Наверняка каждый из нас замечал, как растения одного и того же вида прекрасно развиваются в лесу, но на открытых пространствах чувствуют себя плохо. Или, к примеру, некоторые виды млекопитающих имеют большую популяцию, а другие более ограничены при, казалось бы, одинаковых условиях. Все живое на Земле так или иначе подчиняется своим собственным законам и правилам. Их изучением занимается экология. Одно из основополагающих утверждений - закон минимума Либиха
Ограничивающий что это?
Немецкий химик и основоположник агрохимии, профессор Юстус фон Либих, сделал множество открытий. Одно из самых известных и признанных - открытие фундаментального ограничивающего фактора. Он был сформулирован в 1840 году, а позже дополнен и обобщен Шелфордом. Закон гласит, что для любого живого организма наиболее значим тот фактор, который в большей степени отклоняется от своего оптимального значения. Иными словами, существование животного или растения зависит от степени выраженности (минимальной или максимальной) того или иного условия. Особи встречаются на протяжении своей жизни с самыми разнообразными ограничивающими факторами.
«Бочка Либиха»
Фактор, ограничивающий жизнедеятельность организмов, может быть разным. Сформулированный закон по сей день активно используется в сельском хозяйстве. Ю.Либих установил, что продуктивность растений зависит в первую очередь от минерального вещества (питательного), наиболее слабо выраженного в грунте. К примеру, если азота в почве всего лишь 10% от требуемой нормы, а фосфора - 20%, то фактор, ограничивающий нормальное развитие, - недостаток первого элемента. Следовательно, в почву следует первоначально внести азотсодержащие удобрения. Максимально понятно и наглядно значение закона было изложено в так называемой «бочке Либиха» (на фото выше). Ее суть в том, что при наполнении сосуда вода начинает переливаться через край там, где наиболее короткая доска, а длина остальных уже не имеет особого значения.
Вода
Данный фактор является наиболее жестким и существенным по сравнению с остальными. Вода - основа жизни, так как играет важную роль в жизнедеятельности отдельной клетки и всего организма в целом. Поддержание ее количества на должном уровне - одна из главных физиологических функций любого растения или животного. Вода как фактор, ограничивающий жизнедеятельность, обусловлен неравномерным распределением влаги по поверхности Земли в течении года. В процессе эволюции многие организмы приспособились к экономному расходованию влаги, переживанию засушливого периода в состоянии спячки или покоя. Наиболее сильно данный фактор выражен в пустынях и полупустынях, где очень скудная и своеобразная флора и фауна.
Свет
Поступающий в форме солнечной радиации свет обеспечивает все жизненные процессы на планете. Организмам важна его длина волны, продолжительность воздействия, интенсивность излучения. В зависимости от этих показателей происходит адаптация организма к условиям среды. Как фактор, ограничивающий существование, он особенно сильно выражен на больших морских глубинах. К примеру, растения на глубине 200 м уже не встречаются. В совокупности с освещением здесь «работают», как минимум еще два лимитирующих фактора: давление и концентрация кислорода. Противопоставить этому можно влажные тропические леса Южной Америки, как наиболее благоприятную для жизни территорию.
Температура окружающей среды
Ни для кого не секрет, что все физиологические процессы, протекающие в организме, зависят от внешней и внутренней температуры. Причем большая часть видов приспособлена к довольно узкому диапазону (15-30 °С). Особенно сильно выражена зависимость у организмов, которые не способны самостоятельно поддерживать постоянную температуру тела, к примеру, пресмыкающихся (рептилий). В процессе эволюции сформировалось множество приспособлений, позволяющих преодолевать этот ограниченный фактор. Так, при жаркой погоде во избежание перегрева у растений усиливается через устьица, у животных - через кожные покровы и дыхательную систему, а также поведенческие особенности (скрываются в тени, норах и т.д.).
Загрязняющие вещества
Значение нельзя недооценивать. Последние несколько столетий для человека ознаменовались стремительным техническим прогрессом, бурным развитием промышленности. Это привело к тому, что вредные выбросы в водоемы, почву и в атмосферу увеличились в несколько раз. Понять, какой фактор ограничивает тот или иной вид, можно только после исследований. Подобное положение дел объясняет тот факт, что видовое разнообразие отдельных регионов или областей изменилось до неузнаваемости. Организмы меняются и приспосабливаются, одни сменяют другие.
Всё это - основные факторы, ограничивающие жизнь. Помимо них, существует множество других, перечислить которые просто невозможно. Каждый вид и даже особь индивидуальна, поэтому и лимитирующие факторы будут самыми разнообразными. К примеру, для форели важен процент кислорода, растворенного в воде, для растений - количественный и качественный состав насекомых-опылителей и т.д.
Все живые организмы имеют определенные пределы выносливости по тому или иному лимитирующему фактору. У некоторых они достаточно широкие, у других - узкие. В зависимости от этого показателя различают эврибионтов и стенобионтов. Первые способны переносить большую амплитуду колебания различных ограничивающих факторов. К примеру, обитающая повсеместно от степей до лесотундры, волки и т.д. Стенобионты, напротив, способны выдержать очень узкие колебания, к ним относятся практически все растения дождевых лесов.
Определение
Экология - это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей неживой природой.
Термин «экология» ввел в научный обиход в 1866 г. немецкий зоолог и эволюционист, последователь Ч. Дарвина Э. Геккель.
Задачи экологии:
Изучение пространственного размещения и адаптационных возможностей живых организмов, их роль в круговороте веществ (экология особей, или аутэкология).
Изучение динамики численности и структуры популяций (популяционная экология).
Изучение состава и пространственной структуры сообществ, круговорота веществ и энергии в биосистемах (экология сообществ, или экосистемная экология).
Изучение взаимодействия с окружающей средой отдельных таксономических групп организмов (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов и т. д.).
Изучение различных экосистем: водных (гидробиология), лесных (лесоведение).
Реконструкция и изучение эволюции древних сообществ (палеоэкология).
Экология тесно связана с другими науками: физиологией, генетикой, физикой, географией и биогеографией, геологией и эволюционной теорией.
В экологических расчетах применяется методы математического и компьютерного моделирования, метод статистического анализа данных.
экологические факторы
Экологические факторы - компоненты окружающей среды, влияющие на живой организм.
Существование определенного вида зависит от сочетания множества различных факторов. Причем для каждого вида значение отдельных факторов, а также их комбинации весьма специфичны.
Виды экологических факторов:
Абиотические факторы
- факторы неживой природы, прямо или косвенно действующие на организм.
Примеры: рельеф, температура и влажность воздуха, освещенность, течение и ветер.
Биотические факторы
- факторы живой природы, влияющие на организм.
Примеры: микроорганизмы, животные и растения.
