Экология методы. Экология Яшников. Решение Переведем значения величин в необходимые для расчета единицы измерения
 Скачать 182.5 Kb.
|
|
Задача 1. Расчет приземной концентрации загр. веществ.
Решение Переведем значения величин в необходимые для расчета единицы измерения:   Рассчитаем значения величин, необходимые для расчета: – линейную скорость газа при выходе из трубы находим по ур. (3):  – мощность выброса составляет  По ур. (4)–(7) рассчитываем значения параметров:     Поскольку  и  выброс «горячий» и величину см находим по ур.(8): Найдем необходимые для расчета см значения коэффициентов  ·и  . Поскольку  величину коэффициента вычисляем по уравнению (9а) Безразмерный коэффициент вычисляем по ур.(10)).   Расчет величин опасной скорости ветра, максимальной концентрации загрязняющего вещества при этой скорости ветра и расстояния до максимума. Так как:  Подставляя в уравнение (8) числовые значения величин, находим максимальную разовую приземную концентрацию золы при неблагоприятных погодных условиях (F = 3):  Вычисляем коэффициент d, который при и  равен (см. ур. (12а)):  Расстояние xм до точки с максимальной концентрацией золы находим по ур. (11)  Расчет максимальной концентрации загрязняющего вещества и расстояния до максимума при скорости ветра  Вычисляем отношение фактической скорости ветра  к опасной  По формулам (14б) и (16в) для случая  определяем значения вспомогательных величин r и p:  Максимальная приземная концентрация при скорости ветра (ур. (13)) составляет:  Максимум приземной концентрации золы при скорости ветра находится на расстоянии от трубы по оси факела (ур. (15)): Расчет концентрации загрязняющего вещества в заданной точке А с координатами (1100; 0) при опасной скорости ветра  Значение отношения  Так как  величину s1,u находим по формуле (18б)  Затем по ур. (17) вычисляем величину приземной концентрации золы по оси факела в точке А с координатами (850; 0) при скорости ветра : Расчет концентрации загрязняющего вещества в заданной точке А с координатами (850; 0) при скорости ветра Находим величину отношения  Так как  величину 𝑠1,𝑢 находим по формуле (18a)  Затем по формуле (19) вычисляем приземную концентрация по оси факела в точке А с координатой (850; 0) при скорости ветра  Расчет концентрации загрязняющего вещества (зола) в точке Б с координатами (850, 40) при опасной скорости ветра Поскольку  , аргумент ty,м вычисляем по соотношению  Величину 𝑠2,м находим по ур. (22)  Концентрацию золы в точке Б при опасной скорости ветра вычисляем по соотношению (23)  Расчет концентрации загрязняющего вещества (диоксида серы) в точке Б с координатами (1100, 75) при скорости ветра Поскольку  аргумент  Величину  находим по ур. (22): Концентрация золы в точке Б с координатой (1100, 75) при скорости ветра  Задача 2. Расчет ИЗА и комплексного показателя.
РешениеРассчитаем значения ИЗА для отдельных загрязняющих веществ       Пять наибольших значений выделены жирным шрифтом и по их значениям найдем величину комплексного ИЗА – I(5): Поскольку величина | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, уровень загрязнения воздуха - высокий
, расходуемого при сжигании 950 т каменного угля (
. Каково количество образовавшегося 
? Какая масса древесины осины с химическим составом,%: 
; 
; 
должна быть синтезирована, чтобы выделилось такое количество кислорода и поглотилось такое количество углекислого газа?
| Выбросы ЗВ в атмосферу | Размещение твердых отходов | |||||||
| Масса ЗВ, т/г |  |  | Зола | Масса отходов, т/г |  | IV кл | III кл | |
 | 12,3 | 1,34 | 7,3 | | | | | |
 | 13,5 | 2,2 | - |  | 9,7 | 5,75 | | |
 | 16,8 | 5,3 | 18 |  | 13,5 | 4,75 | | |
Определяем сумму платежей за фактические выбросы в атмосферу ЗВ. Массу выбросов ЗВ принимаем из таблицы.
