Контрольная работа по "Экологии". 196

Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Что такое организм  и как в нем  происходит метаболизм? 

     Жизнь - активное поддержание и самовоспроизведение  специфической структуры, идущее с  затратой полученной извне энергии. Жизнь на Земле существует в виде отдельных организмов, и независимо от строения и размеров, организмы всегда обособлены от окружающей их среды, при этом постоянно находятся во взаимодействии с ней.

     Для живого характерен ряд свойств, которые  в совокупности «делают» живое живым. Такими свойствами являются самовоспроизведение, целостность и дискретность, рост и развитие, обмен веществ и энергии, наследственность и изменчивость, раздражимость, движение, внутренняя регуляция, специфичность взаимоотношений со средой.

     Живой организм - целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов - способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях). По определению акад. М. В. Волькенштейна «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот».

     Клетка - основная структурно-функциональная единица всех живых организмов, элементарная живая система. Она может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы), так и в составе тканей многоклеточных организмов. Лишь вирусы представляют собой неклеточные формы жизни.

     Со  времен Аристотеля организмы, прежде всего, подразделяют на растения и животных, клетки которых принципиально одинаковы. В современной науке - систематике, описывающей все разнообразие живой природы, выделяют ряд таксонов наиболее крупные из которых - бактерии, простейшие, грибы, растения и животные; в пределах каждого царства - типы, классы и более мелкие таксоны группы организмов, различающихся по структуре тела и органов и по способам осуществления жизненных функций. 
Тем не менее, большинство современных ученых признает необходимость выделения таксона более высокого ранга. Это, во-первых, прокариоты (от лат. - перед, раньше, вместо и греч.- ядро) - только одноклеточные организмы, не имеющие истинного ядра, ограниченного мембраной. К ним относятся бактерии, включая архе- и цианобактерии. Во-вторых, это эукариоты - одно- и многоклеточные организмы, имеющие в клетках истинное ядро. К ним относятся все остальные организмы. Деление на прокариотов и эукариотов характерно и для самых древних организмов.

     Все происходящие в организме преобразования вещества и энергии объединены общим  названием - метаболизм (обмен веществ). На клеточном уровне эти преобразования осуществляются через сложные последовательности реакций, называемые путями метаболизма, и могут включать тысячи разнообразных реакций. Эти реакции протекают не хаотически, а в строго определенной последовательности. Для каждого вида живого характерен особый, генетически закрепленный тип метаболизма. Интенсивность и направленность метаболизма обеспечивается сложной регуляцией химического синтеза, а параллельно и химического распада, активностью ферментов, а также изменением проницаемости биологических мембран. Таким образом, метаболизм (от греч. «метаболе» - «перемена, превращение») или обмен веществ, - это лежащий в основе жизни закономерный порядок превращения веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; это совокупность всех химических реакций, протекающих в организме.

     Метаболизм  можно разделить на два взаимосвязанных, но разнонаправленных процесса: анаболизм и катаболизм:

• анаболизм - это совокупность процессов биосинтеза органических веществ (компонентов клетки и других структур органов и тканей). Он обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также накопление энергии. Анаболизм заключается в химической модификации и перестройке поступающих с пищей молекул в другие более сложные биологические молекулы. Эти реакции требуют затраты энергии для своего осуществления. Примерами анаболизма являются синтез белка, гликогена, крахмала, ДНК, фотосинтез, хемосинтез и др.
• катаболизм - включает реакции, связанные с распадом веществ, их окислением и выведением из организма продуктов распада (метаболитов); при этом высвобождающаяся во время расщепления химическая энергия запасается в доступной для использования клеткой форме.

      Главным образом через реакции анаболизма протекает процесс ассимиляции (усвоения) питательных веществ, а реакции катаболизма составляют основу диссимиляции - освобождения организма от веществ, его составляющих.

     Реакции анаболизма и катаболизма веществ  дополняют друг друга и в своём  единстве составляют обмен веществ  и энергии в каждой клетке и  в организме в целом и обуславливают постоянство химического состава внутренней среды организма и внутриклеточной среды.

