Контрольная работа по "Экологии". 241

 

 

Контрольная работа

по  дисциплине «Экология»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           Санкт-Петербург

                                                                  2011

Содержание

 

1. Сформулируйте определение экологической системы и начертите схему структуры биогеоценоза. Приведите несколько примеров природных экологических систем………………………………...3

 

2. Приведите график, характеризующий воздействие экологического фактора на организм; поясните экологический смысл предельно допустимой концентрации (ПДК) вредного вещества в среде.  ПДК = Слим/n, где n>1, Слим=Спор – лимитирующая пороговая концентрация. ……………………………………………………....5

 

 

3. Изобразите и обсудите модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Поясните названия организмов и их роль в круговороте…………………………………………………7

 

4. Перечислите органические молекулы, которые синтезируются в тканях живых организмов, из каких химических элементов они состоят?..................................................................................................9

 

 

5. Биомасса экосистемы, её изменение по трофическим уровням. Экологические пирамиды численности, биомассы, энергии……………………………………………………………...11

 

6. Эвтрофизация водоёмов, её антропогенные начала………………………………………………………………14

 

Список литературы………………………………………………………15

 

 

 

 

 

 

1. Сформулируйте определение экологической системы и начертите схему структуры биогеоценоза. Приведите несколько примеров природных экологических систем.

 

Экологическая система (от греч. éikos — жилище, пребывание) — единый экологический, природный комплекс со свойственными ему связями, взаимозависимостью, обусловленными обменом веществ и энергии. Иными словами, экологическая система — это совокупность живых организмов со средой их обитания.

Природные экологические  системы чаще называются экосистемами.

Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов  и детритофагов, взаимодействующих  друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема  обязательно представляет собой  совокупность живых и неживых  компонентов (рис. 1);

2) в рамках  экосистемы осуществляется полный  цикл, начиная с создания органического  вещества и заканчивая его  разложением на неорганические  составляющие;

3) экосистема  сохраняет устойчивость в течение  некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

         

                  Рис.1 Схема структуры биогеоценоза

 

Примерами природных  экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.  Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в более сложно организованные. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических. Важным следствием иерархической организации экосистем является то, что по мере объединения компонентов в более крупные блоки, которые, в свою очередь, объединяются в системы, у этих новых функциональных единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. [1]

 

 

 

 

 

2. Приведите график, характеризующий воздействие экологического фактора на организм; поясните экологический смысл предельно допустимой концентрации (ПДК) вредного вещества в среде.  ПДК = Слим/n, где n>1, Слим=Спор – лимитирующая пороговая концентрация.

       У организмов, живущих в определенной среде, вырабатываются специфические приспособления к экологическим факторам именно этой среды. Значения того или иного экологического фактора могут колебаться в широких пределах, но живые организмы имеют свойство приспосабливаться к этому. Способность организмов выдерживать изменения условий жизни (например, колебания температуры, влажности) называется толерантностью (лат. tolerantia –терпение).

Кривая, хаpактеpизующая  скорость того или иного процесса в зависимости от одного из экологических  факторов (конечно, пpи условии, что  этот фактор оказывает на данный процесс заметное влияние) называется кривой толерантности (pис.2).

 

 

 Рис. 2 – График воздействия экологических факторов на организм      

                 

       Такие оpганизмы тpебуют стpого опpеделенных условий сpеды и называются стенобионтами.

Пологие кpивые соответствуют шиpокому диапазону  толеpантности, оpганизмы, обладающие такими свойствами, называются эврибионтами, т. е. способные жить пpи различных  условиях сpеды. Например, среди рыб  форель является стенобионтом, (стенотермным видом), а окунь – эврибионтом (эвритермным видом). Форель не в состоянии переносить большие колебания температуры и при повышении ее на несколько градусов погибнет, а окунь выживет.

При помещении  организма в новые условия  он приспосабливается (адаптируется) к  ним, эту способность он получил в процессе эволюции, она закреплена в наследственной информации. Адаптации могут быть морфологическими (приспособление строения организма к среде), физиологическими (приспособление пищеварительного тракта к составу пищи и др.), поведенческими (приспособление поведения животных к температурным условиям, влажности и др.).

