- •Методические указания к изучению теоретической части курса.
- •Тема 1: «Экология в системе наук о природе. Предмет, объекты и задачи экологических наук, их роль в решении глобальных экологических проблем»
- •Тема 1. Экология в системе наук о природе. Предмет, объекты и задачи экологических наук, их роль в решении глобальных экологических проблем
- •1.7. Рекомендуемая литература
- •Тема 2: «Загрязнение окружающей среды»
- •Тема 2. Загрязнение окружающей среды.
- •2.5. Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы по теме
- •2.6. Рекомендуемая литература
- •Тема 3: «Биосфера. Учение в.И. Вернадского о биосфере. Экосистемы и популяции»
- •Тема 3. Биосфера. Учение в.И. Вернадского о биосфере. Экосистемы и популяции
- •3.6. Экосистемы.
- •3.7. Потоки энергии (биологической геохимической) в экосистемах.
- •В пастбищной пищевойсети живые растения поедаются фитофагами, а сами фитофаги являются пищей для хищников и паразитов.
- •3.8. Популяции. Динамика популяций.
- •3.9. Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы
- •3.10. Рекомендуемая литература
- •Тема 4: «Экологические факторы, закономерности их действия и
- •Тема 4. Экологические факторы, закономерности их действия и
- •4.3. Оптимальные условия существования видов и основные законы экологии.
- •4.4. Адаптация живых организмов, её виды и значение.
- •4.6. Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы
- •4.7. Рекомендуемая литература
- •Тема 5: «Загрязнение биосферы, мониторинг её состояния и прогнозы развития»
- •5. Загрязнение биосферы, мониторинг её состояния и прогнозы развития.
- •5.3. Техногенная нагрузка.
- •5.7. Экологический мониторинг.
- •5.9. Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы
- •5.10. Рекомендуемая литература
- •Тема 6: «Защита атмосферы»
- •6. Защита атмосферы
- •6.1. Характеристика и состав атмосферы.
- •6.2. Значение и строение атмосферы
- •6.3. Источники загрязнения атмосферы.
- •6.4. Основные загрязняющие вещества.
- •6.5. Последствия загрязнения атмосферы.
- •6.6. Мероприятия, направленные на охрану атмосферного воздуха.
- •6.7. Методы контроля и приборы для измерения концентрации газообразных примесей в атмосфере.
- •6.8. Технические и технологические средства защиты атмосферы от промышленных загрязнений.
- •6.9. Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы
- •6.10. Рекомендуемая литература
- •Тема 7: «Защита гидросферы»
- •Тема 7. Защита гидросферы
- •7.2. Значение гидросферы.
- •7.5. Методы очистки
- •7.5.3. Очистка промышленных сточных вод.
- •7.6. Выбор некоторых технических и технологических средств защиты гидросферы от промышленных загрязнений
- •7.7. Государственный мониторинг водных объектов и стандартизация в области охраны вод
- •7.8. Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы
- •7.9. Рекомендуемая литература
- •Тема 8: «Охрана литосферы, растительного и животного мира»
- •8. Охрана литосферы, растительного и животного мира
- •8.2. Почва, её структура, образование и значение. Полезные ископаемые
- •8.3. Воздействия человека на литосферу и почву, их последствия
- •8.4. Методы и средства охраны литосферы, природных ресурсов и окружающей среды
- •8.5. Защита почв от эрозий, загрязнений и прочих антропогенных воздействий.
- •8.6. Экологическое земледелие
- •8.7. Рекультивация промышленных земель
- •8.9. Природно-заповедный фонд
- •8.10 Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы
- •8.11 Рекомендуемая литература
- •Тема 9: «Экономические и социально-правовые вопросы экологии»
- •9.1. История правового регулирования в области охраны окружающей среды.
- •9.2. Украинская законодательная база в области охраны природы
- •9.3. Система экологических стандартов
- •9.4. Система экологического контроля
- •9.5. Экологическая экспертиза и экологическая паспортизация
- •9.6. Органы общего государственного управления и их компетенция в области экологии
- •9.7. Органы государственного управления природопользованием и охраной окружающей среды специальной компетенции
- •9.8. Экономический механизм защиты окружающей среды
- •9.9. Экологические издержки
- •9.10. Экономический ущерб от загрязнения окружающей среды
- •9.11. Экономическая эффективность природоохранных затрат
- •9.12 Экологическая политика
- •9.14. Международное сотрудничество в области охраны природы
- •9.15 Концепция устойчивого развития общества
- •9.16. Контрольные (экзаменационные, зачетные) вопросы
- •9.17. Рекомендуемая литература
3.7. Потоки энергии (биологической геохимической) в экосистемах.
3.7.1. Потоки биологической энергии. Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. Вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводиться фотосинтезирующими организмами (автотрофами) в химические связи органических соединений. Гетеротрофы (растительноядные и хищники) получают энергию с пищей. Все живые существа включены в трофические связи.
П
Рис.
