Продуктивность экосистем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Российский государственный профессионально-педагогический университет»
Машиностроительный институт
Кафедра общей химии
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЭКОЛОГИЯ»
22. Продуктивность экосистем. Уровни продуктивности: первичная продуктивность (валовая и чистая), вторичная продуктивность, чистая продуктивность сообщества.
Продуктивность экосистем
При анализе продуктивности и потоков вещества и энергии в экосистемах выделяют понятия биомасса и урожай на корню. Под урожаем на корню понимается масса тел всех организмов на единице площади суши или воды, а под биомассой — масса этих же организмов в пересчёте на энергию (например, в джоулях) или в пересчёте на сухое органическое вещество (например, в тоннах на гектар). К биомассе относят тела организмов целиком, включая и витализированные омертвевшие части и не только у растений, к примеру, кора и ксилема, но и ногти и ороговевшие части у животных. Биомасса превращается в некромассу только тогда, когда отмирает часть организма (отделяется от него) или весь организм. Часто зафиксированные в биомассе вещества являются «мёртвым капиталом», особенно это выражено у растений: вещества ксилемы могут сотнями лет не поступать в круговорот, служа только опорой растения.
Под первичной продукцией сообщества (или первичной биологической продукцией) понимается образование биомассы (более точно — синтез пластических веществ) продуцентами без исключения энергии, затраченной на дыхание за единицу времени на единицу площади (например, в сутки на гектар).
Первичную продукцию сообщества разделяют на валовую первичную продукцию, то есть всю продукцию фотосинтеза без затрат на дыхание, и чистую первичную продукцию, являющуюся разницей между валовой первичной продукцией и затратами на дыхание. Иногда её ещё называют чистой ассимиляцией или наблюдаемым фотосинтезом.
Чистая продуктивность сообщества — скорость накопления органического вещества, не потребляемого гетеротрофами (а затем и редуцентами). Обычно вычисляется за вегетационный период либо за год. Таким образом, это часть продукции, которая не может быть переработана самой экосистемой. В более зрелых экосистемах значение чистой продуктивости сообщества стремится к нулю (концепция климаксных сообществ).
Вторичная продуктивность сообщества — скорость накопления энергии на уровне консументов. Вторичную продукцию не подразделяют на валовую и чистую, так как консументы только потребляют энергию, усвоенную продуцентами, часть её не ассимилируется, часть идёт на дыхание, а остаток идёт в биомассу, поэтому более корректно называть её вторичной ассимиляцией.
Распределение энергии и вещества в экосистеме может быть представлено в виде системы уравнений. Если продукцию продуцентов представить как P1, то продукция консументов первого порядка будет выглядеть следующим образом:
- P2=P1-R2,
где R2 — затраты на дыхание, теплоотдача и неассимилированная энергия. Следующие консументы (второго порядка) переработают биомассу консументов первого порядка в соответствии с:
- P3=P2-R3
и так далее, до консументов самого высшего порядка и редуцентов. Таким образом, чем больше в экосистеме потребителей (консументов), тем более полно перерабатывается энергия, первоначально зафиксированная продуцентами в пластических веществах. В климаксных сообществах, где разнообразие для данного региона обычно максимально, такая схема переработки энергии позволяет сообществам устойчиво функционировать на протяжении длительного времени.
Вывод:
Биологическая продуктивность экосистем – основа жизни биосферы и человека как ее части. Она зависит от ресурсов почвы (ее обеспеченности питательными элементами и влагой), атмосферы, солнечного света и тепла. Каждый из этих факторов (ресурсов или условий) незаменим: при отсутствии света или диоксида углерода в атмосфере нельзя повысить продуктивность экосистемы высокими дозами удобрений или обильным поливом. При низкой температуре в равной мере будут бесполезны как полив, так и удобрение.
Самое важное при использовании биологической продукции естественных экосистем – сохранить ее за счет рационального использования.
Литература:
- Степановских А.С. Общая экология: Учеб. для вузов. М: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 510 с.
- Коробкин В.И. Экология [Текст]: учеб. для вузов / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. Ростов-на-Дону: Феникс, 2010. 608 с.