     С обменом веществ неразрывно связан обмен энергии в организме. Живые организмы могут существовать только при условии непрерывного поступления энергии извне. Первичным источником энергии для всего живого на Земле, за очень редким исключением (в качестве альтернативы солнцу могут быть использованы гидротермальные источники или же природные источники излучения) служит солнечное излучение. Пища образуется благодаря той же энергии Солнца. Начальное звено пищевой цепи - растения, аккумулирующие в процессе фотосинтеза солнечную энергию. В зелёном пигменте растений - хлорофилле - под воздействием квантов света из воды и углекислого газа синтезируются органические вещества - основа жизни.

     В основе характерного для обмена веществ порядка явлений лежит согласованность скоростей отдельных химических реакций, которая зависит от каталитического действия специфических белков - ферментов. Почти любое вещество, для того чтобы участвовать в обмене веществ, должно вступить во взаимодействие с ферментом. При этом оно будет изменяться с большой скоростью в совершенно определённом направлении. Каждая ферментативная реакция является отдельным звеном в цепи тех превращений (метаболических путей), которые в совокупности составляют обмен веществ.

     Таким образом, закономерный порядок химических превращений зависит от состава и активности ферментного аппарата, настраивающегося в зависимости от потребностей организма. Для познания обмена веществ существенно изучение как порядка отдельных химических превращений, так и тех непосредственных причин, которые определяют этот порядок. Обмен веществ складывался при самом возникновении жизни на Земле, поэтому в его основе лежит единый для всех организмов нашей планеты биохимический план. Однако в процессе развития живой материи изменения и совершенствование обмена веществ шли неодинаковыми путями у разных представителей животного и растительного мира. Поэтому организмы, принадлежащие к различным систематическим группам и стоящие на разных ступенях исторического развития, наряду с принципиальным сходством в основном порядке химических превращений, имеют существенные и характерные отличия. Эволюция живой природы сопровождалась изменениями структур и свойств биополимеров, а также энергетических механизмов, систем регуляции и координации обмена веществ. 
 
 
 
 
 
 
 

2. В чем особенности  системного подхода  в экологии? 

     Системный подход в экологии состоит в определении  составных частей экологической системы (подсистем) и взаимодействующих с ней объектов внешней среды, установлении совокупности внутренних и внешних связей, нахождении законов функционирования и их изменений в результате различных воздействий. При этом под системой принимается любое организованное сложное целое, элементы которого объединены структурно-функциональными связями, где связи - мера разнообразия систем.

     Экологические системы как объект изучения имеют  ряд особенностей по сравнению с  искусственными кибернетическими системами, созданными человеком:

• беспрецедентная структурная сложность;
• многоуровневость и перекрестность связей;
• управляющие функции и обратные связи экологических систем диффузны и формируются внутри нее, а не направлены извне;
• законы функционирования многофакторны, сложны и всегда нелинейны.

     Одно  из оснований для применения системного анализа (подхода) в экологии - относительная сложность экологии как науки, имеющей дело с разнообразными взаимодействиями между огромным количеством организмов. Почти все эти взаимодействия динамические в том смысле, что они зависят от времени и постоянно изменяются. Более того, взаимодействия часто имеют ту особенность, которую в технике называют обратной связью, т.е. характеризуются тем, что некоторые эффекты процесса возвращаются к своему источнику или к предыдущей стадии, в результате чего эти эффекты усиливаются или видоизменяются. Обратные связи бывают положительными (усиление эффекта) и отрицательными (ослабление эффекта). Сама обратная связь может быть достаточно сложной, включая в себя ряд положительных и отрицательных эффектов, а последствия могут зависеть от факторов внешней среды.

     Сложность экосистем, однако, не ограничивается наличием разнообразных взаимодействий между организмами. Живые организмы сами изменчивы - это одна из важнейших их особенностей. Эта изменчивость может проявляться либо при взаимодействии организмов друг с другом (например, в процессе конкуренции или хищничества), либо в реакции организмов (коллективной или индивидуальной) на условия окружающей среды. Когда к этому добавляются происходящие независимо изменения таких факторов среды, как климат и характер местообитания, исследование и регулирование экологических процессов и экологических систем превращаются в трудную задачу. В результате анализ даже относительно неизменной экологической системы весьма сложен.

     Еще труднее распространить идеи комплексного подхода на экологические эффекты, возникающие, например, при землепользовании или эксплуатации морских экосистем, где рассматривается несколько альтернативных стратегий развития и управления биосистемой и средой.