3.5 - Пастбищная и детритная пищевые
цепи
Пищевая цепь – последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Пищевые цепи – это также движение питательных веществ от продуцентов, консументов (травоядных, плотоядных и всеядных) к редуцентам и обратно к продуцентам.
Движение биологической энергии в экосистемах происходит посредством двух связанных типов пищевых цепей: пастбищной и детритной (рис. 3.5).
В пастбищной пищевойсети живые растения поедаются фитофагами, а сами фитофаги являются пищей для хищников и паразитов.
В детритной пищевой сети отходы жизнедеятельности и мертвые организмы разлагаются детритофагами и деструкторами до простых неорганических соединений, которые вновь используются растениями.
Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню (от греческого слова trophos – «питающиеся»).
Организмы природных экосистем вовлечены в сложную сеть многих связанных между собой пищевых цепей. Такая сеть называется пищевой сетью (приведена на рис. 3.6).
Пирамиды энергетических потоков. С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается.
Рис. 3.6 – Пищевая сеть
Правило 10%: при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и 10% передается на следующий уровень.
Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной энергии. Поэтому длина пищевой цепи обычно не превышает 4 - 5 звеньев.
Пирамиды численностей и биомасс. Мы можем собрать все образцы организмов в экосистеме и подсчитать численность всех видов, обнаруженных на каждом трофическом уровне. Такая информация необходима для создания пирамиды численностей для экосистем (рис. 3.7).
Рис. 3.7 - Обобщенные пирамиды численностей в экосистемах.
Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы, называется биомассой. Каждый трофический уровень пищевой цепи или сети содержит определенное количество биомассы. Ее можно вычислить, если собрать все живые организмы с различных произвольно выбранных участков. Собранные экземпляры необходимо рассортировать по трофическим уровням, высушить и взвесить. Полученные данные в дальнейшем используются для построения пирамиды биомасс для определенной экосистемы (рис. 3.8).
Рис. 3.8 - Обобщенные пирамиды биомасс в экосистемах. Размер каждого слоя пропорционален сухой массе на квадратный метр всех организмов на данном трофическом уровне.
3.7.2. Круговорот геохимической энергии. В планетарном масштабе происходит круговорот всех химических элементов, причем цикл оборота индивидуален для каждого элемента. Все живые организмы включены в биогеохимический круговорот с полным рециклингом материи. Происходит вторичное использование атомов, постоянное движение и перераспределение вещества, что определяет формирование литосферы планеты. В связи с фотосинтезом в биосфере в круговорот вовлекаются 1 млрд. т. азота, 260 млн. т. фосфора, 200 млн. т. серы и т.д.
В течение 6-7 лет поглощается вся углекислота атмосферы, за 3000-4000 лет обновляется весь кислород атмосферы, а в течение 10 млн. лет фотосинтез перерабатывает массу воды, равную всей гидросфере.
I. Круговорот углерода (рис. 3.9-3.10).
У
Рис. 3.9 – Круговорот
углерода в биосфере
Рис. 3.10 - Упрощенная диаграмма части углеродного цикла, показывающая круговорот вещества и однонаправленный поток энергии в процессах фотосинтеза и аэробного дыхания.
Вмешательство человека в круговорот углерода резко возрастает, особенно начиная с 1950-х годов, из-за быстрого роста населения и использования ресурсов, и происходит оно в основном двумя способами:
- Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2.
- Сжигание углеродосодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу.
II. Круговорот азота (рис. 3.11).
Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:
- Сжигание древесины или ископаемого топлива (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере с кислородом и образует диоксид азота (NO2), который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (HNO3).
- Производство азотных удобрений и их широкое применение.
- Увеличение количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых канализационных стоков.
Рис. 3.11 - Упрощенная диаграмма круговорота азота
III. Круговорот фосфора (рис. 3.12.)
Рис. 3.12 - Упрощенная диаграмма круговорота фосфора.
Источники: разработка недр, сток и эрозия, выщелачивание, выщелачивание и эрозия, речной сток, разложение, отходы и разложение, птицы, питающиеся рыбой.
Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к двум вариантам:
- Добыча больших количеств фосфатных руд для производств минеральных удобрений и моющих средств.
- Увеличение избытка фосфат-ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных коммунально-бытовых стоков.
IV. Круговорот серы (рис. 3.13).
Около трети всех соединений серы и 99% диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу. Оставшаяся треть выделяется во время таких технологических процессов, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.
Рис. 3.13 - Упрощенная диаграмма круговорота серы.
V. Круговорот воды (рис. 3.14).
Круговорот воды или гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды.
Человек вмешивается в круговорот воды двумя способами:
1
а)
б)
Рис. 3.14 – Круговорот
воды в биосфере (а) и природе (б)
2. Сведение растительного покрова суши в интересах развития сельского хозяйства, при добыче полезных ископаемых, строительстве дорог, автостоянок, жилья и других видах деятельности. Это приводит к уменьшению просачивания поверхностных вод под землю, что сокращает пополнение запасов грунтовых вод, увеличивает риск наводнений и повышает интенсивность поверхностного стока, тем самым, усиливая эрозию почв.