Антропогенные факторы
- факторы, связанные с деятельностью человека.
Примеры: строительство дорог, распашка земель, промышленность и транспорт.
Абиотические факторы
климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха;
Развернуть
Развернуть
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к водному обмену
гидратофиты - растения, постоянно живущие в воде;
гидрофиты - растения, частично погруженные в воду;
гелофиты - болотные растения;
гигрофиты - наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненных местах;
мезофиты - растения, предпочитающие умеренное увлажнение;
ксерофиты - растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги (в том числе суккуленты --растения,накапливающие воду в тканях своего тела (например, толстянковые и кактусы);
склерофиты - засухоустойчивые растения с жесткими, кожистыми листьями и стеблями.
эдафические (почвенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы;
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к плодородию почвы различают следующие экологические группы растений:
олиготрофы - растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная);
мезотрофы - растения с умеренной потребностью в питательных веществах (большинство лесных растений умеренных широт);
эвтрофы - растения, требующие большого количества питательных веществ в почве (дуб, лещина, сныть).
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
Все растения по отношению к свету можно разделить на три группы: гелиофиты, сциофиты, факультативные гелиофиты.
Гелиофиты - светолюбивые растения (степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки).
Сциофиты - тенелюбивые растения (лесные травы).
Факультативные гелиофиты - теневыносливые растения, способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света (ель обыкновенная, клен остролистный, граб обыкновенный, лещина, боярышник, земляника, герань полевая, многие комнатные растения).
Сочетание различных абиотических факторов определяет распространение видов организмов по разным областям земного шара. Определенный биологический вид встречается не повсеместно, а в районах, где имеются необходимые для его существования условия.
фитогенные - влияние растений;
микогенные - влияние грибов;
зоогенные - влияние животных;
микробиогенные - влияние микроорганизмов.
АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу.
физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолетах, влияние шума и вибрации;
химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта;
биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания;
социальные - связанные с отношениями людей и жизнью в обществе: взаимодействие с домашними животными, синантропными видами (мухи, крысы и т. п.), использование цирковых и сельскохозяйственных животных.
Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание мусорных свалок и пустырей, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т. п.
Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ ВИДА
Можно установить общий характер воздействия экологических факторов на живой организм. Любой организм имеет специфический комплекс приспособлений к факторам среды и благополучно существует лишь в определенных границах их изменяемости.
Экологический оптимум - значение одного или нескольких экологических факторов, наиболее благоприятных для существования данного вида или сообщества.
Развернуть
Зона оптимума - это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности данного вида.
Отклонения от оптимума определяют зоны угнетения (зоны пессимума) . Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы.
Критические точки - минимально и максимально переносимые значения фактора, за которыми организм гибнет.
Область толерантности - диапазон значений экологического фактора, при котором возможно существование организма.
Для каждого организма характерны свои максимумы, оптимумы и минимумы экологических факторов. Например, комнатная муха выдерживает колебание температуры от 7 до 50 °С, а человеческая аскарида живет только при температуре тела человека.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Экологическая ниша - совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования определенного вида.
Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от ниши понятие местообитание обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей - корова и кенгуру - занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса - белка и лось, относящиеся также к травоядным животным - занимают разные экологические ниши.
Экологическая ниша всегда определяет распространение организма и его роль в сообществе.
В одном сообществе два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу.
ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР
Лимитирующий (ограничивающий) фактор - любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества.
Например, если в почве недостает какого-то определенного микроэлемента, это вызывает снижение урожайности растений. Из-за отсутствия пищи гибнут насекомые, которые питались этими растениями. Последнее отражается на выживаемости хищников-энтомофагов: других насекомых, птиц и земноводных.
Ограничивающие факторы определяют ареал расселения каждого вида. Например, распространение многих видов животных на север сдерживается нехваткой тепла и света, на юг - дефицитом влаги.
Закон толерантности Шелфорда
Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.
Закон толерантности можно сформулировать проще: плохо как недокормить, так и перекормить растение либо животное.
Из этого закона вытекает следствие: любой избыток вещества или энергии является загрязняющим среду компонентом. Например, в засушливых областях избыток воды вреден, и вода может рассматриваться как загрязнитель.
Итак, для каждого вида существуют пределы значений жизненно необходимых факторов абиотической среды, которые ограничивают зону его толерантности (устойчивости). Живой организм может существовать в определенном интервале значений факторов. Чем шире этот интервал, тем выше устойчивость организма. Закон толерантности является одним из основополагающих в современной экологии.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
ЗАКОН ОПТИМУМА
Закон оптимума
Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.
Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий.
Стенобионты - узкоспециализированные виды, которые могут жить только в относительно постоянных условиях. Например, глубоководные рыбы, иглокожие, ракообразные не переносят колебания температуры даже в пределах 2–3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами.
Эврибионты - виды с большим диапазоном выносливости (экологически пластичные виды). Например, виды-космополиты.
Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например стенотермный вид - не переносящий колебания температур, эвригалинный - способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.
ЗАКОН МИНИМУМА ЛИБИХА
Закон минимума Либиха, или закон ограничивающего фактора
Наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.
Именно от этого минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки - зимняя температура; а для хариуса - концентрация растворенного в воде кислорода.
Этот закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус фон Либих установил, что продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества (минерального элемента), которое представлено в почве наиболее слабо . Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция - 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.
По имени ученого названо образное представление этого закона - так называемая «бочка Либиха» (см. рис.). Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке и длина остальных досок уже не имеет значения.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Изменение интенсивности одного экологического фактора может сузить предел выносливости организма к другому фактору или, наоборот, увеличить его.
В природной среде действие факторов на организм может суммироваться, взаимно усиливаться или компенсироваться.
Суммация факторов. Пример: высокая радиоактивность среды и одновременное содержание нитратного азота в питьевой воде и пище в несколько раз увеличивают угрозу здоровью человека, чем каждый из этих факторов в отдельности.
Взаимное усиление (явление синергизма). Следствием этого является снижение жизнеспособности организма. Повышенная влажность значительно снижает устойчивость организма к перенесению высоких температур. Уменьшение содержания азота в почве приводит к снижению засухоустойчивости злаков.
Компенсация. Пример: утки, оставшиеся зимовать в умеренных широтах, недостаток тепла возмещают обильным питанием; бедность почвы во влажном экваториальном лесу компенсируется быстрым и эффективным круговоротом веществ; в местах, где много стронция, моллюски могут заменять в своих раковинах кальций стронцием. Оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи.
В то же время ни один из необходимых организму факторов не может быть полностью заменен другим. Например, недостаток влаги замедляет процесс фотосинтеза даже при оптимальной освещенности и концентрации $CO_2$ в атмосфере; недостаток тепла нельзя заменить обилием света, а минеральные элементы, необходимые для питания растений, - водой. Поэтому если значение хотя бы одного из необходимых факторов выходит за пределы диапазона толерантности, то существование организма становится невозможным (см. закон Либиха).