64. Экологические стандарты (отечественные и международные). Назначение экологических стандартов. Экологическая паспортизация.
Нормативы качества ОПС подразделяются
на три группы: санитарно-гигиенические,
экологические (производственно-
К санитарно-гигиеническим показателям относятся нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ (химических, биологических), физических воздействий и др., нормативы санитарных, защитных зон, предельно допустимых уровней (ПДУ) радиационного воздействия и др. Целью создания таких нормативов является определение показателей качества окружающей среды применительно к здоровью человека. Это наиболее разработанная часть нормативов качества ОПС.
Вторую группу образуют экологические нормативы. Возглавляют данную гpynny нормативы выбросов и сбросов вредных веществ. Они устанавливают требования непосредственно к источнику вредного воздействия, ограничивая его деятельность определенной пороговой величиной выброса (сброса).[1]
Главная цель вспомогательных норм и правил состоит в обеспечении единства в употребляемой терминологии, в деятельности организационных структур и правовом регулировании экологических отношений .
Экологическая паспортизация
Стандарт — нормативно-технический документ, который устанавливает комплекс норм, правил, требований, обязательных для исполнения.
Под экологической стандартизацией понимается установление единого и обязательного для всех объектов данного уровня системы управления экологических норм и требований.
Генеральным стандартом для природоохранительной деятельности является ГОСТ 17.0.0.01-76 «Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов» (введен в действие в 1977 г.).
Система стандартов в области
охраны природы (ССОП), которой присвоен
общий номер 17, включает следующие подсистемы
(группы): О — основные положения; 1 - гидросфера;
2 - атмосфера; 3 - почвы; 4 - земли; 5 - флора;
6 - фауна; 7 - недра. Например, 17.1 означает
«Охрана природы. Гидросфера», а группа
17.2 — «Охрана природы. Атмосфера», и т.д.
Этот стандарт регулирует различные стороны
деятельности предприятий по защите водных
и воздушных ресурсов, вплоть до требований
к аппаратуре для наблюдения за качеством
воздуха и воды.
В зависимости от направления действия
государственные стандарты системы охраны
природы подразделяются на следующие
виды: 1 — термины, классификации, определения;
2 — нормы и методы измерений загрязняющих
выбросов и сбросов, интенсивность использования
природных ресурсов; 3 — правила охраны
природы и рационального использования
природных ресурсов; 4 — методы определения
параметров состояния природных объектов
и интенсивности хозяйственного воздействия;
5—6 — требования к средствам контроля
и зашиты окружающей среды; 7 — прочие
стандарты.
В полное обозначение стандарта
ССОП входят индекс (ГОСТ), номер системы
(17), номер стандарта и год издания. Если,
например, необходимо получить информацию
о существующих нормах и методах измерения
выбросов вредных веществ в отработавших
газах тракторных двигателей, следует
в этом случае обратиться к ГОСТ 17.2.2.05-86.
Здесь
«17» — номер системы, 2 — номер группы
(атмосфера), следующая цифра 2 —вид стандарта
(нормы и методы измерений), 05 — номер стандарта
и 86 — год издания.[1]
Экологические стандарты
Понятие «экологические стандарты»
имеет в экологическом праве широкое значение.
Прежде всего оно включает собственно
стандарты как формы нормативных документов,
в которых определяются отдельные экологические
требования. Нормативы предельно допустимых
концентраций загрязняющих веществ в
окружающей среде (воде, атмосферном воздухе,
почве) и нормативы предельно допустимых
уровней вредных физических воздействий
на нее также иногда рассматриваются в
качестве разновидности экологических
стандартов. Аналогами таких нормативов
в ряде зарубежных государств (США, Японии
и др.) являются именно стандарты – стандарты
качества воздуха (air quality standards), стандарты
качества воды (water quality standards), стандарты
шума (noise standards) и др.
В
Законе РСФСР «Об охране окружающей природной
среды» о стандартах говорится в ст. 32
в связи с экологическими требованиями
к продукции. Экологическая стандартизация
– одно из активно развиваемых направлений
нормативного правового регулирования
охраны окружающей среды и природопользования
в России. В системе Госстандарта РФ принято
около 50 стандартовТребования, установленные
государственными стандартами для обеспечения
безопасности продукции, работ и услуг
для окружающей среды, жизни и здоровья,
являются обязательными для соблюдения
государственными органами управления,
субъектами хозяйственной деятельности.
