ЛЕКЦИЯ 1. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА. История развития экологических учений
ЛЕКЦИЯ 1. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА.
История развития экологических учений.
Становление экологии как науки связано с именами английских ученых - биолога Джона Рея (1627-1705) и химика Роберта Бойля (1627-1691). Д. Рей в 1670 г. в монографии «История растений» предложил первую естественную систему растений, ввел представления об однодольных и двудольных растениях. Он впервые использовал понятия вида и рода в смысле, близком к современному. В этом же году Р. Бойль опубликовал результаты влияния низкого атмосферного давления на различных животных.
Голландский натуралист Антони ван Левенгук (1632— 1723) с помощью изобретенного им микроскопа первым начал изучать микроорганизмы и клетки. Он является пионером в изучении пищевых цепей, исследовал проблемы численности популяций.
Значительный вклад в развитие экологии внес великий шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707—1778). Он получил мировую известность из-за созданной им классификационной системы растительного и животного мира. Для каждого вида организмов Линней применил двойное латинское название: первое относилось к названию рода, второе — к видовой принадлежности. Задолго до появления теории Дарвина он поставил человека первым в классе млекопитающих и дал ему научное имя — Homo sapiens (Человек разумный). В 1749 г. он опубликовал диссертацию «Экономия природы», где рассмотрел взаимоотношения живых организмов и влияние на их жизнь условий окружающей среды.
Развитие классической биологии долгое время шло по пути изучения морфологических и функциональных особенностей организмов в их единстве с условиями существования. Предысторией современной экологии являются труды натуралистов и географов XVIII—XIX вв. Первые представления о биосфере как области жизни и оболочке Земли даны Ж.-Б. Ламарком (1744—1829) в труде «Гидрология». Термин «биосфера» впервые ввел в научный обиход в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс (1831—1914), в работах которого биосферу понимали как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую лик Земли.
Существенной вехой в развитии науки об образе жизни различных живых организмов, и в том числе человека, является труд Т. Мальтуса (1798), в котором приведены уравнения экспоненциального роста популяций как основы демографических концепций. Несколько позже П. Ф. Ферхюльст предложил уравнение «логистического» роста. Эти работы обосновали представления о динамике численности популяций. Тогда же в трудах врача В. Эдвардса и биолога И. И. Мечникова было положено начало экологии человека.
В России заслуга в формировании основных положений экологии и экологического мировоззрения принадлежит проф. Московского университета Карлу Францевичу Рулье (1814— 1858). Еще до выхода в свет труда Э. Геккеля он сформулировал основной принцип взаимоотношений организма и среды, названный им «Законом двойственности жизненных начал». Им же обозначены проблемы изменчивости, адаптации, миграций и влияния человека на природу. К. Рулье в своих лекциях и печатных трудах обсуждал взаимодействие организмов со средой с позиций, близких дарвиновским.
Начало биоценотическому направлению исследований в природе положил в конце 70-х гг. ХIХ века немецкий биолог К. Мебиус.В 1877 г. на основе изучения устричных банок Северного моря обосновал представление о биоценозе как глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды. Биоценозы, или природные сообщества, по К. Мебиусу, обусловлены длительной историей приспособления видов друг к другу и к исходной экологической обстановке. Он утверждал, что всякое изменение в каком-либо из факторов биоценоза вызывает изменения в других факторах последнего. Его труд «Устрицы и устричное хозяйство» положил начало биоценотическим исследованиям в природе.
Во второй половине XVIII в. благодаря многочисленным экспедиционным исследованиям флоры и фауны (работы А. Гумбольдта, А. Уоллеса, Ф. Склеттера) в виде отдельной науки начала оформляться биогеография, позже ставшая одной из основ современной экологии. В России ее развитие связано с трудами К. М. Бэра, Н. А. Северцева и др.
Во второй половине XIX — начале XX вв. большое внимание уделяли изучению влияния отдельных факторов (главным образом климатических) на распространение и динамику организмов. К догеккелевскому периоду развития экологии относят, в частности, работы ученого-агронома Ю. Либиха, который сформулировал закон минимума.
Огромный вклад в становление экологии как науки внес английский ученый Чарльз Дарвин (1809—1882). Он заложил биологический фундамент экологии как науки. В книге «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь» (1859) он изложил основы теории естественного отбора в результате борьбы за существование.
Термин «экология» (от греч. oikos — дом, родина и logos — учение) впервые введен в 1866 г. немецким биологом, профессором Йенского университета Э. Геккелем (1834—1919). В своем труде «Всеобщая морфология» (1866) он писал: «Экология — это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая антагонистические и неантагонистические отношения животных и растений, контактирующих друг с другом». Преимущественно экология изучает живые системы с уровнем организации от организма и выше.
Труд Геккеля построен на громадном фактическом материале, накопленном классической биологией, и главным образом посвящен тому направлению, которое сейчас называют аут-экологией или экологией отдельных видов. Кроме того, в трудах Геккеля прослеживается еще одно важное обстоятельство — понимание экологии как «экономики природы». С этого времени экология из раздела биологии превращается в междисциплинарную науку, охватывающую многие области знаний.