Интенсивность воздействия факторов среды находится в прямой зависимости от продолжительности этого воздействия. Длительное действие высоких или низких температур губительно для многих растений, тогда как кратковременные перепады растения переносят нормально.
Таким образом, факторы среды действуют на организмы совместно и одновременно. Присутствие и процветание организмов в том или ином местообитании зависят от целого комплекса условий.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Экологические факторы - это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на живой организм. Организм реагирует на действие экологических факторов приспособительными реакциями. Экологические факторы определяют условия существования организмов.
Классификация экологических факторов (по происхождению)
- 1. Абиотические факторы - это совокупность факторов неживой природы, влияющих на жизнь и распространение живых организмов. Среди них различают :
- 1.1. Физические факторы - такие факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (например, температура, давление, влажность, движение воздуха и др.).
- 1.2. Химические факторы - такие факторы, которые обусловлены химическим составом среды (соленость воды, содержание кислорода в воздухе и др.).
- 1.3. Эдафические факторы (почвенные) - совокупность химических, физических, механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений (влажность, структура почвы, содержание биогенных элементов и др.).
- 2. Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую компоненту среды обитания.
- 2.1. Внутривидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между организмами на популяционном уровне. В основе их лежит внутривидовая конкуренция.
- 2.2. Межвидовые взаимодействия характеризуют взаимоотношения между различными видами, которые могут быть благоприятными, неблагоприятными и нейтральными. Соответственно, обозначим характер воздействия +, - или 0. Тогда возможны следующие типы комбинаций межвидовых взаимоотношений:
- 00 нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга; в природе встречается редко (белка и лось, бабочка и комар);
+0 комменсализм - один вид извлекает пользу, а другой не имеет никакой выгоды, вреда тоже; (крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян растений (репейник), не получая ни вреда, ни пользы);
-0 аменсализм - один вид испытывает от другого угнетение роста и размножения; (светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от затенения, а самому дереву это безразлично);
++ симбиоз - взаимовыгодные отношения:
- ? мутуализм - виды не могут существовать друг без друга; инжир и опыляющие его пчелы; лишайник;
- ? протокооперация - совместное существование выгодно обоим видам, но не является обязательным условием выживания; опыление пчелами разных луговых растений;
- - - конкуренция - каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие; (растения конкурируют между собой за свет и влагу, т.е. когда используют одни и те же ресурсы, тем более, если они недостаточны);
Хищничество - хищный вид питается своей жертвой;
Существует и другая классификация экологических факторов. Большинство факторов качественно и количественно изменяется во времени. Например, климатические факторы (температура, освещённость и др.) меняются в течение суток, сезона, по годам. Факторы, изменение которых во времени повторяется регулярно, называютпериодическими . К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими .
1. Какой экологический фактор ограничивает распространение растений на большую глубину?
1. Соленость воды
2. Недостаток света
3. Атмосферное давление
4. Недостаток минеральных веществ
Объяснение: во всех царствах есть более или менее приспособленные к экстремальным условиям среды организмы, но для каждой группы есть основные факторы, без которых она жить не сможет. Для растений таким фактором является солнечный свет (так как растения - фототрофы и без света не смогут построить органические вещества для своей жизнедеятельности). Правильный ответ - 2.
2. Влажность среды, необходимая для жизни организмов, - это фактор
1. Биологический
2. Абиотический
3. Антропогенный
4. Непериодический
Объяснение: влажность среды относится к факторам неживой среды, такие факторы называются абиотическими. Правильный ответ - 2.
3. Что служит ограничивающим фактором для растений степной зоны?
1. Недостаток влаги
2. Высокая температура
3. Недостаток минеральных веществ
4. Повышенное ультрафиолетовое излучение
Объяснение: в степной зоне очень низкая влажность и очень высокое испарение, поэтому у растений степной зоны имеется недостаток влаги. Правильный ответ - 1.
4. Какой из приведенных примеров иллюстрирует конкурентные отношения между организмами?
1. Белка - дятел
2. Дуб - белый гриб
3. Корова - бычий цепень
4. Уж - лягушка
5. В какой тип отношений вступают сосна и подосиновик?
1. Симбиоз
3. Хищник - жертва
4. Конкуренция
Объяснение: между корнями деревьев и гифами грибов в лесах возникает симбиоз. Взаимодействие именно между грибов и деревом называется микориза. Микориза - это симбиоз гиф гриба и корней дерева, при этом дерево получает минеральные вещества, которые получаются при распаде органики в процессе обмена веществ гриба, а гриб потребляет готовые органические вещества, которые образуются в процессе фотосинтеза в растении. Правильный ответ - 1.
6. Какой из приведенных примеров иллюстрирует отношения хищник-жертва?
1. Рак-отшельник - актиния
2. Шмель - клевер
3. Синица - гусеница
4. Дятел - белка
Объяснение: рак-отшельник и актиния живут во взаимовыгодных отношениях, ка и шмель с клевером. Синица ест гусеницу (такие отношения называются хищничеством - хищник-жертва), белка и дятел имеют сходный рацион питания, поэтому между ними тип взаимоотношений - межвидовая конкуренция. Правильный ответ - 3.
7. Примером симбиоза, как особой формы биотических отношений, служит
1. Микориза корней деревьев и гиф шляпочных грибов
2. Обитание кожного клеща на шерсти собаки
3. Подкладывание кукушкой яиц в гнезда насекомоядных птиц
4. Образование финны плоского червя в теле быка
Объяснение: симбиоз - отношения организмов, при которых оба организма получают только плюсы. Например, лишайники - симбиоз гриба и водоросли, таким образом осуществляется круговорот: водоросль производит органические вещества, а гриб - гетеротроф их разлагает до неорганических веществ. Еще одним вариантом симбиоза является взаимодействие корней дерева и гиф гриба, при этом дерево поставляет грибу органические вещества, а гриб расщепляет их до неорганических, таким образом осуществляется круговорот веществ. Правильный ответ - 1.
8. Как называют взаимоотношения собаки и пастбищного клеща?
1. Симбиозом
2. Конкуренцией
3. Хищничеством
9. Какое приспособление способствует охлаждению растений при повышении температуры воздуха?
1. Уменьшение скорости обмена веществ
2. Увеличение интенсивности фотосинтеза
3. Уменьшение интенсивности дыхания
4. Усиление испарения воды
Объяснение: основной энергодающий процесс в организме - дыхание. Часть получившейся энергии расходуется в тепло, поэтому, для охлаждения организма, нужно уменьшить интенсивность дыхания. Правильный ответ - 3.