Определим значения МНД,i, МВР,i и МСР,iдля загрязняющих веществ:
Для
лимит на выброс не установлен 
. Следовательно, 
Для
лимит на выброс не установлен . Следовательно, 
Для золы лимит на выброс не установлен
. Следовательно, 
Плату в пределах нормативов допустимых выбросов находим по по ур.(1.2):
Плату за выбросы в пределах временно разрешенных лимитов на выбросы, превышающих нормативы допустимых выбросов находим по ур.(1.3):
Плата за количество выбросов и сбросов загрязняющих веществ, превышающее временно согласованный норматив, находим по ур.(1.4):
Общая сумма платы за выбросы ЗВ в атмосферу по ур.(1.1) составит:
В бюджет субъекта Российской Федерации зачисляется 40% от суммы, т. е.
В бюджеты городского округа зачисляется 60 % от суммы, т. е. 56668,48 рублей.
Задача 5. Рассчитать класс опасности отхода
| Состав и содержание компонентов отхода, мг/кг | ||||
 |  |  |  |  |
| Остальное | 150000 | 110000 | 450 | 1700 |
Рассчитаем показатель опасности
Класс опасности – 3
Класс опасности – 3
Класс опасности – 4
Класс опасности – 5
Класс опасности – 1
Задания по теории:
Какие существуют уровни организации живой материи? Какие из этих уровней являются предметом экологии?
Уровни организации живой материи – это условное обозначение, принятое для классификации всех живых организмов на нашей планете. Живая природа Земли поистине разнообразна. Организмы могут принимать различные размеры: начиная от простейших и одноклеточных микробов, переходя к многоклеточным существам, и заканчивая самыми крупными животными на земле – китами. Эволюция на Земле происходила таким образом, что организмы развивались от простейших (в прямом смысле) к более сложным. Так, то возникая, то исчезая, новые виды совершенствовались в ходе эволюции, принимая все более причудливый облик.
Чтобы систематизировать это невероятное количество живых организмов, и были введены уровни организации живой материи. Дело в том, что, несмотря на различия во внешнем виде и в строении, все организмы живой природы имеют общие черты: они так или иначе состоят из молекул, имеют в своем составе повторяющиеся элементы, в том или ином смысле – общие функции органов; они питаются, размножаются, стареют и умирают. Иными словами, свойства живого организма, несмотря на внешние различия, схожи. Собственно, ориентируясь на эти данные, можно проследить, как проходила эволюция на нашей планете. Итак, рассмотрим уровни организации живой материи более подробно.
1) Молекулярный уровень присущ всем организмам. В рамках этого уровня происходят невидимые невооруженным глазом процессы, имеющие место в любом живом организме: синтез и распад питательных, строительных или защитных веществ. Это уровень крупных молекулярных соединений (белки, нуклеиновые кислоты и т. д.)-
2) Надмолекулярный или субклеточный. Уровень, на котором происходит структуризация молекул в органоиды клетки: клеточная мембрана, хромосомы, вакуоли, ядро и т. Д
3) Клеточный. На этом уровне материя представлена в виде элементарной функциональной единицы – клетки.
4) Органно-тканевой уровень. Именно на этом уровне образуются все органы и ткани живого организма вне зависимости от их сложности: головной мозг, язык, почка и др. При этом следует иметь в виду, что ткань – совокупность клеток, объединенных общим строением и функцией. Орган – часть организма, в «обязанности» которой входит выполнение четко определенной функции.
5) Онтогенетический или организменный уровень. На этом уровне различные по функциональности органы объединяются в целостный организм. Говоря иначе, этот уровень представлен уже целостным индивидом любого вида.
6) Популяционно-видовой. Организмы или индивиды, имеющие сходное строение, функции и схожий облик и тем самым относящиеся к одному виду, включаются в одну популяцию. В биологии под популяцией понимают совокупность всех особей данного вида. В свою очередь, все они образуют генетически единую и обособленную систему. Популяция обитает в определенном месте – ареале и, как правило, не пересекается с представителями других видов. Вид, в свою очередь, представляет собой совокупность всех популяций. Живые организмы могут скрещиваться и производить потомство лишь в рамках своего вида.
7) Биоценотический. Уровень, на котором живые организмы объединяются в биоценозы – совокупность всех популяций, проживающих на конкретной территории. Принадлежность к тому или иному виду в этом случае не имеет значения.