Вывод:
Возрастающее воздействие хозяйственной деятельности на природную среду и его негативные последствия остро ставят вопрос о регулировании качества той среды, в которой живет и разносторонне проявляет себя человек.
Необходимо поддерживать ОПС на надлежащем уровне чтобы состояние экологических систем, которое постоянно и неизменно обеспечивает процесс обмена веществ, энергии и информации между природой и человеком, беспрепятственно воспроизводило и обеспечивало жизнь, так чтобы поддерживалось, прежде всего, самой природой путем саморегуляции, самоочищения от вредных веществ и явлений.
Для того чтобы всесторонне ограничить физическое, химическое, биологическое изменение ОПС, вызванное антропогенной деятельностью и содержащее угрозу причинения вреда жизни и здоровью человека, состоянию растительного и животного мира экологических систем природы введены экологические стандарты.
Литература:
- Стадницкий Г.В., Родионов А.И. Экология: Учеб. для вузов. СПб.: Химия, 1997. 240 с.
- Экология: Учеб. для вузов / В.Н. Большаков, И.Н. Липунов, В.И. Лобанов и др.; Под ред. Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. М.: Интермет Инжиниринг, 2000. 330 с.
78. Загрязнение окружающей среды и здоровье людей. Специфические техногенные экопатологии, вызванные тяжелыми металлами и органическими ксенобиотиками (диоксинами, пестицидами и др.).
Основные экологически обусловленные заболевания человека связаны с плохим качеством воздуха, воды, шумовым загрязнением и воздействием электромагнитного и ультрафиолетового излучений. Результаты многих исследований указывают на существование взаимосвязи между загрязнением воздуха внутри и вне помещений, загрязнением воды и почвы опасными химическими веществами, а также стрессовым воздействием шума и развитием респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, рака, астмы, аллергий, а также расстройств репродуктивной и центральной нервной систем.
Особенную группу риска составляют дети. Деятельность многих международных организаций по охране окружающей среды направлена на защиту здоровья детей и уменьшение доли экологически обусловленных заболеваний в этой возрастной группе.[1]
Большие опасения вызывает малоизученное вредное воздействие малых доз химических веществ на организм человека. Предполагается, что повреждающее воздействие различных химических веществ может опосредованно влиять на несколько поколений. Широко применяемые в производстве продуктов питания консерванты и стойкие химические вещества, призванные улучшить вкусовые качества и товарный вид продуктов, могут представлять серьезную опасность для здоровья.
Накопление химических веществ в почве способно приводить к заражению сельскохозяйственных культур, загрязнению подземных и поверхностных вод и, в конечном итоге, к неблагоприятному воздействию на организм человека. Таким образом, деградация почв, вызванная хозяйственной деятельностью человека, тоже косвенно связана со здоровьем людей.
Неблагоприятные природные и антропогенные факторы оказывают вредное влияние на здоровье людей. В последнее время значительно усилилось негативное влияние на здоровье людей многих стихийных бедствий, таких как наводнения и оползни, в основном из-за неподготовленности к ним и из-за расширения таких видов антропогенной деятельности, как вырубка лесов и ненадлежащее хранение опасных веществ (EEA, 2004).
Изменение климата и потеря природных ресурсов, таких как пресная вода, чистый воздух, неповрежденные почвы и т.д., способны усилить действие других опасных факторов, например наводнений, тепловых стрессов, вредных веществ, на здоровье и благополучие людей.
Долговременные воздействия на человека. Природные и антропогенные катаклизмы могут оказывать долговременное воздействие на здоровье человека, распространяясь на многие поколения.
Последствия Чернобыльской катастрофы:[2]
Ярким примером антропогенной катастрофы является Чернобыльская авария. Долговременное воздействие на здоровье людей и на окружающую среду Чернобыльской катастрофы, произошедшей более 20 лет назад, все еще трудно оценить. По данным доклада ВОЗ (WHO, 2006a), из 600 000 человек, живущих в районе аварии, приблизительно 4000 неизлечимо больны, и еще около 5000 из 6,8 млн. людей, проживающих на удаленном расстоянии от места взрыва и получивших гораздо меньшую дозу радиации, могут погибнуть вследствие Чернобыльской катастрофы.