В 1927 г. Ч. Элтон выпустил первый учебник-монографию по экологии. В нем было описано своеобразие биоценотических процессов, дано понятие экологической ниши, обосновано «правило экологических пирамид», сформулированы принципы популяционной экологии. Вскоре были предложены математические модели роста численности популяций и их взаимодействия (В. Вольтерра, А. Лотка), проведены лабораторные опыты по проверке этих моделей (Г. Ф. Гаузе). Таким образом, в 20—30-е годы сформировалось направление экологии популяций, в 30-е годы — понятие экосистемы. Его введение связывают с работами А. Тенсли (1935). Под экосистемой понимали совокупность организмов и неживых компонентов, среды их обитания, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот (с участием продуцентов, консументов и редуцентов). В то же время продолжались широкие количественные исследования функциональных особенностей различных экосистем — их структуры, продуктивности, условий их устойчивости, трофических связей в экосистемах.
В начале 40-х годов В. Н. Сукачев (1880—1967) обосновал концепцию биогеоценоза, имевшую большое значение для развития теоретической базы экологии. В 50-е годы сформировалась общая экология, основное внимание в которой уделяется изучению взаимодействия организмов и структуры образуемых ими систем. К 70-м годам XX в. сложились направления, называемые «физиологической» и «эволюционной» экологией. В наши дни получили развитие «количественная» экология и математическое моделирование биосферных и экосистемных процессов.
Изучение общепланетарных процессов развернулось после выхода в свет в 1926 г. книги В. И. Вернадского «Биосфера», где рассмотрены свойства «живого вещества» и его функции в формировании как современного лика Земли, так и всех сред жизни на планете (водной, почвенной и воздушной). В.И. Вернадский разработал также учение о биогеохимических циклах. Предшественником и единомышленником В. И. Вернадского был В. В. Докучаев (1846—1903), создавший учение о почве как о естественно-историческом теле.
В. И. Вернадский (1863—1945) обосновал роль живого вещества как наиболее мощного геохимического и энергетического фактора — ведущей силы планетарного развития. В его работах ясно прослеживается значение для космоса жизни на планете Земля, а также значение космических связей для биосферы.
В. И. Вернадский проследил эволюцию биосферы и пришел к выводу, что деятельность современного человека, преобразующего поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмерима с геологическими процессами на планете. В результате стало ясно, что использование природных ресурсов планеты происходит без учета закономерностей и механизмов функционирования биосферы. Тем не менее завершающим этапом эволюции биосферы он считал появление ноосферы — сферы разума.
Среди современных зарубежных ученых следует отметить Ю. Одума (США), Б. Коммонера (США). Ю. Одум написал одни из лучших современных книг по экологии: «Основы экологии» (1975) и «Экология» (1986). Эти работы оказали большое влияние на формирование экосистем-ного направления в экологии, в них он определил экологию как науку о функционировании биосферы.
Определенный вклад в развитие глобальной экологии внесли Дж. Форрестер (США) и Д. Медоуз (США). В книге «Мировая динамика» (1971) Дж. Форрестер - математик и специалист в области управления — изложил возможные варианты мирового развития. Под руководством кибернетика М. Медоуза в рамках «Римского клуба» с помощью методов математического моделирования проведены исследования путей мирового развития с 1900 до 2100 г.
Экология как наука.
Э. Геккель писал, что экология — это наука о взаимоотношениях животных с окружающей их средой, т. е. он рассматривал экологию как область… В современном понимании экология — наука о закономерностях формирования,… Биологические системы на Земле имеют строгую иерархическую структуру, определяемую уровнями организации живого…Самовоспроизведение (репродукция).
3. Упорядоченность структуры. Для живого характерна не только сложность химических соединений, из которого оно построено, но и упорядоченность их на… 4. Целостность(непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в… 5. Рост и развитие. Рост организмов происходит путем прироста массы организма за счет увеличения размеров и числа…Лекция №4. Круговороты веществ в природе.
Химические элементы содержатся в окружающей среде в весьма ограниченных количествах. Кроме того, в процессе жизнедеятельности они могут… Солнечная энергия «обеспечивает» на Земле два круговорота веществ: ♦ большой, или геологический (абиотический);ЛЕКЦИЯ №5. Экосистема: состав, структура, разнообразие
Биоценоз представляет собой более высокий уровень организации живой материи в иерархии функционально-энергетического ряда по сравнению с… Каждому биоценозу соответствует зона с однородными абиотическими… Многие авторы отождествляют понятия «биотоп» и «местообитание». Местообитание — это совокупность абиотических и…ЛЕКЦИЯ №6. Популяции в экосистеме
Все живые организмы, для того чтобы обеспечить устойчивое существование и воспроизводство вида в условиях изменяющихся экологических факторов, должны существовать группами, которые называются популяциями (лат. populus — народ, население).
Популяция— это совокупность разновозрастных особей одного вида, достаточно длительное время занимающая определенное пространство и способная к самовоспроизводству в течение многих поколений. На уровне популяций происходят основные адаптации, естественный отбор и эволюционные процессы. Разнообразие популяций внутри вида резко увеличивает его приспособительные способности, освоение среды и, в конечном счете, возможности выживания. Все это позволяет считать популяцию элементарной эволюционирующей структурой. Совокупность популяций различных видов, взаимосвязанных между собой и находящихся в тесном единстве с окружающей средой, составляют экосистему.