     По  всем этим причинам, то есть из-за внутренней сложности экологических взаимосвязей, характерной для живых организмов изменчивости и очевидной непредсказуемости результатов постоянных воздействий на экосистемы со стороны человека, экологу необходимо упорядочить и логически организовать свои исследования, которые уже выходят за рамки последовательной проверки гипотез. Прикладной системный анализ дает возможную схему такой организации - схему, в которой экспериментирование является составной частью процесса моделирования системы, так что сложность и изменчивость сохраняются в той форме, в которой они поддаются анализу. Специалисты по системному анализу не объявляют свой подход к решению сложных проблем единственно возможным, но считают, что это самый эффективный подход. Если бы был иной, они бы им воспользовались.

     Есть, однако, и еще одно основание для  применения системного анализа в экологии. По самой своей природе экологическое исследование часто требует больших масштабов времени. Например, чтобы найти оптимальное количество удобрений и провести другие возможные мероприятия по окультуриванию, может понадобиться несколько лет, особенно когда рассматривается взаимосвязь с погодой. В лесоводстве из-за длительного круговорота урожаев древесины самый непродолжительный эксперимент занимает 25 лет, а долговременные эксперименты могут длиться от 40 до 120 лет. Аналогичные масштабы времени часто необходимы и для проведения исследований по управлению природными ресурсами. Все это требует извлекать максимальную пользу из каждой стадии экспериментирования, и именно системный анализ позволяет построить нужную схему эксперимента.

     Рассмотрим природу тех моделей, которые исследователи строят для описания экологических отношений. Модели в экологии - это некое упрощенное подобие оригиналу, имитирующее или описывающее изучаемое свойство или процесс и позволяющее разрабатывать более или менее достоверные прогнозы. Привлекательность моделей в том, что они позволяют отвлечься от частностей, заострив внимание на главном, поэтому о предмете исследования достаточно иметь общие представления.

     В настоящее время установившейся классификации моделей пока не существует. Рассмотрим имеющиеся модели в динамике, как мы поступили бы, приступая  к решению некой экологической  проблемы.

     Вначале строим мысленный образ объекта или экологического процесса, т.е. приступаем к построению вербальной модели (модели-образа) с необходимыми научными определениями и названиями. Еще такое моделирование носит название концептуального моделирования. Важно, что при построении вербальной модели проводится систематизация знаний и синтез имеющегося экспериментального материала.

     Графические модели представляют собой более  высокий уровень осмысления и обобщения материала. Велика обучающая функция моделей в виде наглядных карт, схем, диаграмм. Среди графических моделей особое место занимают карты, аэро- и космофотоснимки. Картографические модели содержат в свернутом виде огромное количество информации, поэтому по ним становится возможным конструктивно работать.

     Исследователи пытаются в миниатюре воспроизвести физический образ оригинала и на нем изучить интересующее явление. Здесь речь идет об имитационном моделировании. Этот класс моделей широко применяется в естественных науках, в том числе в экологии.

     Самым высшим этапом исследования является математическое моделирование. Класс математических моделей существенно повысил свои возможности в связи с появлением ЭВМ. Современные ЭВМ в состоянии учесть очень большое число переменных, а потому на выходе выдают вполне адекватные результаты. С их помощью сейчас удается обработать большой массив эмпирической информации. Именно за математическим моделированием - будущее экологии.

     Другая  особенность экологического подхода - в изучении вертикальных связей. Причем рассматривается в первую очередь движение вещества и энергии в трофических цепях, хотя в арсенале экологии разработаны методы изучения межбиогеоценотических связей. В соответствии с приоритетами в экологии объекты обычно фигурируют в виде трофических пирамид, когда пространственные границы не принимаются во внимание. Поэтому экосистемы считаются безранговыми понятиями, важнее понять их вертикальное членение на биогеогоризонты.

     Современное состояние экологии как науки  с ее крайней рассредоточенностью научных усилий настоятельно требует введения некоей объединяющей концепции. В данном случае системный анализ можно рассматривать как альтернативные гипотезы, при этом сам системный анализ часто будет подсказывать, какие контрольные эксперименты необходимо провести, чтобы сделать выбор. 