 

Предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в среде  – это максимальная концентрация вредного вещества, которая за определенное время воздействия не влияет на здоровье человека и его потомство, а также на компоненты экосистемы и природное сообщество в целом.

 ПДК = Слим/n, где n>1, Слим = Спор – лимитирующая или пороговая концентрация

Предельно допустимые концентрации конкретного вещества представляют собой верхние пределы лимитирующих факторов среды, при которых их содержание не выходит за допустимые границы экологической ниши человека.

 

Нормативы предельно  допустимых концентраций (ПДК) устанавливаются  для химических веществ, микроорганизмов  и других биологических веществ. Показатели их нормируются в атмосферном воздухе, воде, почве.

ПДК вредных  веществ устанавливались как  критерии безопасности и безвредности для человека факторов среды его  обитания, требования к обеспечению  благоприятных условий его жизни и фиксировались в санитарных правилах и нормах. Они выражают санитарно-гигиенические требования. Наряду с ними развивается и экологическое нормирование.

Федеральный закон  от 30.03.1999 г. № 52-ФЗ (ред. от 23.07.2008 г., с  изменениями от 27.10.2008 г.) «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» установил, что санитарные правила и нормы обязательны для соблюдения всеми государственными органами, общественными объединениями, хозяйствующими субъектами, должностными лицами и гражданами. На всей территории России действуют Санитарно-эпидемиологические правила. [2].

 

 

 

 

3. Изобразите и обсудите модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Поясните названия организмов и их роль в круговороте.

Рис. 3 – Модель биотического круговорота веществ-биогенов

 

Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп  организмов:

1) продуцентов - зеленых  растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу; они создают первичное органическое вещество;

2) консументов, потребляющих  органическое вещество; это растительноядные  и хищные животные;

3) редуцентов, разлагающих  мертвое органическое вещество  до минерального; это в основном  бактерии, грибы и простейшие животные (рис. 3).

На восходящей ветви биотического круговорота, основанного на выполнении энергетической функции зелеными растениями, происходит накопление солнечной энергии  в виде органических веществ, синтезируемых  растениями из неорганических соединений - углекислого газа, воды, азота, зольных элементов питания. Нисходящая ветвь биотического круговорота связана с потерями органического вещества. Важнейший процесс - дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СОг и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии - это потребление растений животными. Запасаемая с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами.

Таким образом, биотический  круговорот представляет собой непрерывный  процесс создания и деструкции (разрушения) органического вещества. Он реализуется  при участии представителей всех трех групп организмов: без продуцентов невозможна жизнь, поскольку лишь они производят основу жизни - первичное органическое вещество; консументы разных порядков, потребляя первичную и вторичную продукцию и переводя органическое вещество из одной формы в другую, способствуют возрастанию многообразия форм жизни на Земле; наконец, редуценты, разлагая органическое вещество до минерального, возвращают его к началу круговорота.

В биотическом круговороте  помимо образующих органическое вещество элементов (кислород, углерод, водород) принимают участие большое число биологически важных элементов (азот, кальций, натрий, калий, кремний, фосфор, сера), а также микроэлементы (бром, иод,молибден, медь, магний, свинец, кобальт, никель). Список элементов, поглощающихся живым веществом, можно значительно расширить, причем в него входят даже ядовитые элементы (ртуть, селен, мышьяк) и радиоактивные. Глобальные циклы миграции химических элементов не только связывают три наружные оболочки нашей планеты в единое целое, но и обусловливают непрерывную эволюцию ее состава.

Отметив циклический характер массоэнергообмена, ответим на вопрос о скорости круговорота различных  веществ в биосфере. Все живое  вещество биосферы обновляется в  среднем за 8 лет. В океане циркуляция идет во много раз быстрее: вся масса живого вещества обновляется за 33 дня, а масса фитопланктона - каждый день. В атмосфере смена кислорода происходит за 2000 лет, углекислого газа - за 6,3 года. Процесс полной смены вод в гидросфере осуществляется за 2800 лет, а время, необходимое для фотосинтетического разложения всей массы воды, исчисляется 5-6 млн. лет. [3]

 

4. Перечислите органические молекулы, которые синтезируются в тканях живых организмов, из каких химических элементов они состоят.