Классификация популяций.
Н.П. Наумов (1963), выделяя популяционные единицы, использовал ландшафтно-биотопический подход. Согласно ему наиболее крупные территориальные группировки вида – это подвиды, или географические расы. В пределах ареалов подвидов на территориях с однородными географическими условиями выделяются географические популяции, характеризующиеся общностью приспособлений к климату и ландшафту. Географические популяции, в свою очередь, подразделяются на более мелкие популяции, населяющие различные участки среды обитания. Существуют также экологические и элементарные популяции.
Элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок однородной пло-щади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.Например,одна из нескольких стай рыб одного вида в озере; группировки деревьев одного вида (дуба монгольского, лиственницы, и др.), разобщенные лугами, куртинами других деревьев или кустарников, или болотцами.
Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто. Например, рыбы одного вида во всех стаях общего водоема.
С.С. Щварцем и его последователями развивался другой подход – историко-генетический. По их мнению, популяции как генетическое единство можно выделять только у видов с половым размножением и перекрестным опылением. При этом обязательным признаком популяции является ее способность к самостоятельному существованию на данной территории в течение неопределенно долгого времени за счет размножения, а не притока особей извне.
Половая структура популяции. Численное соотношение полов, т.е. половой состав, и особенно доля размножающихся самок в популяции, имеет большое значение для дальнейшего роста ее численности.
Возрастная структура популяций. В каждом возрасте требование особей к среде и устойчивость к отдельным факторам заметно различаются. На ранних стадиях особи, как правило, более чувствительны к любым неблагоприятным факторам, а в зрелом возрасте они обычно выносливее. Кроме того, на разных стадиях жизненного цикла могут происходить смены сред обитания, типов адаптаций, характера передвижения, общей активности. Часто возрастные экологические различия в пределах вида выражены значительно сильнее, чем различия между видами. Так, сидящие на морском дне моллюски и морские ежи и их пелагические личинки; травяные лягушки на суше и их головастики в водоемах, гусеницы и бабочки – это всего лишь разные стадии онтогенеза одних и тех же видов.
Среди животных различают следующие возрастные группы:
1) новорожденные (до момента прозревания);
2) молодые – подрастающие особи, не достигшие половой зрелости;
3) полувзрослые – особи, близкие к половой зрелости;
4) взрослые – половозрелые животные, которые уже размножаются или физиологически способны к этому;
5) старые – переставшие размножаться особи, они часто играют заметную роль в жизни популяций, охраняя, воспитывая молодняк.
У долгоживущих и размножающихся многократно видов возникает относительно устойчивая структура популяции с длительным существованием различных поколений. У видов с непродолжительным периодом взрослого состояния ежегодно сменяется значительная часть популяции. Численность такой популяции неустойчива и может резко различаться в отдельные годы, а возрастная структура популяции сильно варьирует.
Возрастной состав популяции определяется несколькими причинами, среди которых можно указать на время достижения половой зрелости, общую продолжительность жизни, длительность периода размножения, продолжительность жизни поколения, частоту приплода, смертность, тип динамики численности.
Пространственная структура популяций. Равномерное упорядоченное распределение особей на занимаемой территории в природе встречается редко. В каждом конкретном случае тип распределения в занимаемом пространстве оказывается приспособительным, т.е. позволяющим оптимально использовать имеющиеся ресурсы.
Любая популяция занимает определенное место в пространстве таким образом, чтобы это позволяло наиболее эффективно использовать ресурсы окружающей среды и обеспечивало устойчивые внутрипопуляционные взаимоотношения особей и их групп. Пространственное размещение особей в популяции может носить равномерный, случайный и групповой характер.
При равномерном размещении особи распределены в пространстве примерно на одинаковых расстояниях друг от друга. Такое размещение чаще всего встречается в популяциях растений (хвойные деревья в тайге). Этот тип размещения позволяет наиболее полно использовать ресурсы окружающей среды.
Случайное размещение встречается в природе наиболее часто и наблюдается как среди растений, так и среди животных. Особи при этом распределены неравномерно, расстояния между ними неодинаковы, поэтому их встречи носят достаточно случайный характер.
Групповое размещение выражается в образовании группировок особей, между которыми имеются значительные незаселенные территории (многие млекопитающие, колонии насекомых и птиц, осоковые кочки на болотах).
Как правило, особи одной и той же популяции, находящиеся на большом географическом пространстве, образуют смешанное из отмеченных трех типов пространственное распределение.
При рассмотрении пространственной структуры популяций животных важное значение имеет степень привязанности к территории. При этом выделяют два основных образа жизни: оседлыйи кочевой.При оседлом образе жизни, как правило, наблюдается интенсивный тип использования территории. Отдельные особи или группировки в этом случае в течение длительного времени эксплуатируют ресурсы окружающей среды на достаточно ограниченном пространстве (группы бобров, рыжих полевок, рептилий).
Для популяций, ведущих кочевой образ жизни, характерен экстенсивный тип использования территории. При этом кормовые ресурсы и питьевая вода используются обычно группами особей, постоянно перемещающихся в пределах обширных территорий (стада северных оленей или африканских слонов).