8) Биогеоценотический. Этот уровень обусловлен образованием биогеоценозов, то есть совокупности биоценоза и неживых факторов (почва, климатические условия) в той области, где биоценоз обитает.
9) Биосферный. Уровень, объединяющий все живые организмы на планете. Таким образом, уровни организации живой материи включают в себя девять пунктов. Подобная классификация определяет существующую в современной науке систематизацию живых организмов.
Объект изучения в экологии. Экология занимается изучением организма во всей совокупности его взаимоотношений со средой. Таким образом, предметом экологии являются – популяции видов, а объектом – взаимоотношения этих популяций с живой (другие организмы) и неживой природой.
Казалось бы, этим же занимается и физиология, но, как отмечает Плантефоль: физиолог изучает организм, помещенный в искусственные условия. Эколог же рассматривает организм не в теоретически созданной среде (всегда себе подобной вплоть до отдельного фактора), а в окружающем мире, в котором действуют постоянно меняющиеся силы. Существует масса примеров несоответствия результатов, полученных в лабораторных условиях, и наблюдаемых в природе. Например, размножение диатомовых водорослей в культуре. Разумеется, приведенные факты не означают, что лабораторные исследования не представляют интереса. Напротив, они необходимы, но нельзя бездумно внедрять в природу результаты экспериментов.
Из всего вышесказанного вы согласитесь с мнением другого французского исследователя Лабейри, что экология – это все-таки наука о реальном. Это естественная наука, но вид исследуется экологией не на уровне отдельно взятой особи (особь остается объектом исследования морфологии, систематики, физиологии), а всей популяции, т.е. совокупности особей, которая занимает определенную территорию и обновляется во времени. Для выделения вида как основной структурной единицы живого вещества используются два подхода. Вид может определяться как совокупность организмов, обладающих единством морфологических признаков (морфологический вид). Другой подход базируется на особенностях биологии размножения и экологии (биологический вид). Вид – это совокупность сходных между собой особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и в репродуктивном отношении изолированных от других сходных совокупностей особей. Вид обладает единым геномом и ареалом. В экологическом отношении для особей одного вида характерны одни и те же взаимоотношения со средой обитания (единство ареала). Вид состоит из популяций особей.
Положение экологии в системе естественных наук обеспечивает ее теснейшую связь с биологией (систематика, зоология, ботаника, физиология, генетика и др.), географией (ландшафтоведение, биогеография, климатология, медицинская география, демография и др.), медициной (гигиена, токсикология, бактериология, эпидемиология и др.,), с социальными науками (социология, психология, лингвистика, экономика и др.), с рядом правовых (экологическое право) и естественных наук (физика, химия, математика и кибернетика).
Какие существуют виды дыхания?
Дыханием называется биохимическое окисление органических веществ до СО2 и Н2О, сопровождающееся освобождением энергии. Конечные продукты дыхания – СО2 и Н2О выделяются растением наружу, лишь часть СО2 может вновь участвовать в фотосинтезе.
По своему существу дыхание растений аналогично дыханию животных, что указывает на единство происхождения растений и животных.
Энергия, освобождаемая при дыхании, используется в многообразных биохимических и физиологических процессах. Эта энергия нужна для поддержания структуры протоплазмы, в процессах вторичного синтеза и передвижения веществ, роста, движения органов развития, при поглощении минеральных веществ из почвы.
Дыхание свойственно всем живым клеткам и совершается в них непрерывно. Окисление органического вещества в процессе дыхания происходит при участии окислительно-восстановительных ферментов и ферментов расщепления. Подобно другим физиологическим явлениям, дыхание характеризуется различной интенсивностью в зависимости от внешних условий и возрастного и стадийного состояния растения.
Как видим, объемы газов, обменивающихся при дыхании равны. Однако это не всегда так. Для характеристики состояния СО2/О2 пользуются показателем, который называют дыхательный коэффициент (ДК).
Отношение СО2/О2 меняется в зависимости от источника окислительных процессов. Если в качестве источника используются углеводы ДК = 1, для жиров и белков ДК < 1, для органических кислот ДК > 1.
Методы определения интенсивности дыхания основываются на количественном учете поглощенного О2 или выделенного СО2. Интенсивность дыхания выражают в мг (куб.мм, мл) поглощаемого О2 в единицу времени (час, сутки) единицей веса тканей или органов. Расчет производят как на сухой, так и на сырой вес.