1. Абиотическим
2. Биотическим
3. Антропогенным
4. Ограничивающим
Объяснение: взаимодействия организмов, влияние их друг на друга - биотические факторы, факторы живой природы. Правильный ответ - 2.
11. Как называют тип отношений между грибом-трутовиком и березой, на которой он обитает?
1. Хищничеством
2. Симбиоз
3. Конкуренцией
12. Отношения каких организмов служат примером симбиоза?
1. Клеща и собаки
2. Сосны и масленка
3. Щуки и карася
13. Подкармливание копытных животных в зимний период в целях сохранения численности их популяций относят к факторам
1. Эволюционным
2. Антропогенным
3. Физиологическим
4. Абиотическим
Объяснение: подкармливание осуществляется человеком, а воздействие человека называется антропогенным фактором. Правильный ответ - 2.
14. Все виды деятельности человека относят к факторам
1. Абиотическим
2. Биотическим
3. Антропогенным
4. Периодическим
Объяснение: биотические факторы - факторы живой природы, абиотические - неживой, антропогенные - факторы, связанные с деятельностью человека. Правильный ответ - 3.
15. У большинства видов растений и животных отсутствуют приспособления к антропогенным факторам вследствие того, что их воздействие
1. Проявляется постоянство
2. Имеет случайный характер
3. Зависит от климатических условий
4. Имеет ритмичный характер
Объяснение: большинство растений и животных сталкиваются с людьми очень редко и такие встречи имеют случайный характер. Приспособления к антропогенным факторам есть только у домашних животных, так как они были выведены специально для жизни рядом с человеком. Правильный ответ - 2.
16. Высокая численность волков может быть ограничивающим фактором для
1. Зайцев-русаков
2. Соболей
3. Медведей
4. Куниц
Объяснение: высокая численность будет ограничивающим фактором для организмов, которые являются пищей для волков. Таковыми являются зайцы-русаки. Правильный ответ - 1.
Задания для самостоятельного решения
1. Сигналом к осеннему перелету птиц в средней полосе России служит
1. Понижение температуры воздуха
3. Наступление первых заморозков
4. Сокращение длины светового дня
Правильный ответ - 4.
2. Какой фактор лежит в основе сезонных изменений в жизни птиц?
1. Увеличение численности хищников
2. Нарушение биотических связей
3. Изменение температуры
4. Изменение длины светового дня
Правильный ответ - 4.
3. Отношения каких организмов служат примером конкуренции?
1. Волка и кабана
2. Щуки и окуня
3. Пчелы и жука-короеда
4. Актинии и рака-отшельника
Правильный ответ - 2.
1. Лугов и болот
2. Смешанных и хвойных лесов
3. Тропических дождевых лесов
4. Тундры и пустыни
Правильный ответ - 4.
5. Взаимное влияние организмов одного или разных видов относят к факторам
1. Биотическим
2. Ограничивающим
3. Антропогенным
4. Абиотическим
Правильный ответ - 1.
6. Внешним сигналом, вызывающим наступление листопада у растений центральной полосы, служит
1. Накопление вредных веществ в листьях
2. Увеличение количества осадков
3. Сокращение длины светового дня
4. Уменьшение питательных веществ в почве
Правильный ответ - 3.
7. Минеральные вещества, используемые растениями в процессе почвенного питания, относят к группе факторов
1. Сезонных
2. Антропогенных
3. Биотических
4. Абиотических
Правильный ответ - 4.
8. К абиотическим факторам относят
1. Изменение температуры воздуха в течение сезона
2. Влияние растений на жизнь животных
3. Осушение заболоченных территорий
4. Конкуренцию растений за поглощение света
Правильный ответ -1.
9. Главный фактор, вызывающий листопад у растений, - изменение
1. Состава почвенного покрова
2. Влажности
3. Продолжительности светового дня
4. Температуры
Правильный ответ - 3.
10. Взаимные влияния организмов одного или разных видов друг на друга относят к факторам
1. Абиотическим
2. Биотическим
3. Антропогенным
4. Ограничивающим
Правильный ответ - 2.
11. Отношения каких организмов служат примером симбиоза?
1. Клеща и собаки
2. Сосны и масленка
3. Щуки и карася
4. Растения росянки и насекомого
Правильный ответ - 2.
12. Подкармливание копытных животных в зимний период в целях сохранения численности их популяций относят к факторам
1. Эволюционным
2. Антропогенным
3. Физиологическим
4. Абиотическим
Правильный ответ - 2.
13. Все виды деятельности человека относят к факторам
1. Абиотическим
2. Биотическим
3. Антропогенным
4. Периодическим
Правильный ответ - 3.
14. Какой фактор ограничивает жизнь растений на больших глубинах?
1. Питательные вещества
2. Тепло
3. Свет
4. Кислород
Правильный ответ - 3.
15. Недостаток какого экологического фактора вызывает появление светло-зеленых листьев у растений?
1. Воды
2. Углекислого газа
3. Света
4. Кислорода
Правильный ответ - 3.
16. Каков характер взаимоотношений организмов разных видов, нуждающихся в одинаковых пищевых ресурсах?
1. Хищник - жертва
3. Конкуренция
4. Взаимопомощь
Правильный ответ - 3.
17. Благодаря непрямому развитию у животных ослабляется конкуренция между
1. Особями разных видов
2. Популяциями разных видов
3. Личинками и взрослыми формами
4. Взрослыми особями вида
Правильный ответ - 3.
18. В окрестностях ряда городов происходит массовая гибель сосен из-за того, что в этих районах
1. Проявляется климатическая неустойчивость
2. Почва малоплодородна
3. Не проводится подкормка деревьев минеральными веществами
4. Воздух и почва сильно загрязнены промышленными отходами
Правильный ответ - 4.
19. Укажите абиотический фактор, необходимый для жизни растений.
1. Наличие углекислого газа в атмосфере
2. Внесение человеком минеральных удобрений
3. Наличие в экосистеме консументов
4. Конкуренция между соснами за свет
Правильный ответ - 1.
20. Взаимовыгодное существование бобовых растений и клубеньковых бактерий представляет собой
1. Микоризу
2. Квартиранство
3. Симбиоз
4. Конкуренцию
Правильный ответ - 3.
21. Как называют тип отношений между грибом-трутовиком и березой, на которой он обитает?
2. Конкуренция
3. Хищничество
4. Симбиоз
Правильный ответ - 1.
22. Интенсивность любого экологического фактора, наиболее благоприятную для жизнедеятельности, называют
1. Максимальной
2. Сдерживающей
3. Оптимальной
4. Ограничивающей
Правильный ответ - 3.
23. Какие взаимоотношения в биоценозе степи характерны для диких копытных животных разных видов?
