержание отчета включает исходное задание, формулы и результат расчета определения продуктивности экосистемы по биоклиматическому потенциалу и продуктивность той или иной культуры (в зависимости от варианта).
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №9. ПРОБЛЕМА НАКОПЛЕНИЯ НИТРАТОВ В РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ
Современное земледелие, связанное с интенсивным использованием удобрений, способствует избыточному накоплению нитратов (NO3) в продуктах растительного происхождения: картофеле, овощах, фруктах.
В растениях нитраты, преобразуясь в другие формы азота, входят в состав белков, нуклеиновых кислот, т. е. играют важную роль в структуре и обмене веществ растений.
При избыточном поступлении нитратов в растения они не успевают усваиваться и накапливаться в них, не причиняя вреда. Попадая с растительной продукцией в организм человека, нитраты включаются в состав крови, аминокислот. При избытке нитраты восстанавливаются до нитритов и нарушают транспортную функцию крови, взаимодействуют с другими азотными соединениями и образуют вещества, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами.
Особенно опасно высокое содержание нитратов, попадающих в организм с питьевой водой. Предельно допустимая концентрация нитратов в питьевой воде в нашей стране составляет 10 мг/л. В организм взрослого человека без вреда для здоровья может поступать до 325 мг нитратов в сутки.
Главный источник нитратов в пище человека – овощи, картофель, фрукты. На их долю приходится более 80 % нитратного азота, поступающего в человеческий организм, остальной нитратный азот попадает с питьевой водой, мясом и др.
Задание 1. По данным таблицы определите урожайность культур и содержание в них нитратов. Сделайте вывод об опасности продуктов, сравнив содержание нитратов в них с ПДК. (Пустые ячейки заполняются студентами самостоятельно.)
74
Культура |
Урожай |
ПДК NO3 в |
Вынос нитратов |
Содержание |
||
|
|
продукции, |
овощами и |
|||
% |
т |
NO3, мг/кг |
||||
|
мг/кг |
картофелем, кг |
||||
Капуста |
8 |
|
500 |
1302 |
|
|
Морковь |
26 |
|
250 |
2451 |
|
|
Лук |
0,001 |
|
80 |
0,03 |
|
|
репчатый |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
зеленый |
0,0001 |
|
600 |
0,03 |
|
|
Огурец |
2,5 |
|
150 |
171,4 |
|
|
Редис |
0,1 |
|
1100 |
36,9 |
|
|
Свекла |
0,9 |
|
1400 |
377,9 |
|
|
Томаты |
0,4 |
|
150 |
30,9 |
|
|
Картофель |
|
|
250 |
4257,5 |
|
|
Всего |
100 |
42850 |
– |
– |
– |
Задание 2. В организм взрослого человека может поступать не более 325 мг нитратов в сутки без ухудшения его здоровья. В меню человека входили следующие продукты с определенным содержанием нитратов (в скобках):
№ |
Продукты |
Вес продукта, г |
|||
варианта |
(содержание NO3 в сырой массе, мг/кг) |
||||
|
|||||
|
Картофель |
520 |
(150) |
||
1 |
Морковь |
350 |
(180) |
||
|
Лук зеленый |
120 |
(220) |
||
|
Свекла |
240 |
(1070) |
||
2 |
Редис |
100 |
(1000) |
||
|
Картофель |
450 |
(180) |
||
|
Картофель |
500 |
(130) |
||
3 |
Томаты |
500 (60) |
|||
|
Огурец |
250 |
(140) |
||
|
Свекла |
240 |
(1050) |
||
4 |
Виноград |
300 (50) |
|||
|
Укроп |
20 |
(920) |
||
|
Томаты |
450 (85) |
|||
5 |
Огурец |
200 |
(150) |
||
|
Салат |
90 |
(850) |
||
|
Огурец |
250 |
(160) |
||
6 |
Лук репчатый |
25 |
(60) |
||
|
Капуста белокочанная |
340 |
(180) |
||
|
Картофель |
500 |
(145) |
||
7 |
Петрушка |
40 (1100) |
|||
|
Перец сладкий |
120 |
(150) |
75
№ |
Продукты |
Вес продукта, г |
|
варианта |
(содержание NO3 в сырой массе, мг/кг) |
||
|
|||
|
|
|
|
|
Морковь |
300 (200) |
|
8 |
Укроп |
25 (950) |
|
|
Картофель |
600 (170) |
|
|
Щавель |
80 (1800) |
|
9 |
Салат |
70 (800) |
|
|
Томаты |
300 (45) |
|
|
|
|
|
|
Томаты |
400 (75) |
|
10 |
Огурец |
300 (230) |
|
|
Картофель |
100 (50) |
|
|
|
|
Необходимо учесть, что картофель и свеклу использовали в вареном виде, остальные овощи и фрукты – в сыром. Содержание нитратов в продукте меняется в зависимости от используемой в пищу части растения и вида обработки (табл. 16).
