Проблемы экологии

ФГОУ ВПО Курганская Сельскохозяйственная Академия им. Т.С. Мальцева

Кафедра Экологии и защиты растений

Контрольная работа

По дисциплине: Экология

Выполнил: студент II курса

бухгалтерского отделения

(заочное) Б06030

Чаплагин Иван Андреевич

Проверил:

Лесниково 2006 г.

Содержание

1. Температура как экологический фактор

2. Особенности популяционного уровня организации биологических систем. Структура и динамика популяций

2.1 Определения и состав популяции

2.2 Закономерности динамики популяций

3. Дефицит пресной воды. Мероприятия по предотвращению истощения

3.1 Проблемы пресной воды и их разрешение

3.2 Мероприятия по предотвращению количественного истощению вод

4. Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в водоемах. Оценка качества воды

5. Основные аспекты экологии

Список использованной литературы

1. Температура как экологический фактор

Все химические процессы, протекающие в организме, зависят от температуры. Изменения тепловых условий, часто наблюдаемые в природе, глубоко отражаются на росте, развитии и других проявлениях жизнедеятельности животных и растений. Различают организмы с непостоянной температурой тела - пойкилотермные и организмы с постоянной температурой тела - гомойтермные. Пойкилотермные животные целиком зависят от температуры окружающей среды, тогда как гомойтермные способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от изменений температуры окружающей среды. Подавляющее большинство наземных растений и животных в состоянии активной жизнедеятельности не переносит отрицательной температуры и погибает. Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов - редко выше 40-45 ^оС. Некоторые цианобактерии и бактерии обитают при температурах 70-90 ^оС, в горячих источниках могут жить и некоторые моллюски (до 53 ^оС). Для большинства наземных животных и растений оптимум температурных условий колеблется в довольно узких пределах (15-30 ^оС). Верхний порог температуры жизни определяется температурой свертывания белков, поскольку необратимое свертывание белков (нарушение структуры белков) возникает при температуре около 60 ^oС.

Пойкилотермные организмы в процессе эволюции выработали различные приспособления к изменяющимся температурным условиям среды. Главным источником поступления тепловой энергии у пойкилотермных животных - внешнее тепло. У пойкилотермных организмов выработались различные приспособления к низкой температуре. Некоторые животные, например, арктические рыбы, обитающие постоянно при температуре -1,8 ^oС, содержат в тканевой жидкости вещества (гликопротеиды), препятствующие образованию кристаллов льда в организме; у насекомых накапливается для этих целей глицерин. Другие животные, наоборот, увеличивают теплопродукцию организма за счет активного сокращения мускулатуры - так они повышают температуру тела на несколько градусов. Третьи регулируют свой теплообмен за счет обмена тепла между сосудами кровеносной системы: сосуды, выходящие из мышц, тесно соприкасаются с сосудами, идущими от кожи и несущими охлажденную кровь (такое явление свойственно холодноводным рыбам). Адаптивное поведение проявляется в том, что многие насекомые, рептилии и амфибии выбирают места на солнце для обогрева или меняют различные позы для увеличения поверхности обогрева.

У ряда холоднокровных животных температура тела может меняться в зависимости от физиологического состояния: к примеру, у летающих насекомых внутренняя температура тела может подниматься на 10-12 oС и более вследствие усиленной работы мышц. У общественных насекомых, особенно у пчел, развился эффективный способ поддержания температуры путем коллективной терморегуляции (в улье может поддерживаться температура 34-35 oС, необходимая для развития личинок).

Пойкилотермные животные способны приспосабливаться и к высоким температурам. Это происходит также разными способами: теплоотдача может происходить за счет испарения влаги с поверхности тела или со слизистой верхних дыхательных путей, а также за счет подкожной сосудистой регуляции (например, у ящериц скорость тока крови по сосудам кожи увеличивается при повышении температуры).