Этологическая структура популяций животных. Закономерности поведения животных изучает наука этология. Формы совместного сосуществования в популяции чрезвычайно различны. При одиночном образе жизни особи популяции независимы и обособлены друг от друга. Однако такое поведение характерно для многих видов лишь на определенных стадиях жизненного цикла. Они часто образуют временные агрегации в местах зимовок, в период, предшествующий оплодотворению. При семейном образе жизни усиливается связь между родителями и потомством. Например, у птиц забота о птенцах продолжается до поднятия их на крыло; у некоторых млекопитающих детеныши воспитываются в семейных группах в течение нескольких лет.
Внутривидовые группировки – стаи, стада, колонии, гаремы. Абиотические условия в большинстве случаев одинаково действуют как на одиночную особь, так и на группу. Иначе влияют на индивида и группу индивидов биотические факторы.
Стаи – подвижные, обычно временные объединения. Скопления животных часто связаны с местами изобилия пищи или достаточно надежными убежищами.
Стада – более длительные и постоянные объединения животных. Они включают особей одного вида, которые сохраняют какое-либо время близость друг к другу, сходно себя ведут, нередко характеризуются одинаковым ритмом активности. Основой группового поведения в стадах являются взаимоотношения доминирования – подчинения.
Колонии – это групповое поселение оседлых животных. Они могут быть длительными или возникать лишь на период размножения (птицы – чайки, гагары и др.).
Совокупность генов, которыми обладают особи популяции, называется генофондом популяции. Чем более разнороден и богат генофонд популяции, тем выше ее экологическая пластичность. Особи, входящие в состав популяции, неравноценны по своим функциям, генетическому вкладу и соответственно по своим индивидуальным свойствам. В этом заключается одна из особенностей функционального структурирования популяции.
Совокупность всех генов, находящихся в хромосомах организма, называется генотипом. Это зашифрованная программа, управляющая процессом развития и обеспечения жизнедеятельности организма. На развитие и жизнедеятельность организма оказывают воздействие экологические факторы, поэтому в любой популяции отсутствуют особи, абсолютно идентичные по своим признакам и свойствам. Совокупность всех признаков организма, представляющих собой результат взаимодействия генотипа с окружающей средой, называют фенотипом.
Универсальным свойством всего живого, от микроорганизмов до высших растений и животных, является способность к мутациям. Мутации — это наследуемые изменения генетических программ, приводящие к изменению определенных признаков организма. Они проявляются в фенотипе взрослого организма.
Лекция№7. Биотические связи организмов в биоценозах
В результате взаимодействий между организмами возникают определенные взаимоотношения, которые можно разделить на антагонистические (греч.… При антагонистических отношениях организмы двух видов подавляют друг друга или… Взаимосвязи между организмами можно разделить на межвидовые и внутривидовые. Межвидовые отношения обычно…ЛЕКЦИЯ №8. Трофические взаимодействия в экосистемах
Продуценты (производители) — автотрофные (самопитающиеся) организмы, способные производить (синтезировать) сложные органические вещества из простых… Существует два вида таких организмов: фотосинтезирующиеи… Общее количество биомассы органического вещества, синтезированного продуцентами, является валовой первичной…Консументы I порядка — организмы, являющиеся непосредственными потребителями первичной органической продукции. В общем случае это растительноядные животные (фитофаги). Часть пищи они используют для обеспечения процессов жизнедеятельности. Оставшаяся пища трансформируется в новые органические вещества, называемые чистой вторичной продукцией.
Консументы II порядка — это животные с плотоядным типом питания (зоофаги). Как правило, к этой группе относят всех хищников независимо от того, является ли жертва фитофагом или зоофагом. Зоофаги характеризуются специфическими приспособлениями для питания. У многих зоофагов аппарат рта приспособлен к схватыванию и удержанию пищи, а иногда — к разрушению защитного покрова. В некоторых случаях способ добывания пищи крайне необычен. Так, хищные моллюски разрушают раковины жертв с помощью минеральных кислот, вырабатываемых специальными железами.
Консументы III порядка — это животные — паразиты и сверхпаразиты. В самом общем случае паразитизм отличается от хищничества тем, что паразит не убивает свою жертву (хозяина), а длительное время питается за его счет и проживает в нем или на нем. Так, рыбы-прилипалы, присасываясь к акуле, перемещаются вместе с ней в пространстве и питаются остатками ее пищи. К сверхпаразитам относятся те организмы, хозяева которых сами ведут паразитический образ жизни.
Редуценты (лат. reducentis — возвращающий, восстанавливающий), или деструкторы, — организмы, разлагающие мертвое органическое вещество и превращающие его в неорганические вещества. К редуцентам относятся бактерии, грибы, простейшие, т.е. находящиеся в почве гетеротрофные микроорганизмы. Упомянутые неорганические вещества могут снова вовлекаться растениями в круговорот веществ, таким образом замыкая его.
Лекция №9. Пищевые цепи. Экологические пирамиды
Деление биоценоза на трофические уровни представляет собой довольно упрощенную схему. В действительности взаимоотношения более сложные. Существует… В природе организмы, питающиеся одним видом пищи (монофаги), встречаются… Различают два основных типа пищевых цепей: выедания (пастбищная) и разложения (детритная). Пастбищная цепь начинается…Лекция 10. Динамика экосистем.