 

          В тканях живых организмов синтезируются следующие основные органические молекулы:

Белки - высокомолекулярные органические вещества, обеспечивающее жизнедеятельность человека, животных и растительных организмов. Построены из остатков 20 аминокислот, которые соединены пептидными связями в длинные цепи.

В процессах жизнедеятельности  всех организмов белки выполняют  структурную, регуляторную, каталитическую, защитную, транспортную, энергетическую и другие функции. Белки - основа кожи, шерсти, шелка и других натуральных  материалов, важнейшие компоненты пищи человека и корма животных. В зависимости от формы белковой молекулы различают фибриллярные и глобулярные белки.

   Жиры - органические соединения, в основном сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот (триглицериды); относятся к липидам. Один из основных компонентов клеток и тканей живых организмов. Источник энергии в организме.

   Углеводы - составляют существенную часть пищевого рациона человека и многих животных. Подвергаясь окислительным превращениям, обеспечивают все живые клетки энергией (глюкоза и ее запасные формы - крахмал, гликоген). Входят в состав клеточных оболочек и других структур, участвуют в защитных реакциях организма (иммунитет). Углеводы - органические соединения, в состав которых входят углерод, кислород и водород.

Углеводы - в  растениях - первичные продукты фотосинтеза  и основные исходные продукты биосинтеза других веществ.

 

Углеводы:

- составляют  существенную часть пищевого рациона человека и многих животных;

- подвергаясь  окислительным превращениям, обеспечивают  все живые клетки энергией;

- входят в  состав клеточных оболочек и  других структур;

- участвуют  в защитных реакциях организма; 

-применяются в пищевой, текстильной и бумажной, микробиологической и других отраслях промышленности;

- используются  в медицине.

Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и  полисахариды.

Происходящий  в живых организмах синтез живого вещества осуществляется на базе тех  химических элементов, которые проявили способность оставаться свободными от участия в неорганическом химическом процессе. Таковыми являются в первую очередь: углерод C, азот N, сера S. Кроме них, основу жизни составляют фосфор P, водород H и кислород O. Средой протекания реакции органического синтеза является вода Н2О. Жизнь зародилась в воде, да и сами живые организмы представляют собой наполненную органическими соединениями водную среду.

Подобно тому как  все участвующие в неорганическом процессе химические элементы имеют форму устойчивых соединений (солей, оксидов), так и все составляющие живое вещество химические элементы также находятся в нем не в чистом виде, а в виде соединений, называемых органическими.

 

Органические  молекулы в основном образованы ковалентными неполярными связями C-C, или ковалентными полярными типа C-O, C-N, C-Hal. Согласно октетной теории Льюиса и Косселя молекула является устойчивой, если внешние орбитали всех атомов полностью заполнены. Для таких элементов как C, N, O, Галогены необходимо 8 электронов, чтобы заполнить внешние валентные орбитали, для водорода необходимо только 2 электрона. Полярность объясняется смещением электронной плотности в сторону более электроотрицательного атома.

Классическая  теория валентных связей не в состоянии  объяснить все типы связей, существующие в органических соединениях, поэтому современная теория использует методы молекулярных орбиталей и квантовохимические методы.

Органические  вещества - химические соединения, в  состав которых входит углерод. К  органическим веществам относятся: белки, жиры, углеводы, ферменты, гормоны, витамины и продукты их превращений. [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Биомасса экосистемы, её изменение по трофическим уровням. Экологические пирамиды численности, биомассы, энергии.

 

     Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем, он характеризуется различной интенсивностью протекания потока веществ и энергии.

     Первый трофический уровень - это всегда продуценты; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм - к третьему; потребляющие других плотоядных - соответственно к четвертому и т.д. Поэтому различают консументов первого, второго, третьего и четвертого порядков, занимающих разные уровни в цепях питания.