Воздействие Чернобыльской катастрофы на окружающую среду до сих пор трудно оценить. В окружающей среде в районе аварии сохраняются высокие уровни радионуклидов. Остается неизвестным влияние на состояние экосистем низких уровней радиации, характерных для удаленных от места аварии районов (Chernobyl Forum: 2003-2005).
Природные катаклизмы.
Среди природных неблагоприятных факторов долговременного воздействия нельзя не отметить истощение озонового слоя, приводящего к усилению воздействия ультрафиолетового (УФ) излучения на человека и вызывающего онкологические заболевания, в частности, злокачественной меланомы (WMO/UNEP 2006). Заболеваемость раком кожи в Западной Европе в 2-3 раза выше, чем в Восточной. По разным оценкам, чрезмерное воздействие УФ излучения в 2000 году в Европе вызвало от 14000 до 26000 преждевременных смертей (de Vrijes et al., 2006; WHO, 2007). К истощению озонового слоя приводят различные факторы, возникшие, в основном, в результате необдуманной хозяйственной деятельности человека.
Еще одним важным неблагоприятным для здоровья природным фактором является сильная жара, постигшая Европу летом 2010 года. В большинстве европейских стран максимальная дневная температура часто достигала 35-40 °С.[1]
Основные факторы окружающей среды, воздействующие на здоровье
К основным неблагоприятным факторам окружающей среды, которые связывают с возникновением экологически обусловленных заболеваний, относят загрязненный воздух, воду, опасные химические вещества и повышенный уровень шума.
Загрязнения воздуха.
Взвешенные твердые частицы, их токсичные составляющие и озон, содержащиеся в воздухе, представляют основную опасность для здоровья населения. По разным оценкам, загрязненный воздух угрожает здоровью и развитию детей и приводит к сокращению, в среднем, на год средней продолжительности жизни в европейских странах. Основными источниками загрязнения воздуха являются автотранспортные средства, количество которых постоянно увеличивается, а также предприятия промышленности и энергетики. В последнее время значительно нарастает уровень выбросов от морского транспорта. Весьма токсичным для здоровья является свинец, выбрасываемый в воздух вместе с выхлопами от сгорания бензина и многими промышленными предприятиями. Воздействие свинца даже в самых малых количествах негативно влияет на центральную нервную систему и умственное развитие маленьких детей (WHO, 2004b). Повышенные концентрации приземного озона неблагоприятно воздействуют на здоровье человека (WHО, 2003), способствуя раздражению легких, развитию респираторных симптомов, повышению заболеваемости и уровня смертности, особенно в летний сезон. Считается, что превышение допустимых концентраций озона увеличивает смертность в странах Евросоюза до 20 000 человек в год (Watkiss et al., 2005). В 2003 году из-за особых метеорологических условий концентрация озона была чрезвычайно высока, что привело к неблагоприятному его воздействию на 60 % жителей городов в европейских странах.[2]
Воздух внутри помещений
На качество воздуха внутри помещений влияют как внутренние источники загрязнения, такие как табачный дым, строительные материалы, мебель, краски, потребительские товары, так и загрязненный атмосферный воздух, проникающий в помещения. Кроме того, сжигание твердого топлива для отопления домов (что особенно характерно для европейских стран), является серьезным источником твердых частиц и вредных органических соединений, таких как ПАУ.
Оценка влияния загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения России
Степень загрязненности воздуха оценивается с помощью систем мониторинга. Система мониторинга качества воздуха в Москве основана на 28 автоматических станциях контроля (АСК), измеряющих концентрации 18 наиболее важных загрязняющих веществ, включая ТЧ10 и озон. АСК расположены во всех районах: жилых, промышленных, расположенных вдоль шоссе и в защитных зонах. Все данные АСК отправляются в информационно- аналитический центр - государственное природоохранное учреждение «Мосэкомониторинг» (http://www.mosecom.ru/). Подобная система мониторинга действует и в Санкт-Петербурге.