1. Хищничество
2. Конкуренция
3. Симбиоз
4. Нейтрализм
Правильный ответ - 2.
24. Ограничивающим называют фактор, при наличии которого в популяции
1. Организмы нормально функционируют
2. Повышается приспособленность особей
3. Возникает экологическая изоляция
4. Существование вида становится невозможным
Правильный ответ - 4.
25. Какой фактор ограничивает жизнь растений в степной зоне?
1. Высокая температура
2. Недостаток влаги
3. Отсутствие перегноя
4. Ультрафиолетовые лучи
Правильный ответ - 2.
26. К абиотическим факторам относят
1. Подрывание кабанами корней
2. Обильный снегопад
3. Растительный опад
4. Нашествие саранчи
Правильный ответ - 2.
27. Антропогенными называют факторы
1. Связанные с деятельностью человека
2. Абиотического характера
3. Обусловленные историческими изменениями земной коры
4. Определяющие функционирование биогеоценозов
Правильный ответ - 1.
28. К антропогенным факторам, вызывающим сокращение численности популяции окуня в водоеме, относят
1. Образование ледяного покрова на поверхности водоема
2. Увеличение численности мальков других видов рыб
3. Загрязнение водоема сточными водами
4. Понижение температуры воды
Правильный ответ - 3.
29. Воздействие человека на жизнь любой экосистемы - пример фактора
1. Абиотического
2. Биотического
3. Ограничивающего
4. Антропогенного
Правильный ответ - 4.
30. Экологические факторы, характеризующие отношения в биогеоценозе между особями разных популяций, называют
1. Ограничивающими
2. Биотическими
3. Абиотическими
4. Антропогенными
Правильный ответ - 2.
31. Какой пример иллюстрирует проявление в природной среде биотического фактора?
1. Загрязнение водоемов, расположенных рядом с агроценозами
2. Поедание личинками божьей коровки яблоневой тли
3. Вымерзание проростков пшеницы при весенних заморозках
4. Понижение уровня грунтовых вод при длительной засухе
Правильный ответ - 2.
32. Согласно учению В. И. Вернадского о биосфере, известняки, каменный уголь образовались в результате
1. Оседания космической пыли
2. Деятельности живых организмов
3. Вулканической деятельности
4. Горообразовательных процессов
Правильный ответ - 2.
33. Какой фактор является ограничивающим для зерноядных птиц зимой в тайге?
1. Интенсивность освещения
2. Перепады атмосферного давления
3. Отсутствие насекомых
4. Высота снежного покрова
Правильный ответ - 4.
34. Одноклеточные зеленые водоросли вступают в симбиоз в лишайнике с
1. Бактериофагами
2. Бактериями-сапротрофами
3. Простейшими
4. Грибами
Правильный ответ - 4.
35. Рыхление почвы под кроной плодовых деревьев - это воздействие на растение фактора
1. Антропогенного
2. Биотического
3. Ограничивающего
4. Лимитирующего
Правильный ответ - 1.
36. Факторы, значение которых выходит за пределы выносливости организмов, называются
1. Экологическими
2. Абиотическими
3. Антропогенными
4. Ограничивающими
Правильный ответ - 4.
37. У покрытосеменных растений, обитающих в водной среде, по сравнению с наземными
1. Хорошо развиты ткани
2. Интенсивнее протекает фотосинтез
3. Слабо развита корневая система
4. Устьица расположены на нижней стороне листа
Правильный ответ - 3.
Наше знакомство с экологией мы начинаем, пожалуй, с одного из самых разработанных и изученных разделов - аутэкологии. Внимание аутэкологии концентрируется на взаимодействии особей или групп особей с условиями окружающей их среды. Поэтому ключевым понятием аутэкологии является экологический фактор, то есть фактор окружающей среды, воздействующий на организм.
Никакие природоохранные мероприятия не возможны без изучения оптимума действия того или иного фактора на данный биологический вид. В самом деле, как охранять тот или иной вид, если не знать, какие условия жизни он предпочитает. Даже "охрана" такого вида как человек разумный требует знания санитарно-гигиенических норм, которые есть ни что иное, как оптимум различных экологических факторов применительно к человеку.
Влияние окружающей среды на организм и называется экологическим фактором. Точное научное определение звучит так:
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР - любое условие среды, на которое живое реагирует приспособительными реакциями.
Экологический фактор - это любой элемент среды, оказывающий прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз их развития.
По своей природе экологические факторы делят, по крайней мере, на три группы:
абиотические факторы - влияния неживой природы;
биотические факторы - влияния живой природы.
антропогенные факторы - влияния, вызванные разумной и неразумной деятельностью человека ("антропос" - человек).
Человек видоизменяет живую и неживую природу, и берет на себя в известном смысле и геохимическую роль (например, высвобождая замурованный в виде угля и нефти на многие миллионы лет углерод и выпуская его в воздух углекислым газом). Поэтому антропогенные факторы по размаху и глобальности своего воздействия приближаются к геологическим силам.
Не редко экологические факторы подвергают и более детальной классификации, когда надо указать на какую-то конкретную группу факторов. Например, различают климатические (относящиеся к климату), эдафические (почвенные) факторы среды.
В качестве хрестоматийного примера опосредованного действия экологических факторов приводят так называемые птичьи базары, представляющие собой огромные скопления птиц. Высокая плотность птиц объясняется целой цепочкой причинно-следственных связей. Птичий помет попадает в воду, органические вещества в воде минерализуются бактериями, повышенная концентрация минеральных веществ приводит к повышению численности водорослей, а вслед за ними - и зоопланктона. Низшими ракообразными, входящими в зоопланктон, питаются рыбы, а рыбами - птицы, населяющие птичий базар. Цепочка замыкается. Птичий помет выступает в качестве экологического фактора, опосредованно повышающего численность колонии птиц.
Как же сопоставлять действие столь разных по природе факторов? Не смотря на огромное множество факторов, из самого определения экологического фактора как элемента среды, оказывающего влияние на организм, следует нечто общее. А именно: действие экологических факторов всегда выражается в изменении жизнедеятельности организмов, а в конечном итоге, - приводит к изменению численности популяции. Это и позволяет сравнивать действие различных экологических факторов.
Стоит ли говорить, что действие фактора на особь определяется не природой фактора, а его дозой. В свете сказанного выше, да и простого жизненного опыта, становится очевидным, что эффект определяет именно доза фактора. Действительно, что такое фактор "температура"? Это в достаточной степени абстракция, а вот если сказать, что температура -40 по Цельсию - тут уже не до абстракций, поскорее бы закутаться во все теплое! С другой стороны, +50 градусов нам покажутся не многим лучше.
Таким образом, фактор воздействует на организм определенной дозой, и среди этих доз можно выделить минимальные, максимальные и оптимальные дозы, а также те значения, при которых жизнь особи прекращается (их называют летальными, или смертельными).