Устойчивость и сбалансированность процессов, протекающих в экосистемах, позволяет констатировать, что им в целом свойственно состояние гомеостаза,… При незначительных нарушениях условий в экосистеме на фоне неизменных средних… В естественной экосистеме постоянно поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных…ЛЕКЦИЯ №11. Динамика популяций.
Если при незначительной эмиграции и иммиграции рождаемость превышает смертность, то популяция будет расти. Рост популяции является непрерывным… dN/dt = rN, где N — численность особей в популяции; t — время; r — константа скорости естественного прироста.ЛЕКЦИЯ 12. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.
Живые организмы не могут существовать вне окружающей их среды со всем… Экологический фактор — это любой элемент или условие окружающей среды, оказывающие на организм внешнее воздействие и…Водная среда обитания.
Обитатели водной среды получили в экологии общее название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды. В любом водоеме можно выделить различные по условиям зоны.
В океане и входящих в него морях различают прежде всего две экологические области: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь. Обитатели абиссальных и ультраабиссальных глубин существуют во мраке, при постоянной температуре и огромном давлении. Все население дна океана получило название бентоса.
Основные свойства водной среды.
Кислородный режим. В насыщенной кислородом воде содержание его не превышает 10 мл в 1 л, это в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Поэтому условия дыхания… Среди водных обитателей много видов, способных переносить широкие колебания… Солевой режим. Поддержание водного баланса гидробионтов имеет свою специфику. Если для наземных животных и растений…Наземно-воздушная среда обитания
Множество микроорганизмов и животных, споры, семена, плоды и пыльца растений регулярно присутствуют в воздухе и разносятся воздушными течениями.… Анемохория – распространение плодов, семян, спор и других зачатков растений…Почва как среда обитания.
Для мелких почвенных животных, которых объединяют под названием микрофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и др.), почва – это система… Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва предстает как система мелких пещер. Таких животных…Организм как среда обитания.
Одно из главных преимуществ паразитов – обильное снабжение пищей за счет содержимого клеток, соков и тканей тела хозяина или содержимого его… Вторым важным экологическим преимуществом для обитателей живых организмов… Выход во внешнюю среду чаще всего чреват для паразитов многими опасностями, поэтому на той стадии жизненного цикла,…ЛЕКЦИЯ №14. Адаптации организмов к условиям среды.
Основные механизмы адаптации на уровне организма: 1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов… Активный путь – усиление сопротивляемости, развитие регуляторных способностей,… Пассивный путь – подчинение жизненных функций организма внешним условиям. Заключается в экономном использовании…Свет в жизни организмов
Спектр света делится на несколько областей: <150 нм – ионизирующая радиация – < 0,1%; 150-400 нм – ультрафиолетовая радиация (УФ) – 1-10%;Адаптации к температуре.
Криофилы не выносят высоких температур и могут сохранять активность клеток при -8-10°С (бактерии, грибы, моллюски, членистоногие, черви и др.). Они… Термофилы приспособились к условиям высоких температур, обитают… У животных реакции на разный тепловой режим жизнеобеспечения не менее разнообразны, чем у растений. И все они…Среди сходных форм гомойотермных (теплокровных) животных наиболее крупными являются те, которые живут в условиях более холодного климата — в высоких широтах или в горах.
Если существуют близкие виды (например, виды одного рода), которые существенно не отличаются по характеру питания и образу жизни, то более крупные виды также встречаются в условиях более сурового (холодного) климата.
Например, амурская форма тигра с Дальнего Востока крупнее суматранской из Индонезии. Северные подвиды волка в среднем крупнее южных. Среди близкий видов рода медведь наиболее крупные обитают в северных широтах (белый медведь, бурые медведи с о. Кодьяк), а наиболее мелкие виды (например, очковый медведь) — в районах с теплым климатом.
Правило Аллена (правило пропорции): у видов, живущих в более холодном климате, различные выступающие части тела (конечности, хвост, уши) меньше, чем у родственных видов из более теплых мест. Правило Аллена наглядно проявляется при сравнении длины ушей у трех видов лисиц, обитающих в разных географических областях: песец – обитатель тундры, лисица обыкновенная – обитатель умеренных широт, лисица фенек – обитатель пустынь Африки (см. рис.).
Правило предварения – это закономерность (открыта Алехиным и Вальтером в 1951 г.), согласно которой склоны северной экспозиции несут на себе растительные группировки, свойственные более северной растительной зоне (или подзоне), а склоны южной экспозиции – растительные группировки, характерные для более южной растительной зоны (или подзоны). По В. Алехину, плакорный вид, или плакорный фитоценоз, предваряется на юге или на севере в соответствующих условиях местообитания. Это отклонение от правил зональности связано с углом падения солнечных лучей.
Адаптация к влажности и водному режиму.
По отношению к водному режиму экотопа (экотоп – совокупность факторов местообитания) растения делятся на влаголюбивые (гигрофиты), сухолюбивые… Гигрофиты(калужницы, болотные осоки, злаки, папоротник оноклея чувствительная,… Мезофиты– способны непродолжительно переносить незначительные почвенную и атмосферную засухи. К ним относятся луговые…ЛЕКЦИЯ №15. Охрана атмосферного воздуха от загрязнения.