3. Что такое «истощение вод» и к каким неблагоприятным экологическим последствиям оно приводит? 

     Проблема  истощения водных ресурсов возникает  по нескольким причинам, главные из которых: неравномерное распределение воды во времени и пространстве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транспортировке и использовании, ухудшение качества воды и как крайний случай - ее загрязнение. «Истощение вод» следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). И то, и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся экологические связи в системе человек - биосфера.

     Интенсивная эксплуатация подземных вод при водозаборе и мощный водоотлив из шахт и карьеров приводят к изменению взаимосвязи поверхностных и подземных вод, к значительному ущербу речному стоку, к исчезновению родников, ручьев и малых рек. Кроме того, в связи со значительным снижением уровней подземных вод осушаются заболоченные территории с большим видовым разнообразием растительности, иссушаются леса, гибнет влаголюбивая растительность - гидрофиты.

     Длительная  интенсификация эксплуатации месторождений  подземных вод в определенных геолого-географических условиях может вызвать также медленное оседание и деформацию земной поверхности, что негативно сказывается на состоянии экосистем, особенно прибрежных районов, где затапливаются пониженные участки и нарушается нормальное функционирование естественных сообществ организмов и всей среды обитания человека.

     Истощению подземных вод способствует также  длительный неконтролируемый самоизлив артезианских вод из скважин.

     На  территории России крайне неравномерно распределяется поверхностный сток воды: около 90% общего годового стока с территории России выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а на бассейны внутреннего стока (Каспийское и Азовское море), где проживает свыше 65% населения, приходится менее 8% общего стока.

     Именно  в этих районах наблюдается истощение поверхностных водных ресурсов и дефицит пресной воды продолжает расти. Связано это в основном с активизацией хозяйственной деятельности человека, которая приводит к возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных вод, а следовательно, к снижению родникового стока, подпитывающего водотоки и водоемы.

     Весьма  актуальной проблемой является восстановление водности и чистоты малых рек (длиной не более 100 км), которые оказались  наиболее восприимчивы к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование их водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало истощение, обмеление, загрязнение, а нередко и исчезновение малых рек.

     В настоящее время состояние малых  рек и озер, особенно на Европейской части России, в результате резко возросшей антропогенной нагрузки на них, катастрофическое. Сток малых рек снизился более чем наполовину, качество воды неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое существование.

     К очень серьезным негативным экологическим последствиям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек. Так, уровень некогда многоводного Аральского моря начиная с 60-х гг. катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким перезабором воды из Амударьи и Сырдарьи. При этом происходит нарушение закона целостности биосферы, когда изменение одного звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных. В результате объем Аральского моря сократился более чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а соленость воды увеличилась в 2,5 раза.

     Осушенное дно Аральского моря стало крупнейшим источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сырдарьи на месте гибнущих тугайных лесов и тростниковых зарослей появляются бесплодные солончаки, происходит высыхание озер, проток, болот и повсеместное снижение уровня грунтовых вод, обусловленное падением уровня моря. Все эти явления вызвали такие экологические изменения приаральского ландшафта, которые могут быть охарактеризованы как опустынивание.

     К другим весьма значительным видам воздействия  человека на гидросферу следует отнести создание крупных водохранилищ, коренным образом преобразующих природную среду на прилегающих территориях. Создание крупных водохранилищ, особенно равнинного типа, для аккумуляции и регулирования поверхностного стока приводит к разнонаправленным последствиям: затоплению плодородных земель, изменению режима подземных вод, подтоплению прилегающих территорий, активизации сейсмической деятельности, с одной стороны, а с другой — повышению устойчивости речного стока, снижению последствий паводков, улучшению условий водоснабжения и т. д. Кроме того, создание водохранилищ путем перегораживания русла водотоков плотинами чревато серьезными негативными последствиями для большинства гидробионтов: из-за того что многие нерестилища рыб оказываются отрезанными плотинами, резко ухудшается естественное воспроизводство многих осетровых и других проходных рыб. 
 
 

4. Что такое экологически допустимые нагрузки и экологическая емкость территории? 

     В основу всех природоохранных мероприятий  положен принцип нормирования качества окружающей среды. Этот термин означает установление нормативов (показателей) предельно допустимых воздействий человека на окружающую среду.