Воздействие различных доз на популяцию вцелом весьма наглядно описывается графически:
По оси ординат откладывается численность популяции в зависимости от дозы того или иного фактора (ось абсцисс). Выделяют оптимальные дозы фактора и дозы действия фактора, при которых происходит угнетение жизнедеятельности данного организма. На графике это соответствует 5 зонам:
зона оптимума
справа и слева от нее зоны пессимума (от границы зоны оптимума до max или min)
летальные зоны (находящиеся за пределами max и min), в которых численность популяции равна 0.
Диапазон значений фактора, за границами которого нормальная жизнедеятельности особей становится невозможной, называется пределами выносливости.
На следующем уроке мы рассмотрим, как различаются организмы по отношению к различным экологическим факторам. Иными словами, речь на следующем уроке пойдет об экологических группах организмов, а также о бочке Либиха и о том, как связано все это с определением ПДК.
Глоссарий
ФАКТОР АБИОТИЧЕСКИЙ - условие или совокупность условий неорганического мира; экологический фактор неживой природы.
ФАКТОР АНТРОПОГЕННЫЙ - экологический фактор, обязанный своим происхождением деятельности человека.
ПЛАНКТОН - совокупность организмов, обитающих в толще воды и неспособных активно сопротивляться переносу течениями, то есть "парящих" в воде.
БАЗАР ПТИЧИЙ - колониальное поселение птиц, связанных с водной средой (кайр, чаек).
На какие экологические факторы из всего их многообразия прежде всего обращает внимание исследователь? Не редко перед исследователем стоит задача выявить те экологические факторы, которые угнетают жизнедеятельность представителей данной популяции, ограничивают рост и развитие. Например, необходимо выяснить причины снижения урожая или причины вымирания естественной популяции.
При всем многообразии экологических факторов и сложностях, возникающих при попытке оценить их совместное (комплексное) воздействие, важно, что составляющие естественный комплекс факторы имеют неодинаковую значимость. Еще в 19 веке Либих (Liebig, 1840), изучая влияние различных микроэлементов на рост растений, установил: рост растений ограничивается элементом, концентрация которого лежит в минимуме. Фактор, находящийся в недостатке, был назван лимитирующим. Образно это положение помогает представить так называемая "бочка Либиха".
Бочка Либиха
Представьте себе бочку, в которой деревянные рейки по бокам разной высоты, как это показано на рисунке. Понятно, какой бы высоты ни были остальные рейки, но налить воды в бочку вы сможете ровно столько, какова длина самой короткой рейки (в данном случае - 4 плашка).
Остается только "подменить" некоторые термины: высота налитой воды пусть будет какой-либо биологической или экологической функцией (например, урожайностью), а высота реек будет указывать на степень отклонения дозы того или иного фактора от оптимума.
В настоящее время закон минимума Либиха трактуется более широко. Лимитирующим фактором может быть фактор, находящийся не только в недостатке, но и в избытке.
Экологический фактор играет роль ЛИМИТИРУЮЩЕГО ФАКТОРА, если данный фактор находится ниже критического уровня или превосходит максимально выносимый уровень.
Лимитирующий фактор обуславливает ареал распространения вида или (при менее суровых условиях) сказывается на общем уровне обмена веществ. Например, содержание фосфатов в морской воде является лимитирующим фактором, определяющим развитие планктона и в целом продуктивность сообществ.
Понятие "лимитирующий фактор" применимо не только к различным элементам, но и ко всем экологическим факторам. Не редко в качестве лимитирующего фактора выступают конкурентные отношения.
У каждого организма в отношении различных экологических факторов существуют пределы выносливости. В зависимости от того, насколько широки или узки эти пределы, различают эврибионтные и стенобионтные организмы. Эврибионты способны выносить широкую амплитуду интенсивности различных экологических факторов. Скажем, ареал обитания лисицы - от лесотундры до степей. Стенобионты, напротив, переносят лишь очень узкие колебания интенсивности экологического фактора. Например, практически все растения влажных тропических лесов - стенобионты.
Не редко указывают, какой именно фактор имеется в виду. Так, можно говорить об эвритермных (переносящих большие колебания температуры) организмах (многие насекомые) и стенотермных (для растений тропических лесов колебания температуры в пределах +5... +8 градусов С может быть губительными); эври/стеногалинных (переносящих/непреносящих колебания солености воды); эври/стенобатных (живущих в широких/узких пределах глубины водоема) и так далее.
Возникновение в процессе биологической эволюции стенобионтных видов можно рассматривать как форму специализации, при которой большая эффективность достигается в ущерб адаптивности.
Взаимодействие факторов. ПДК.
При независимом действии экологических факторов достаточно оперировать понятием "лимитирующий фактор", чтобы определить совместное воздействие комплекса экологических факторов на данный организм. Однако в реальных условиях экологические факторы могут усиливать или ослаблять действие друг друга. Например, мороз в Кировской области переносится легче, что в С.-Петербурге, так как в последнем выше влажность.
Учет взаимодействия экологических факторов - важная научная проблема. Можно выделить три основные вида взаимодействия факторов:
аддитивное - взаимодействие факторов представляет собой простую алгебраическую сумму эффектов каждого из факторов при независимом действии;
синергетическое - совместное действие факторов усиливает эффект (то есть эффект при их совместном действии больше простой суммы эффектов каждого фактора при независимом действии);
антогонистическое - совместное действие факторов ослабляет эффект (то есть эффект при их совместном действии меньше простой суммы эффектов каждого фактора).
Почему так важно знать о взаимодействии экологических факторов? В основе теоретического обоснования величины предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнителей или предельно допустимых уровней (ПДУ) воздействия загрязнящих агентов (например, шума, радиации) лежит закон лимитирующего фактора. ПДК устанавливается экспериментально на уровне, при котором в организме еще не происходят патологические изменения. При этом существуют свои трудности (например, чаще всего приходится экстраполировать на человека данные, полученные на животных). Однако речь сейчас не о них.
Не редко приходится слышать, как природоохранные органы радостно рапортуют о том, что уровень большинства загрязнителей в атмосфере города находится в пределах ПДК. А органы госсанэпиднадзора в это же время констатируют повышенный уровень респираторных заболеваний у детей. Объяснение может быть таким. Не секрет, что многие атмосферные загрязнители обладают сходным эффектом: раздражают слизистые оболочки верхних дыхательных путей, правоцируют респираторные заболевания и т.д. И совместное действие этих загрязнителей дает аддитивный (или синергетический) эффект.
Поэтому в идеале при разработке норм ПДК и при оценке существующей экологической ситуации должно учитоваться взаимодействие факторов. К сожалению, практически это бывает очень сложно сделать: трудно спланировать такой эксперимент, трудно оценить взаимодействие, плюс ужесточение ПДК имеет отрицательные экономические эффекты.