Любая производственная деятельность сопровождается загрязнением окружающей… Согласно ГОСТ 17.2.1.04-77 все источники загрязнения атмосферы (ИЗА) делятся на естественного и антропогенного…Рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.
Санитарно-гигиенические нормативы качества воздуха. Понятие о ПДК.
Резорбтивное (токсическое) действие — это возможность развития общетоксических, гонадотоксических, эмбриотоксических, мутагенных, канцерогенных и… Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны (ПДК р.з.) — это…Санитарно-защитные зоны (СЗЗ).
СЗЗ – это пространство между границей территории (промплощадки) предприятия и… Для объектов, являющихся источниками воздействия на ОС и здоровье человека, в зависимости от их мощности, условий…Очистка воздуха от газовых выбросов
Основным направлением охраны окружающей среды, в том числе и атмосферного воздуха от вредных выбросов должна быть разработка малоотходных и… 1. Общая эффективность очистки определяется по соотношению: Э = (свх - свых)/свх,Классификация способов очистки газовых выбросов
|
 |
|
| |||
 | |||
|
Понятие о предельно допустимом выбросе (ПДВ).
Если на границе нормативной СЗЗ предприятия выполняет условие:
См = ПДКм.р. – сф
тогда ПДВ = М, а см = (ПДК – сф), то формула для расчета максимальной приземной концентрации примет вид:
 |
Сухие пылеуловители.
Электрофильтры.
Наиболее совершенными и универсальными аппаратами для очистки выбросов от взвешенных частиц являются электрические фильтры, в основе работы… Установки состоят из двух частей: агрегатов питания и собственно…Абсорбционная и адсорбционная очистка.
В целях очистки выбросов от газообразных примесей применяют методы хемосорбции, адсорбции, каталитического и термического окисления. Хемосорбция основана на поглощении газа жидкими поглотителями с образованием…Каталитические методы очистки.
Каталитический метод основан на превращении вредных компонентов промышленных выбросов в менее вредные или безвредные вешества в присутствии… SO2 + Н2О = Н2SO3ЛЕКЦИЯ №16. Водные ресурсы и их охрана
Основные сведения о гидросфере
Важнейшим веществом в биосфере является вода, без которой невозможна жизнь. Вода является жизненно необходимым, витальным (от лат. vita – жизнь)… Распределение водных масс в гидросфере ЗемлиКлассификация сточных вод
Сточные воды предприятий по составу подразделяются на 3 вида:
— производственные — использованные или сопутствующие технологическому процессу, которые в свою очередь можно разделить на загрязненные и нормативно чистые;
— бытовые — от санитарных узлов и пищеблоков, душевых установок;
— атмосферные — дождевые, талые, к ним можно отнести и поверхностные после полива территорий.
Характер загрязнения производственных сточных вод в основном определяется профилем предприятия, составом перерабатываемых материалов, сырья и видом выпускаемой продукции.
Все многообразие производственных сточных вод по характеру основных загрязнений можно отнести к 3 группам:
— содержащие минеральные примеси (металлургия, машиностроение, производство строительных материалов, минеральных кислот, удобрений и т. д.);
— содержащие органические примеси (мясная, рыбная, консервная, пищевая промышленность и т. д.);
— содержащие органоминеральные примеси (нефтедобывающие, нефтеперерабатывающие, текстильные и др. предприятия).
Загрязненность сточных вод органическими веществами, как известно, характеризуется тремя показателями: ВПК, ХПК, ООУ.
БПК — биохимическая потребность в кислороде — опосредованный показатель содержания органических веществ — характеризует необходимое количество кислорода для микробного окисления биологически окисленных органических веществ.
Различают БПКполн, БПК20,БПК|0, БПК5, соответственно обозначающие, сколько кислорода израсходовано на полное окисление органических веществ в течение 20, 10 и 5 суток.
ХПК — химическая потребность в кислороде — также опосредованный показатель — характеризует необходимое количество кислорода для химического окисления всех органических веществ, а заодно и восстановленных неорганических (аммонийный азот, сульфиды, сульфиты т. д.).
ООУ — общее содержание органического углерода, характеризует суммарную концентрацию органических веществ.
Если в одной и той же пробе определить эти характеристики, то они выстроятся в убывающий ряд: ХПК > ООУ > БПК.
Классификация способов очистки сточных вод
Механические способы очистки сточных вод
Для механической очистки применяют следующие сооружения: решетки, на которых… Принцип действия песколовки основан на том, что под влиянием сил тяжести частицы, удельный вес которых больше, чем…Химическая очистка сточных вод
Нейтрализация сточных вод
При спуске производственных сточных вод в водоем или в городскую канализационную сеть практически нейтральными следует считать смеси с рН =… Если отработанные производственные сточные воды подаются в систему оборотного… Наиболее часто сточные воды загрязнены минеральными кислотами: Н2SО4, азотной НNО3, соляной НСl, а также их смесями.…Окислительно-воссановительная очистка сточных вод
При хлорировании водных растворов цианидов, отличающихся весьма высокой токсичностью, процесс проводят в щелочной среде (рН > 9). Вначале цианиды… CN- + 2OH- + Cl2 = CNO- + 2Cl- + H2O а последние превращаются в молекулярный азот и диоксид углерода:Физико-химическая очистка производственных сточных вод
Коагуляция
Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты: 1.Соли алюминия. 2. Соли железа.Флотация.