|
|
|
Таблица 16 |
|
Количественное содержание нитратов в различных культурах |
||||
|
|
|
|
|
Культура |
|
Содержание нитратов |
|
|
|
|
|
|
|
Пониженное |
Среднее |
Повышенное |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Картофель |
Мякоть клубней |
Ботва, глазки |
Корни, кожура клуб- |
|
(на 20 %) |
клубней |
ней (на 20 %) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Капуста |
Листья без кроющих |
|
Кочерыга, кроющие |
|
Черешки листьев |
зеленые листья (на 20 |
|
||
белокочанная |
(на 20 %) |
|
%) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Морковь |
Мякоть корнеплода |
Розетки листьев |
Корни (на 20 %) |
|
|
(на 20 %) |
|
|
|
Огурец |
Мякоть плода |
Листья |
Стебли, корни, осно- |
|
(на 20 %) |
вание плода (на 20 %) |
|
||
|
|
|
||
Свекла |
Средняя часть кор- |
Верхняя и ниж- |
Корни, верхушка |
|
неплода (на 18 %) |
няя часть корне- |
корнеплода |
|
|
|
плода |
(на 18 %) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Укроп |
Листья (на 10 %) |
Стебли, черешки |
Корни (на 10 %) |
|
листьев |
|
|||
|
|
|
|
|
Лук зеленый |
Зеленые листья |
Основание ли- |
Донце луковицы |
|
(на 10 %) |
стьев |
(на 10 %) |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Средняя часть кор- |
Верхняя и ниж- |
|
|
Редис |
неплода (на 20 %) |
няя часть корне- |
Корни (на 20 %) |
|
|
|
плода |
|
|
76
Таблица 17
Количественное содержание нитратов в различных культурах после проведения соответствующей обработки
Способы обработки продукции |
Уменьшение содержания |
|
нитратов в продукции |
||
|
||
|
|
|
Намачивание кочанов капусты, огурцов, томатов, кор- |
|
|
неплодов, картофеля в подсоленной (1,0–1,5 %-ный |
В 1,5 раза |
|
раствор поваренной соли) холодной воде в течение |
||
|
||
двух часов |
|
|
Варка очищенных от кожуры корнеплодов с после- |
В 2 раза |
|
дующим удалением отвара |
||
|
||
Обработка овощей горячей водой и их сушка, блан- |
До 60 % |
|
ширование паром |
||
|
Ежедневно употреблялось: 2 л воды с содержанием NO3 5 мг/л, мясные продукты (потребление нитратов – 30 мг/сутки). Возможно ли применение такого количества продуктов в сутки без нанесения вреда здоровью?
Форма отчета о выполненной работе
Содержание отчета включает исходное задание и результаты расчетов. Результаты включают:
1)определение урожайности культур и содержания в них нитратов;
2)вывод об опасности продуктов по содержанию нитратов.
ЗАДАЧИ
Задача 1. В завезенной на склад партии картофеля содержание нитратов составляет 20 мг/кг. При варке картофеля разрушается 50 % нитратов. Опасно ли ежедневное потребление в пищу 0,5 кг картофеля из этой партии, если допустимая недельная доза для человека 150 мг нитратов, а отравление наступает при разовом потреблении 300 мг. Дайте токсикологическую характеристику нитратов.
Задача 2. Селен (Se) – микроэлемент, его недостаток – менее 10 мг/кг веса человека – вызывает заболевание сердечно-сосудистой системы и способствует развитию онкологических заболеваний, избыток – более 100 мг/кг – вызывает болезнь суставов. Королем селеносодержащих растений является чеснок, в 1 кг которого содержится 140 мг селена. Сколько требуется человеку съесть чеснока, чтобы устрнить ежедневный селеновый дефицит – 100 мкг/кг веса человека? Дайте токсикологическую характеристику селена.