Глоссарий
МИКРОЭЛЕМЕНТЫ - химические элементы, необходимые организмам в ничтожных количествах, но определяющие успешность их развития. М. в виде микроудобрений используют для повышения урожайности растений.
ФАКТОР ЛИМИТРИУЮЩИЙ - фактор, ставящий рамки (определяющий) для течения какого-то процесса или для существования организма (вида, сообщества).
АРЕАЛ - область распространения любой систематической группы организмов (вида, рода, семейства) или определенного типа сообщества организмов (например, ареал лишайниковых сосняков).
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ - (применительно к организму) последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах. Жизнь возможна только благодаря обмену веществ.
ЭВРИБИОНТ - организм, проживающий в различных условиях среды
СТЕНОБИОНТ - организм, требующий строго определенных условий существования.
КСЕНОБИОТИК - чужеродное для организма химическое вещество, естественно не входящее в биотический круговорот. Как правило, ксенобиотик - антропогенного происхождения.
Экосистема
ГОРОДСКИЕ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
Общая характеристика городских экосистем.
Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии, фиксированная городскими растениями или солнечными батареями, расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположены за его пределами. Это - месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомные электростанции.
Город потребляет огромное количество воды, лишь незначительную часть которой человек использует для непосредственного употребления. Основную часть воды тратят на производственные процессы и на бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки, а с учетом промышленности на одного гражданина приходится до 1000 л в сутки. Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном состоянии - она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы. Растения, в составе городских экосистем растут в парках, садах, на газонах, их главное назначение - регулирование газового состава атмосферы. Они выделяют кислород, поглощают диоксид углерода и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, попадающих в неё при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения имеют также большое эстетическое и декоративное значение.
Животные в городе представлены не только обычными в естественных экосистемах видами (в парках живут птицы: горихвостка, соловей, трясогузка; млекопитающие: полевки, белки и представители других групп животных), но и особой группой городских животных - спутников человека. В её составе - птицы (воробьи, скворцы, голуби), грызуны (крысы и мыши), и насекомые (тараканы, клопы, моль). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, воробьи). Это санитары города. Разложение органических отходов ускоряют личинки мух и другие животные и микроорганизмы.
Главная особенность экосистем современных городов в том, что в них нарушено экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человеку приходится брать на себя. Человек должен регулировать как потребление городом энергии и ресурсов - сырья для промышленности и пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта. Наконец, он определяет и размеры этих экосистем, которые в развитых странах, а последние годы и в России, быстро«расползаются» за счет загородного коттеджного строительства. Районы низкоэтажной застройки уменьшают площадь лесов и сельскохозяйственных угодий, их «расползание» требует строительства новых шоссейных дорог, что уменьшает долю экосистем, способных производить продукты питания и осуществлять круговорот кислорода.
Промышленное загрязнение среды.
В городских экосистемах наиболее опасно для природы промышленное загрязнение.
Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу наиболее опасных для жизни человека. Наиболее распространенные загрязнители
Сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, хлор, и др. В некоторых случаях из двух или относительно нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы.
Главные источники загрязнения - ТЭС. Сильно загрязняют атмосферу также котельные, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.
Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными видами, нефть и нефтепродукты также разливаются при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом.
Пока количество загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с ними. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3-10 км от источника загрязнения. Если загрязнителей слишком много, экосистемы не могут с ними справиться и начинаются необратимые последствия.
Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.
Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые воды. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.
Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ, работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители.
Химическое загрязнение грунтовых вод. Токи грунтовых вод перемещают промышленные загрязнения на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают соленую воду, поднявшуюся на поверхность вместе с нефтью при её откачке.
Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах приобретает горький вкус и оказывается не пригодной для питья.
Шумовое загрязнение. Источником шумового загрязнения может быть промышленное предприятие или транспорт. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. Шум влияет на нервную систему человека, и потому в городах и на предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите.
Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум.
Самолеты не должны летать над городами.
Шум измеряют децибелах. Тиканье часов - 10 дб, шепот - 25, шум от оживленной магистрали - 80, шум самолета при взлете - 130 дб. Болевой порог шума - 140 дб. На территории жилой застройки днем шум не должен превышать 50-66 дб.
Также к загрязнителям относят: загрязнение поверхности почвы отвалами вскрышных пород и золы, биологическое загрязнение, тепловое загрязнение, радиационное загрязнение, электромагнитное загрязнение.
Загрязнение атмосферы. Если принять за единицу загрязненность воздуха над океаном, то над селами она выше в 10 раз, над небольшими городами - в 35 раз, а над большими городами - в 150 раз. Толщина слоя загрязненного воздуха над городом составляет 1,5 - 2 км.
Наиболее опасными загрязнителями являются бенз-а-пирен, диоксид азота, формальдегид, пыль. В Европейской части России и на Урале в среднем в течении года на 1 кв. км выпадало свыше 450 кг атмосферных загрязнителей.
По сравнению с 1980 г.. количество выбросов диоксида серы выросло в 1.5 раза; 19 млн. т атмосферных загрязнителей выбросил в атмосферу автомобильный транспорт.
Сброс сточных вод в реки составил 68,2 куб. км при постпотреблении 105,8 куб. км. Потребление воды промышленностью составляет 46%. Доля неочищенных сточных вод с 1989 г. уменьшается и составляет 28%.
Вследствие преобладания западных ветров Россия получает от западных соседей в 8-10 раз больше атмосферных загрязнителей, чем отправляет к ним.
Кислотные дожди отрицательно повлияли на половину лесов Европы, начался процесс усыхания лесов и в России. В Скандинавии из-за кислотных осадков, поступающих из Великобритании и ФРГ, погибло уже 20.000 озер. Под влиянием кислотных дождей гибнут памятники архитектуры.
Вредные вещества, выходящие из дымовой трубы высотой 100 м, рассеиваются в радиусе 20 км, высотой 250 м - до 75 км. Труба - чемпион построена на медно-никелевом комбинате в г. Садбери (Канада) и имеет высоту более 400 м.
Разрушающие озоновый слой хлорфторуглероды (ХФУ) попадают в атмосферу из газов охладительных систем (в США - 48%, а в остальных странах - 20%), от использования аэрозольных баллончиков (в США - 2%, а несколько лет назад их продажу запретили; в других странах - 35%), растворителей, используемых в химчистках (20%) и при производстве пенопластов, включая стайроформ (25-
Основной источник фреонов, разрушающих озоновый слой - промышленные холодильники - рефрижераторы. В обычном бытовом холодильнике 350 г фреона, а в промышленных - десятки килограммов. Рефрижераторное хозяйство только в
Москве ежегодно использует 120 т фреона. Значительная часть его из-за несовершенства оборудования оказывается в атмосфере.