Загрязнения воды.
Жизнь и здоровье людей зависят от наличия качественной питьевой воды. Хозяйственная деятельность человека негативно влияет на состояние водных бассейнов, что влечет за собой ухудшение здоровья людей и нарушение баланса экосистем.
Основными виновниками сбросов и ухудшения качества воды считают промышленное производство, интенсивную сельскохозяйственную деятельность и рост населения. Состояние многих крупных рек далеко не удовлетворительно. Некоторые крупные реки, такие как Кура, Амударья, Сырдарья и Волга, загрязнены, а некоторые имеют очаги загрязнения лишь ниже по течению от больших городов, сбрасывающих плохо очищенные стоки. Уровень загрязненности множества мелких водоемов остается высоким. Согласно российским национальным стандартам, большинство рек и озер страны могут быть охарактеризованы как средне загрязненные.
Волга, одна из крупнейших рек Европы, протекает через один из наиболее важных с экономической точки зрения регионов Российской Федерации. Высокая плотность населения и промышленных предприятий привела к серьезному загрязнению окружающей среды. В результате большая часть Волги считается загрязненной, а 22 % ее территории грязной - вода в притоках Волги также оценивается как загрязненная или чрезвычайно загрязненная. Проблема загрязнения воды вызывает обеспокоенность политиков более 50 лет. За это время многое было сделано для улучшения качества воды. Принятые и внедренные некоторые национальные инициативы и рекомендации Европейского Союза (например, Директивы по нитратам, городским сточным водам и питьевой воде, международные морские конвенции и Конвенция ЕЭК ООН по охране и использованию трансграничных вод и международных озер. [1]
Загрязнения химическими веществами.
Рост химической промышленности наблюдается во всем мире и имеет большое экономическое значение в Европе, особенно в странах Европейского Союза (ЕС), Швейцарии и России. Производство токсичных химических веществ возрастает наравне с химическим производством в целом. За прошедшие 5 лет в ЕС было произведено около миллиарда тонн токсичных химических веществ. В районах бывших аварий и в других местах, подвергшихся загрязнению вышедшими из употребления химическими веществами, продолжается их токсичное воздействие на окружающую среду. Потенциальное токсикологическое воздействие ртути и кадмия. Ртутные соединения могут воздействовать на здоровье человека в нескольких направлениях. Наиболее опасно для здоровья органическое производное ртути - метилртуть, оказывающее особенно вредное воздействие на развитие мозга эмбрионов и маленьких детей. Ртуть остается в окружающей среде и накапливается в рыбах и других водных видах, представляя опасность при употреблении зараженной пищи.
Кадмий оказывает кумулятивное токсическое воздействие на растения, животных и микроорганизмы и может переноситься из загрязненных почв в сельскохозяйственные культуры и животных. Попадая с пищей в организм человека, он способен индуцировать заболевания почек и костной ткани
Несмотря на применяемые меры, тяжелые металлы, такие как ртуть, свинец и кадмий, а также СОЗ продолжают проявляться в окружающей среде в небезопасных концентрациях, несмотря на ограничение их производства и применения. Значительные их выбросы также обнаружены при сжигании бытовых отходов. [2]
Новые химические вещества - лекарственные препараты.
Влияние рассредоточенных источников лекарственных препаратов на окружающую среду изучено недостаточно . Попадая в окружающую среду, лекарственные вещества представляют потенциальную опасность как для экосистем, так и для эффективности действия лекарств, например, в связи с развитием лекарственной устойчивости патогенных микробов в результате очень низкого, но широко распространенного загрязнения воды и почв.
Вывод:
Одним из серьезных противоречий развития человеческого общества, проявившихся в последние десятилетия и приобретших затяжной характер, стало противоречие между развитием цивилизации и природной средой, в кᴏᴛᴏᴩой оно происходит. Антропогенный фактор приобретает все большее значение в развитии биосферы, вторгаясь в естественные процессы, оказывая большое влияние на качество и степень безвредности для организма человека жизненно важных источников среды обитания.
Литература:
- Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая безопасность: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб.заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 480 с.
- Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб.пособие для вузов/ Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.Н. Роева и др.; Под ред. Л.А. Муравья. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. 447 с.