Очевидно, что основную роль при этом играет пищевая специализация консументов. Виды с широким спектром питания могут включаться в цепи питания на разных трофических уровнях. В рацион, например, человека входит как растительная пища, так и мясо травоядных и плотоядных животных. Поэтому он выступает в разных пищевых цепях в качестве консумента первого, второго или третьего порядков.

Так как при  передаче энергии с одного уровня на другой происходит ее потеря, цепь питания  не может быть длинной. Обычно она  состоит из 4-6 звеньев.

Например, хищники, питающиеся различными растительноядными  и плотоядными животными, являются звеньями многих цепей. Вследствие этого  в каждом биоценозе исторически  формируются комплексы цепей  питания, представляющие собой единое целое. Подобным образом создаются сети питания, которые отличаются большой сложностью.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что пищевая цепь - основной канал  переноса энергии в экосистемах.

Благодаря сложности  трофических связей выпадение какого-то одного вида нередко почти не сказывается на экосистеме. Пищу исчезнувшего вида начинают потреблять другие ,,пользователи'', питавшиеся им виды находят новые источники пищи, и в целом в сообществе сохраняется равновесие.

Рассмотрим  как и в каком соотношении  передается энергия, заключенная в растительной пище по цепям питания.

В ходе фотосинтеза  растения связывают в среднем  лишь около 1% попадающей на них солнечной  энергии. Животное, которое съело  растение, часть пищи не переваривает и выделяет в виде экскрементов. Обычно усваивается 20-60% растительного корма, усвоенная энергия идет на поддержание жизнедеятельности животного. Функционирование клеток и органов сопровождается выделением тепла, то есть тем самым существенная доля энергии пищи вскоре рассеивается в окружающей среде. Сравнительно небольшая часть пищи идет на построение новых тканей и создание жировых запасов. Далее, хищник, съевший растительноядное животное и представляющий третий трофический уровень, получает только ту энергию из накопленной растением, которая задержалась в теле его жертвы (второй уровень) в виде прироста биомассы.

Расчеты показали, что на каждом этапе передачи вещества и энергии по пищевой цепи теряется примерно 90% энергии и только около  одной десятой доли ее переходит  к очередному потребителю. Указанное правило передачи энергии в пищевых связях организмов называют «правилом десяти процентов» (принцип Ливдемана). Например, количество энергии, которая доходит до третичных плотоядных (пятый трофический уровень), составляет лишь около 0,0004% энергии, поглощенной продуцентами. Это и объясняет ограниченное количество (5-6) звеньев (уровней) в пищевой цепи независимо от сложности видового состава биогеоценоза.

Рассматривая  поток энергии в экосистемах, легко понять так же почему с повышением трофического уровня биомасса снижается. Здесь работает энергетический закон экосистем: «Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть, занимаемый ею трофический уровень, или иначе: на конце длинной пищевой цепи не может быть большой биомассы».

 

Экологическая пирамида - это графическое изображение соотношения различных трофических уровней пищевой цепи. Основание экологической пирамиды составляет уровень продуцентов. Экологические пирамиды могут быть 3 видов:

 

1. Пирамида чисел - отражает количественное распределение отдельных организмов на трофических уровнях. Особенностью такой пирамиды является уменьшение численности организмов при движении от продуентов к консументам. Эта закономерность объясняется тем, что в любой экосистеме мелкие животные численно превосходят крупных и размножаются быстрее. Для любого хищника существует нижний и верхний предел размеров их жертв, каждому хищнику служат пищей жертвы определенного размера. Вторая пирамида - обращенная, так как в лесных пастбищных пищевых цепях продуценты - это деревья, а первичные консументы - это насекомые. Уровень первичных консументов по численности превышает уровень продуцентов.

 

2. Пирамида биомассы - показывает соотношение общего количества живого вещества на трофических уровнях пищевой цепи. Может иметь две графические разновидности - правильная и обращенная. Наблюдаются следующие закономерности: пирамиды с широким основанием и узкой вершиной характерны для наземных и мелководных экосистем, в которых продуценты имеют крупные размеры и живут сравнительно долго. В молодых экосистемах вершина пирамиды более узкая, чем в зрелых; пирамида может быть обращенной в открытых и глубоких водах, где продуценты невелики по размеру и малодолговечны. Пирамида биомассы отличается промежуточным характером в озерах и прудах, так как здесь равноценны роли продуцентов, то есть крупных прикрепленных растений и микроскопических водорослей.