Современные представления о химизме дыхания являются по существу развитием идей, выдвинутых выдающимися русскими учеными-биохимиками А. Н. Бахом, В. И. Палладиным и С. П. Костычевым. Известно, что сахара вне организма недоступны непосредственному действию кислорода. В организме же они быстро распадаются в процессе дыхания
Цель дыхания – образование АТФ. АТФ часто называют энергетической валютой клетки, поскольку свободная энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ до АДФ, используется для различных метаболических реакций, требующих для своего протекания энергетических затрат.
Дыхание – это не единственный способ генерирования АТФ у большинства растений. АТФ генерируется и в световой фазе фотосинтеза. Образование АТФ при дыхании и фотосинтезе различается по характеру источников свободной энергии. При фотосинтезе источником энергии служит солнечная энергия, а при дыхании – окисление сложных молекул. Следовательно, в темноте и в нефотосинтезирующих тканях АТФ образуется исключительно в процессе дыхания.
Основным «органом» дыхания клетки считают митохондрии. В мембранах митохондрий находится большое количество "ферментов, катализирующих процессы окисления и фосфорилировапия. Следует указать, что мембранная организация является характерной особенностью дыхательного и фотосинтетического механизма трансформации энергии в клетке.
Мембраны, содержащие ферменты переноса электронов и сопряженного с ним фосфорилирования, называют сопрягающими. В них энергия света (фотосинтез) и энергия окисления субстрата (дыхание), освобождающаяся в процессе переноса электронов окислительно-восстановительной системой ферментов и коферментов в редокс-цепях, обеспечивает другой процесс — фосфорилировапие АДФ неорганическим фосфатом с образованием АТФ.
Какие изменения происходят в экосистеме при аллогенной сукцессии?
Аллогенные сукцессии вызываются факторами, внешними по отношению к экосистемам. Такие сукцессии чаще всего протекают в результате влияния человека, хотя возможны и природные аллогенные изменения. Их пример – изменение состава экосистемы поймы в результате меандрирования реки и углубления ею базиса эрозии русла. В итоге уровень поймы повышается, а длительность заливания и количество наилка уменьшаются. В результате этого в экосистемах пойм умеренной полосы последовательно сменяют друг друга сообщества ивняков, тополевников, вязовых и липово‑дубовых лесов и полностью меняется состав травянистых видов. Меняется и состав гетеротрофной биоты, так как растительные сообщества предоставляют им соответствующую кормовую базу. Кроме того, состав растительного сообщества отражает длительность затопления в период паводка, что во многом предопределяет возможность выживания разных видов насекомых, птиц, почвенной фауны и т.д.
Наиболее распространенным примером аллогенной сукцессии является изменение экосистем злаковников (лугов и степей) под влиянием выпаса. При высоких пастбищных нагрузках снижается видовое богатство, биологическая продукция, биомасса и происходят изменения состава растительного сообщества и сопровождающей его фауны: на смену высоким и хорошо поедаемым растениям приходят низкорослые и плохо поедаемые (последние могут быть и высокорослыми, как, например, виды чертополоха – род Carduus). В степных экосистемах различаются стадии пастбищной дигрессии: ковыльная, типчаковая (с Festuca valesiaca или F. pseudovina), полынковая с господством Artemisia austriaca. На заключительных стадиях такой сукцессии происходит рудерализация и массово развиваются однолетники, которые используют для быстрого роста перерывы между циклами стравливания и условия ослабленной конкуренции с многолетниками, которые угнетены выпасом.
Сегодня чрезвычайно распространенным и нежелательным процессом изменения водных экосистем является их эвтрофикация – изменение в результате поступления большого количества элементов минерального питания, в первую очередь фосфора. Основной причиной эвтрофикации является смыв удобрений с полей, а также стоки животноводческих ферм.