Задача 3. Оцените степень опасности употребления в пищу моркови, выращенной на почве, содержащей 100 мг/кг бора, если в морковь переходит 3 % бора, а урожай моркови 300 ц/га. При содержании бора менее 1 мг/кг веса человека в организме ощущается дефицит бора, а при 190 мг/г наблюдается токсиче-
77
ское действие. Ежедневная норма поступления бора в организм – 10 мг/кг. Принять ежедневное потребление моркови – 300 г; плотность почвы – 1,4 кг/дм3, глубина пахотного слоя почвы – 40 см. Дайте токсикологическую характеристику бора.
Задача 4. Определите содержание гигроскопической воды в почве, если известна масса навеска воздушно-сухой почвы до и после высушивания.
№ |
Масса навески, г |
|
варианта |
|
|
воздушно-сухой почвы, г |
после высушивания, г |
|
|
|
|
1 |
1,5267 |
1,4890 |
2 |
2,6589 |
1,3659 |
|
|
|
3 |
3,2525 |
2,3565 |
4 |
2,1459 |
2,1045 |
5 |
1,3658 |
1,2356 |
|
|
|
6 |
1,3652 |
1,0578 |
7 |
1,9520 |
0,9852 |
|
|
|
8 |
2,4589 |
1,9875 |
9 |
3,4523 |
3,2587 |
10 |
1,9510 |
1,5689 |
11 |
1,6954 |
1,0268 |
12 |
1,2587 |
0,9585 |
|
|
|
13 |
3,2356 |
3,1578 |
14 |
4,5689 |
4,3298 |
|
|
|
15 |
2,4545 |
2,4058 |
16 |
1,7812 |
1,3275 |
17 |
3,2520 |
3,1536 |
|
|
|
18 |
4,2010 |
4,1589 |
19 |
3,9850 |
2,5287 |
|
|
|
20 |
2,7898 |
2,6521 |
Решение.
№ |
Масса навески, г |
|
варианта |
воздушно-сухой почвы |
после высушивания |
1 |
1,5267 |
1,4890 |
Гигроскопической называют ту воду, которая поглощена почвой из воздуха и выделяется из неё в процессе высушивания при температуре 100– 105 оС. Гигроскопическая вода находится в равновесии с парообразной водой атмосферы и характеризует влажность воздушно-сухой почвы.
78
Содержание гигроскопической воды в почве рассчитайте по формуле
= |
|
= |
|
∙в |
, |
, |
, |
∙ |
= 2,53 % , |
где Х – содержание гигроскопической воды, %; а – потеря массы после высушивания, г; в – масса почвы, высушенной при 100–105 оС.
а = навеска воздушно-сухой почвы – масса почвы после высушивания = 1,5267 г – 1,4890 г = 0,0377 г.
Задача 5. Определите, сколько жителей останется в регионе через 5 и 10 лет при коэффициенте естественной убыли населения 1,13 (по регионам он принимает значения от 0,88 до 1,5 %, т. е. общий коэффициент смертности (ОКС) составляет 9–15 умерших на одну тысячу человек населения региона в год).
Рассчитайте, сколько было бы жителей в регионе при общем коэффициенте рождаемости (ОКР), равном 2,15, в эти же промежутки времени, при коэффициенте естественной убыли 0,5. Количество женщин детородного возраста (18– 45 лет), способных к воспроизводству потомства, составляет примерно 55–65 % от общего населения.
Определите время удвоения численности населения региона.
Решение.
Количество родившихся детей в год составит:
Крд = (Кждв – Кнрд) ∙ Кр,
где Крд – количество родившихся детей; Кждв – количество женщин детородного возраста;
Кнрд – количество женщин, не способных родить детей по тем или иным причинам;
Кр – коэффициент рождаемости.
Количество умершего населения рассчитывают следующим образом:
=∙(1 − Докс) ,
где Докс – количество смертей на 1000 чел./год; t – период расчёта.
79
Время удвоения численности населения определяется следующим образом:
= (ОКР ОКС)∙ , ,
где ОКР – общий коэффициент рождаемости; ОКС – общий коэффициент смертности.
Темпы роста (убыли) населения, рассчитываются в процентах по выражению:
ТР = ОКР ОКС.
10
ТЕМА 7. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №10. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ И ИХ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ
Цель: сформировать понятие об экологических факторах, прямо или опосредованно влияющих на живые организмы.
Экологические факторы – свойства среды обитания, оказывающие какоелибо воздействие на организм.
Индифферентные элементы среды, например инертные газы, экологическими факторами не являются.
Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.
Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных.
Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а на жизнедеятельность гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная часть микроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния.
Классификации экологических факторов
1. По характеру воздействия:
• прямодействующие – непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ;
80