Флотация — процесс выделения из воды в пенный слой взвешенных и эмульгированных загрязнений в результате прилипания к пузырькам газа, подаваемого снизу в очищаемой жидкости.
Процесс очистки производственных сточных вод, содержащих ПАВ, нефть, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов «частицы-пузырьки», всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости. Приминание частицы, находящейся в ней, к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью.
Сорбция
Сорбция – это процесс поглощения вещества из окружающей среды твердым телом или жидкостью. Поглощающее тело называется сорбентом, а поглощаемое – сорбатом. Различают поглощение вещества всей массой жидкого сорбента (абсорбция) и поверхностным слоем твердого или жидкого сорбента (адсорбция). Сорбция, сопровождающаяся химическим взаимодействием сорбента с поглощаемым веществом, зазывается хемосорбцией.Сорбция представляет собой один из наиболее эффективных методов глубокой очистки от растворенных органических веществ сточных.
В качестве сорбентов применяют различные искусственные и природные пористые материалы: золу, коксовую мелочь, торф, силикагели, алюмогели, активные глины и др. Эффективными сорбентами являются активированные угли различных марок.
Экстракция
Очистка сточных вод экстракцией состоит из трех стадий. Первая стадия — интенсивное смешение сточной воды с экстрагентом (органическим…Ионный обмен
Иониты — бывают неорганические и органические. Это могут быть природные вещества или вещества, полученные искусственно. К неорганическим природным… Катиониты в качестве противоионов могут содержать не только ионы водорода, но… при контакте примеси воды (в данном случае NaCl) с катеонитомОбратный осмос
Обратный осмос заключается в фильтровании растворов неорганических или органических веществ через полупроницаемые (молекулы воды проходят, молекулы растворенных веществ — нет) перегородки (мембраны). Так, если осмотическое давление морской воды состав|шет 20—25 атмосфер (2,0—2,5 МПа), то для ее опреснения, т. е. для рродавливания через мембраны чистого растворителя (воды), следует приложить давление 6—7 МПа.
Ультрафильтрация.
Ультрафильтрация основана на разделении растворов фильтрованием через мембраны с диаметром пор 5—200 нм, в то время как при 'обратном осмосе используются мембраны с диаметром пор до 1 нм. Для ультрафильтрационной очистки от крупных органических или неорганических молекул используют давление 0,1—0,5 МПа. В качестве материала мембран используются ацетат целлюлоза, полиамиды и другие полимеры.
Электрохимическая очистка
Электрохимическая очистка применяется для очистки сточных вод от различных растворимых диспергированных примесей; к ней относятся: 1) разложение нежелательных примесей за счет анодного окисления и катодного восстановления; 2) удаление растворенных неорганических соединений с использованием полупроницаемых мембран (электродиализ); 3) разложение примесей путем электролиза с использованием растворимых анодов и получение нерастворимых соединений, выпадающих в осадок. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока.
Перегонка и ректификация.
Простая перегонка осуществляется путем постепенного испарения уточной воды. Метод применяется для удаления соединений, которые Умеют температуру кипения ниже температуры кипения воды (ацетон, спирты и т. д.).
Перегонку с водяным паром (эвапарацию) или другим инертным носителем применяют для удаления легколетучих соединений (аммиака, аминов, фенолов). Перегонку производят в периодически действующих аппаратах или непрерывно действующих дистилляционных колоннах.
Термические методы.
Термические методы включают:
1) термическое концентрирование с последующим выделением примесей (испарение, вымораживание, образование кристаллогидратов).
2) термическое окисление органических веществ в присутствии катализатора
3) огневое обезвреживание с утилизацией или без утилизации тепла. Сущность метода заключается в распылении воды в нагретые до 1100 градусов топочные газы, при этом вода испаряется, а органические примеси сгорают до углекислого газа и паров воды.
Биохимические (биологические) методы очистки.
Биологическое окисление осуществляется сообществом микроорганизмов (биоценозом), включающим множество различных бактерий, простейших и более… Известны аэробные и анаэробные методы биохимической очистки сточных вод. Аэробный процесс. Для его осуществления используются группы микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходимы…ЛЕКЦИЯ №18. Кислотные осадки.
При конденсации водяного пара в атмосфере образуется дождевая вода, изначально…ЛЕКЦИЯ №19. Озоновые дыры.
В стратосфере на высоте от 20 до 25 км от поверхности Земли располагается область атмосферы с повышенным содержанием озона, которая выполняет… Защитная озоновая оболочка Земли содержит всего около 3 млрд т озона. Озон,… Причины возникновения «озоновых дыр» до конца не ясны. Они обнаружены в начале 80-х гг. ХХ века, и короткий период…Лекция 20. Сохранение биоразнообразия.
Биоразнообразие – это разнообразие всего живого в биосфере – от генов до экосистем. Выделяют три типа биологического разнообразия: 1) генетическое –… Общее количество видов в биосфере определяют в пределах от 5 до 30 млн.… Причин необходимости сохранения биоразнообразия много: потребность в биологических ресурсах для удовлетворения нужд…ЛЕКЦИЯ 21. Парниковый эффект.