     К комплексному показателю можно отнести допустимую экологическую нагрузку на окружающую природную среду.

     Экологическая нагрузка - такое изменение внешней среды, которое приводит или может приводить к ухудшению качества объекта, т.е. к нежелательным с точки зрения субъекта оценки изменениям в его состоянии.

     Предельно допустимая экологическая нагрузка (ПДЭН)- максимальная нагрузка, которая еще не вызывает ухудшения качества объекта нормирования. В идеальном случае экологический норматив (законодательно установленное ограничение экологических нагрузок) должен совпадать с ПДЭН. Но поскольку экологический норматив учитывает привходящие обстоятельства (технологическая достижимость, стоимость, социальные издержки и т.п.), эти две категории не совпадают.

     Для оценки общей устойчивости экосистем к негативным воздействиям используют следующие показатели:

1. запасы живого и мертвого органического вещества;
2. эффективность образования органического вещества или продукции растительного покрова;
3. 3) видовое и структурное разнообразие.

     Ученые-экологи установили, что стабильность среды обитания не только растительного, но и животного мира, а, в конечном счете, и человека определяется в первую очередь, массой живого органического вещества и его основной части - фитомассы (древесина, травянистая растительность и др.). Чем значительнее эта масса, тем стабильнее среда. Главенствующее значение при этом имеют фотосинтезирующие организмы, так как они являются основным источником биомассы, а также определяют пищевые условия для всех остальных звеньев экосистемы и в значительной мере состав атмосферного воздуха.

     Потенциальная способность природной среды  перенести ту та иную антропогенную  нагрузку без нарушения основных функций экосистем определяется термином «емкость природной среды», или экологическая емкость территории. Экологическая емкость территории - уровень антропогенной нагрузки, который могут выдержать естественные экосистемы без необратимых нарушений выполняемых ими жизнеобеспечивающих функций. Оценка экологической емкости территории является одним из важнейших задач эколого-экономических исследований, без решения которых невозможна выработка научно-обоснованной системы экологической регламентации.

     В истории этой проблемы имеются труды, посвященные определению демографической емкости территории. Демографическая емкость территории вместе с оценкой репродуктивного потенциала флоры и фауны входит в определение экологической емкости территории, которая характеризуется наличием земель, пригодных для промышленного и гражданского строительства, объемов ресурсов поверхностных и подземных вод, наличием рекреационных ресурсов и условиями организации пригородной сельскохозяйственной базы.

     Полная  экологическая емкость территории как природного комплекса определяется:

• объемами основных природных резервуаров: воздушного бассейна, совокупности водоемов и водотоков, земельных площадей и запасов почв, биомассы флоры и фауны;
• мощностью потоков биогеохимического круговорота, обновляющих содержимое этих резервуаров: скоростью местного атмосферного газообмена, пополнения объемов чистой воды, процессов почвообразования и продуктивностью биоты.

     Человеком используется только часть полной экологической  емкости - экологическая техноемкость территории, определяемая как обобщенная характеристика территории, количественно соответствующая максимальной техногенной нагрузке, которую может выдерживать и переносить в течение длительного времени совокупность реципиентов и экологические системы территории без нарушения их структурных и функциональных свойств. Экологическая техноемкость территории показывает способность природной системы к восстановлению изъятых из нее ресурсов и к нейтрализации вредных антропогенных воздействий, а также меру максимально допустимого вмешательства человеческой деятельности в природные циклы. 
Экологическая техноемкость территории должна занимать первостепенное место среди территориальных экологических нормативов, но она не может быть абсолютной основой регламентации хозяйственной деятельности, так как должна удовлетворять и социально-экономическим, и социально-экологическим требованиям. А компромисс находится в утверждаемом нормативе предельно-допустимой техногенной нагрузки на городские земли. Он помимо экологической техноемкости территории учитывает еще и социальную ценность объектов, испытывающих техногенную нагрузку. 
По имеющимся данным о систематических превышениях предельно допустимых концентраций, во многих городах, промышленных центах и регионах России фактическая техногенная нагрузка превышает предельно-допустимую техногенную нагрузку, создавая ситуации экологического кризиса и экологического бедствия.