В ходе сукцессии первыми гибнут диатомовые водоросли, вслед за ними – зеленые водоросли, которые вытесняются цианобактериями. Некоторые штаммы цианобактерий выделяют в воду токсичные вещества, которые вызывают гибель многих организмов. При опускании на дно они разлагаются редуцентами, что требует большого количества кислорода. В итоге в таком обедненном кислородом водоеме гибнет большинство видов рыб и макрофитов (в первую очередь таких требовательных к чистой воде, как сальвиния, водокрас лягушечий, горец земноводный). В то же время, роголистник, рогоз широколистный и ряски могут выдерживать достаточно высокий уровень загрязнения и сохраняться в такой эвтрофицированной экосистеме. Вокруг эвтрофицированного водоема ощущается дурной запах, в мелководье скапливается бурая пена, содержащая погибший планктон.
Если количество стоков ограничено или они уже прекращены, водная экосистема сама может справиться с загрязнением – произойдет процесс деэвтрофикации, описанный в предыдущем разделе. Успешно противостоять эвтрофикации могут макрофиты, активно усваивающие элементы питания.
Однако самоочистительная способность водных экосистем ограничена, и потому если стоки поступают длительное время и в большом количестве – они гибнут.
От эвтрофицикации следует отличать отравление водных экосистем промышленными и бытовыми стоками, которые содержат токсичные вещества, например тяжелые металлы. Если поступление токсикантов ограничено, то экосистема может справиться и с ними: ядовитые вещества попадут в организмы ее обитателей, а после их смерти будут захоронены на дне. На дне водоемов Куйбышевского, Волгоградского и других водохранилищ накопился многометровый слой токсичных осадков, образующихся в процессе самоочищения.
Однако, если поступит значительное количество токсичных веществ и тем более если они будут поступать регулярно, водная экосистема восстановиться не сможет.
Другим примером аллогенной сукцессии является изменение состава экосистем под влиянием радиации. Они были изучены Р. Уиттекером и Г. Вудвелом (Whittaker, Woodwell, 1972) на радиационном полигоне о. Лонг (США). При повышении дозы радиации (использовался источник гамма‑излучения) происходила сукцессия, которая была как бы зеркальным отражением сукцессии зарастания скал, описанной Ф. Клементсом: вначале гибли деревья, потом кустарники, травы, мхи, и при самых высоких дозах радиации сохранялись только почвенные водоросли. В районе Чернобыля после аварии сукцессия прошла первую стадию: в лесах, расположенных вблизи АЭС, усох древостой (однако спустя несколько лет он начал интенсивно восстанавливаться).
Как правило, аллогенные сукцессии сопровождаются снижением продуктивности и биоразнообразия, хотя на первых стадиях сукцессии эти параметры могут возрастать. Травяные сообщества при умеренном выпасе, леса при некотором влиянии отдыхающих или водные экосистемы при легкой эвтрофикации имеют более богатый видовой состав, чем те же сообщества, не испытывающие внешних влияний.
В некоторых случаях при аллогенной сукцессии возрастает продукция, но снижается видовое богатство. Это наблюдается при изменении лугов под влиянием минеральных удобрений: число видов в сообществах уменьшается в 2‑2,5 раза. Причина тому – обострение конкуренции при повышении уровня обеспечения ресурсами. Так большой ущерб видовому составу европейских горных лугов на бедных почвах принесли мероприятия по их улучшению путем внесения минеральных удобрений. Подобным образом снижение видового богатства может сопровождаться возрастанием биологической продукции и при эвтрофикации водоемов.
Закон ограниченности (исчерпаемости) природных ресурсов.
Все природные ресурсы Земли являются конечными. Закон ограниченности природных ресурсов базируется на том, что, поскольку Земля представляет собой ограниченное целое, то на ней не могут существовать бесконечные части. Поэтому термин "неисчерпаемые” природные ресурсы не корректен. К этим ресурсам относят, например, энергетические, полагая, что энергия Солнца дает практически неисчерпаемый источник получения полезной энергии. Ошибка в том, что не учитываются ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы, антропогенное изменение которой сверх допустимого предела по правилу одного процента чревато серьезными последствиями. Согласно этому правилу изменение энергетики природной системы в пределах одного процента выводит эту систему из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов и т.д.), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1 % от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты. (правило одного процента).
Из-за ограниченности ресурсов целью экономики является повышение эффективности их использования, что означает получение большего количества материальных благ и услуг от данного объема примененных ресурсов. Это требует постоянного поиска выгодных комбинаций производимых товаров и услуг, с одной стороны, и используемых ресурсов - с другой.
Нарисуйте схему передачи энергии в пищевых цепях.