«Парниковый эффект» был обнаружен Ж. Фурье в 1824 году и впервые количественно исследован С. Аррениусом в 1896 г. Это процесс, при котором… Пары воды, метан, углекислый газ, озон, оксиды азота и другие газы,… «Парниковые газы» действуют как крыша парника: она, с одной стороны, пропускает внутрь солнечное излучение, с другой –…ЛЕКЦИЯ 22. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА.
• доступные (доказанные или реальные) запасы — объемы природного ресурса, выявленные современными методами разведки, технически доступные и… • потенциальные (общие) ресурсы — ресурсы, помимо доступных, установленные на… С развитием научно-технического прогресса потенциальные ресурсы переходят в категорию доступных.ЛЕКЦИЯ 23. Продовольственная проблема.
Быстрый рост населения в середине ХХ века, особенно в развивающихся странах Юго-Восточной Азии, Южной Америки, Африки, и недостаток в этих странах… Комплекс мер, включающий внедрение новых высокоурожайных сортов… Развитие животноводства получило название «мясной революции». Одним из негативных последствий «мясной революции»…Лекция 24. Проблема народонаселения.
Человек как биологический вид характеризуется способностью к увеличению своей численности и расселению. На протяжении большей части истории… С середины ХХ века отмечается стремительный рост численности населения… Анализ рождаемости и смертности населения высокоразвитых стран за последние 200 лет выявил четкий переход от…Лекция 25. Нормативы качества окружающей среды. Экологические стандарты.
К санитарно-гигиеническим нормативам относятся нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ: химических, биологических и пр.,… Во вторую группу нормативов качества окружающей среды входят… В третью группу нормативов качества окружающей среды входят комплексные нормативы. Здесь действуют предельно…Лекция 26. Экономика природопользования.
Ущерб, наносимый окружающей среде, подразделяется на социальный, моральный, экономический. Экономический ущерб может быть фактическим (расчетным), возможным tu… Экономический ущерб от загрязнения среды определяется суммой затрат на возмещение ущерба, причиненного отдельными…Базовые нормативные платы за природные ресурсы.
Плата за природные ресурсы подразделяется на два основных вида — плату за пользование природными ресурсами и плату за воспроизводство и охрану… Первый из названных видов платежей по своей юридической природе представляет… Платежи за охрану и воспроизводство природных ресурсов призваны компенсировать обществу затраты на восстановление и…Лекция 27. Экологическое право.
Экологическое право — особое комплексное образование, представляющее собой совокупность правовых норм, регулирующих общественные отношения в сфере… В системе экологического права России принято выделять: общую, особенную и… Общая часть содержит, в том числе, такие институты как:Лекция 28. Особо охраняемые природные территории.
а) государственные природные заповедники, в том числе биосферные; б) национальные парки; в) природные парки; г) государственные природные заказники;… Национальные парки являются природоохранными, эколого-просветительскими и…Лекция 29. Мониторинг окружающей среды.
Мониторингом окружающей среды называют регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и… Необходимость в экологическом мониторинге возникла несколько десятилетий… Цель экологического мониторинга — информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической…ЛЕКЦИЯ 30. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА.
Цель экологической экспертизы—обеспечить предупреждение вредных последствий…Лекция 31. Защита почв от загрязнения.
Нарушенные земли - земли, утратившие в связи с их нарушением первоначальную хозяйственную ценность и являющиеся источником отрицательного… Этапы рекультивации земель - последовательно выполняемые комплексы работ по… Направление рекультивации земель - определенное целевое использование нарушенных земель в народном хозяйстве. К…Лекция 32. Международное экологическое сотрудничество.
Выбросы в атмосферу, загрязнение рек, морей и океанов и т. п. не могут быть… • Космос — самый характерный международный объект охраны — достояние всего человечества.Лекция 33. Здоровье человека и окружающая среда.
Согласно Уставу Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), здоровье — это… В настоящее время существует целый ряд определений здоровья, которые, как правило, содержат пять критериев последнего:…Группировка факторов риска по их удельному весу для здоровья
Виды вмешательства человека в ОС.
Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений:
- ингредиентное загрязнение, или внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным биогеоценозам;
- параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды;
- биоценотическое загрязнение, которое заключается в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биогеоценоз;
- стациально-деструкционное загрязнение (стация — место обитания популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах человека.
Лекция 34. Деятельность по обращению с отходами производства и потребления.
Классификация отходов производства и потребления.
 |
Образование и управление переработкой отходов.
Сжигание отходов.
Экологические воздействия мусоросжигательных заводов в основном связаны с загрязнением воздуха, в первую очередь - мелкодисперсной пылью, оксидами…Компостирование отходов
Компостирование- это технология переработки отходов, основанная на их естественном биоразложении. Наиболее широко компостирование применяется для переработки отходов органического, прежде всего, растительного происхождения, таких как листья, ветки и скошенная трава. Существуют технологии компостирования пищевых отходов, а так же неразделенного потока ТБО. В России компостирование с помощью компостных ям часто применяется населением в индивидуальных домах или на садовых участках. В то же время процесс компостирования может быть централизован и проводиться на специальных площадках. Существует несколько технологий компостирования, различающихся по стоимости и сложности. Более простые и дешевые технологии требуют больше места и процесс компостирования занимает больше времени, как следует из приводимой классификации технологий компостирования.