Загрязнение пресноводных экосистем. В Ладожское озеро - резервуар питьевой воды для шестимиллионного Санкт-Петербурга - в 1989 г. было сброшено со сточными водами 1,8 т фенолов, 69,7 т сульфатов, 116,7 т синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Загрязняет водные экосистемы и речной транспорт. На озере Байкал, например, плавают 400 судов разного размера, они сбрасывают в воду около 8 т нефтепродуктов в год.
На большинстве предприятий России токсичные отходы производства или сбрасывают в водоемы, отравляя их, или накапливают, не перерабатывая, нередко в огромных количествах. Эти скопления смертоносных отходов можно назвать «экологическими минами», при прорыве дамб они могут оказаться в водоемах. Пример такой «экологической мины» - Череповецкий химический комбинат «Аммофос». Его отстойник занимает площадь 200 га и содержит 15 млн. т отходов. Дамбу, которая огораживает отстойник, ежегодно поднимают на
4 м. К сожалению «череповецкая мина» - не единственная.
В развивающихся странах ежегодно умирает 9 млн. человек. К 2000 г. питьевой воды не будет хватать более чем 1 млрд. человек.
Загрязнение морских экосистем. В Мировой океан сброшено около 20 млрд. т мусора - от бытовых стоков до радиоактивных отходов. Каждый год на каждый 1 кв. км водной поверхности добавляют еще по 17 т мусора.
Ежегодно в океан выливается более 10 млн. т нефти, которая образует пленку, покрывающую 10-15% его поверхности; а 5 г нефтепродуктов достаточно, чтобы затянуть пленкой 50 кв. м водной поверхности. Эта пленка не только уменьшает испарение и поглощение диоксида углерода, но и вызывает кислородное голодание и гибель икры и молоди рыб.
Радиационное загрязнение. Предполагают, что к 2000 г. в мире накопится
1 млн. куб. м высокоактивных радиоактивных отходов.
Естественный радиоактивный фон воздействует на каждого человека, даже на того, который не соприкасается в работе с АЭС или ядерным оружием. Все мы за свою жизнь получаем определенную дозу радиации, 73% которой приходится на излучения природных тел (например, гранита в памятниках, облицовке домов и пр.), 14% - на медицинские процедуры (в первую очередь от посещения рентгеновского кабинета) и 14% - на космические лучи. За жизнь (70 лет) человек может без большого риска, набрать радиацию в 35 бэр (7 бэр от естественных источников, 3 бэра от космических источников и рентгеновских аппаратов). В зоне Чернобыльской АЭС в наиболее загрязненных участках можно получить до 1 бэра за час. Мощность излучения на кровле в период тушения пожара на АЭС достигала 30.000 рентген в час и потому без радиационной защиты (свинцового скафандра) смертельную дозу облучения можно было получить за 1 минуту.
Часовая доза радиации, смертельная для 50% организмов, составляет 400 бэр для человека, 1000-2000 - для рыб и птиц, от 1000 до150.000 - для растений и 100.000 бэр для насекомых. Таким образом, самое сильное загрязнение - не помеха для массового размножения насекомых. Из растений наименее устойчивы к радиации деревья и наиболее устойчивы травы.
Загрязнение бытовым мусором. Количество накапливающегося мусора постоянно растет. Сейчас его на каждого горожанина приходится от 150 до 600 кг в год. Больше всего мусора производят в США (520 кг в год на одного жителя), в Норвегии, Испании, Швеции, Нидерландах - 200-300 кг, а в Москве - 300-320 кг.
Для того чтобы в природной среде разложилась бумага, требуется от 2 до10 лет, консервная банка - более 90 лет, фильтр от сигареты - 100 лет, полиэтиленовый пакет - более 200 лет, пластмасса - 500 лет, стекло - более 1000 лет.
Способы уменьшения вреда от химических загрязнений
Самые распространенные загрязнения - химические. Существует три основных способа уменьшения вреда от них.
Разбавление. Даже очищенные стоки необходимо разбавлять в 10 раз (а неочищенные - в 100-200 раз). На предприятиях сооружают высокие трубы, чтобы выбрасываемые газы и пыль рассеивались равномерно. Разбавление - малоэффективный способ уменьшения вреда от загрязнения, допустимый лишь как временная мера.
Очистка. Это основной способ уменьшения выбросов вредных веществ в окружающую среду в России сегодня. Однако в результате очистки образуется много концентрированных жидких и твердых отходов, которые также приходится хранить.
Замена старых технологий новыми - малоотходными. За счет более глубокой переработки удается снизить количество вредных выбросов в десятки раз. Отходы от одного производства становятся сырьем для другого.
Образные названия этим трем способам уменьшения загрязнения окружающей среды дали экологи ФРГ: «удлини трубу» (разбавление рассеиванием), «заглуши трубу» (очистка) и «завяжи трубу узлом» (малоотходные технологии). Немцы восстановили экосистему Рейна, который долгие годы был сточной канавой, куда сбрасывались отходы промышленных гигантов. Это удалось сделать только в 80-е годы, когда, наконец, «завязали трубу узлом».
Уровень загрязнения среды в России еще очень высок, и экологически неблагоприятная обстановка, опасная для здоровья населения, сложилась почти в 100 городах страны.
Некоторое улучшение экологической ситуации в России достигнуто благодаря улучшению работы очистных сооружений и падению производства.
Дальнейшего уменьшения выбросов ядовитых веществ в окружающую среду можно добиться, если внедрить менее опасные малоотходные технологии. Однако, чтобы «завязать трубу узлом», необходимо обновление оборудования на предприятиях, что требует очень больших вложений и потому будет проводиться постепенно.
Города и промышленные объекты (нефтепромыслы, карьеры для разработок угля и руды, химические и металлургические комбинаты) работают за счет энергии, которая поступает из других промышленных экосистем (энергетического комплекса), и их продукция - не растительная и животная биомасса, а сталь, чугун и алюминий, различные машины и приборы, строительные материалы, пластмассы и многое другое, чего нет в природе.
Проблемы экологии городов - это в первую очередь проблемы уменьшения выбросов в окружающую среду различных загрязнителей и защита от городов воды, атмосферы, почвы. Их решают путем создания новых малоотходных технологий и производственных процессов и эффективных очистных сооружений.
Большую роль в смягчении влияния факторов городской среды на человека играют растения. Зеленые насаждения улучшают микроклимат, улавливают пыль и газы, благотворно влияют на психическое состояние горожан.
Литература:
Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. Учебник из Федерального комплекта для 9 - 11 классов общеобразовательной школы. Изд. 2-е, перераб.
И доп. - М.: АО МДС, 1996. - 272 с ил.
Загрузка...