 

3. Пирамида энергии - величина потока энергии, проходящего через различные трофические уровни. В отличие от пирамиды чисел или биомассы, характеризующих статику экосистемы, пирамида энергии характеризует динамику прохождения массы пищи через пищевую цепь. На ее форму не влияют ни размеры особей, ни интенсивность их метаболизма. Кроме того, пирамида чисел преувеличивает роль мелких организмов, пирамида биомассы преувеличиват роль крупных. Поэтому пирамида энергии является наиболее универсальной характеристикой для сравнения потока энергии, проходящего через разные уровни, а также для сравнения одной экосистемы с другой.

 

Изучение экологических  пирамид позволяет оценивать состав и особенности функционирования целых экосистем или их отдельных частей, а также определять степень антропогенного воздействия на отдельные организмы или экосистему в целом. [4]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Эвтрофизация водоёмов, её антропогенные начала

 

     Эвтрофизацией  называется  процесс   обогащения   водоема   биогенами, стимулирующими  рост  фитопланктона.   Вначале   в   таком   водоеме резко увеличивается количество микроскопических   водорослей.   С   увеличением кормовой базы  возрастает  количество  ракообразных,  рыб  и  других  водных организмов. Затем происходит отмирание огромного количества организмов.  Оно приводит к расходованию всех запасов  кислорода,  содержащегося  в  воде,  и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняется  настолько,  что он становится  непригодным  для  существования  любых  форморганизмов. Водоем постепенно «умирает».

 

Современный уровень  очистки сточных вод таков, что  даже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатов достаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов. От этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, сокращается  концентрация растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине  рыбы  и  моллюски. Озера с большим количеством  биогенных  элементов  называют  эвтрофными  (отгреческих слов "eu" - "хорошо" и  "trophe"  -  "пища"). 

 

К  помутнению  воды ведут также и наносы, так как биогены, например нитрат-,  фосфат-  и  калий- ионы, прикрепляются к частицам глины и гумуса, следовательно, они  неизбежно сопутствуют  наносам,  и  все  источники   последних   одновременно   служат источниками биогенов. Озера, подверженные эвтрофизации,  иногда  называют  "мертвыми",  но  с биологической точки зрения это неправильно, так как общая  биопродуктивность фитопланктона может быть значительно выше, чем у  бентосной  растительности. В  свою  очередь  им  иногда  питаются  крупные  популяции  некоторых   рыб, избегающих глубоких, обедненных кислородом слоев  воды.  Значит,  правильнее рассматривать эвтрофизацию как смену сплошной,  богатой  видами  экосистемы, основанной  на  бентосной  растительности,   на   простую,   основанную   на фитопланктоне.   Однако,   поскольку   эвтрофный   водоем   не    доставляет эстетического удовольствия от плавания, катания на лодках  и  рыбной  ловли, его можно считать "мертвым" с этой точки  зрения.  Кроме  того,  если  озеро служит источником питьевой воды, ее  качеству  грозит  серьезная  опасность: клетки водорослей  быстро  забивают  водоочистные  фильтры  и  придают  воде неприятный вкус.[1]

 

 

 

 

                        Список литературы

 

1. Вронский В.А. Экология: Словарь-справочник. –Ростов-на-Дону: Феникс, 1999-576 с.
2. Лапина М.А. Экологическое право: Электронное пособие. - Москва: МИЭМП, 2004.-604с.
3. Николаев А.С. Экология: Учебное пособие. -СПб.: СПбГИЭУ, 2001.-132с.
4. Стадницкий Г.В. Основы экологии: Учебное пособие. - СПб.: Химиздат, 2003.- 88с
5. Цветкова Л.И. Экология. –СПб.: Химиздат.2001.-550с.