Наиболее совершенная терморегуляция наблюдается у птиц и млекопитающих - гомойтермных животных. В процессе эволюции они приобрели способность поддерживать постоянную температуру тела благодаря наличию четырехкамерного сердца и одной дуги аорты, что обеспечило полное разделение артериального и венозного кровотока; высокого обмена веществ; перьевого или волосяного покрова; регуляции теплоотдачи; хорошо развитой нервной системы приобрели способность к активной жизни при разной температуре. У большинства птиц температура тела несколько выше 40 ^oС, а у млекопитающих - несколько ниже. Весьма важное значение для животных имеет не только способность к терморегуляции, но и адаптивное поведение, постройка специальных убежищ и гнезд, выбор места с более благоприятной температурой и т.п. Они также способны приспосабливаться к низким температурам несколькими путями: кроме перьевого или волосяного покрова, теплокровные животные с помощью дрожи (микросокращения внешне неподвижных мышц) уменьшают теплопотери; при окислении бурой жировой ткани у млекопитающих образуется дополнительная энергия, поддерживающая обмен веществ.

Приспособление теплокровных к высоким температурам во многом сходно с аналогичными приспособлениями холоднокровных - потоотделение и испарение воды со слизистой рта и верхних дыхательных путей, у птиц - только последний способ, так как у них нет потовых желез; расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к поверхности кожи, что усиливает теплоотдачу (у птиц этот процесс протекает в неоперенных участках тела, например через гребень). Температура, как и световой режим, от которого она зависит, закономерно меняется в течение года и в связи с географической широтой. Поэтому все приспособления более важны для обитания при отрицательных температурах.

2. Особенности популяционного уровня организации биологических систем. Структура и динамика популяций

2.1 Определения и состав популяции

Все живые организмы существуют только в форме популяций. В общем случае популяцией называют совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией (панмиксия).

Дать четкое определение популяции довольно затруднительно из-за размытости границ между отдельными (локальными, географическими и др.) группировками особей (рис. 9). Н. П. Наумов (1963) ограничивается определением географической популяции, под которой подразумевает группу особей одного вида, населяющую территорию с однородными условиями существования - «зону сходного благоприятствования». Э. Майр (1974) считает реально существующими только экологические популяции, т. е. «группы особей, находящихся в таких условиях, где любые две особи этой группы могут с равной вероятностью скреститься друг с другом». Б. А. Кузнецов и А. 3. Чернов приводят такое определение популяции: Популяции- это исторически сложившиеся, естественные совокупности особей данного вида (животного), связанные определенными взаимоотношениями и приспособлением к жизни в условиях определенного района или иного местообитания (биотопа)». Далее авторы делят популяции на географические и экологические, считая вторые подсистемами первых.

Популяция, по мнению акад. С. С. Шварца (1975), дирижирует свою судьбу, дирижируя физиологическим состоянием слагающих ее индивидов. Это очень важное положение, подчеркивающее сложность внутрипопуляционных процессов, взаимоотношений между особями, слагающими популяцию.

Каждая популяция имеет определенную структуру: возрастную (соотношение особей разного возраста), сексуальную (соотношение полов), пространственную (колонии, семьи, стаи и т. п.). Кроме того, каждая популяция, обитающая в том или ином месте, имеет определенную численность и амплитуду колебаний этой численности. Структура популяции, ее численность и динамика численности определяются экологической нишей данного вида и конкретно - соответствием условий местообитания (т. е. режима факторов среды) требованиям (т. е. толерантности) слагающих популяцию организмов. Поэтому, прямо или косвенно влияя на животный и растительный мир, человек всегда воздействует на популяции, меняет их параметры и структуру, зачастую нарушая их соответствие реальным режимам экологических факторов. В ряде случаев это может привести к гибели популяции. Типичный пример - резкое снижение численности многих животных, которых ныне заносят в Красную книгу и рассматривают как исчезающих или находящихся на грани уничтожения. Их крайне низкая численность исключает возможность случайного (в статистическом смысле) скрещивания, а значит, и не дает материала для естественного отбора. Крайний случай - это уничтожение (геноцид) вида, особенно если вид состоит из одной популяции. Так произошло со стеллеровой коровой, странствующим голубем, европейским быком - туром.

Таким образом, охрана живой природы заключается в таком сохранении режимов экологических факторов, при котором не разрушаются экологические ниши, обеспечивается нормальное функционирование популяций живых организмов, соответствие их состава и структуры конкретным условиям местообитания.

Плотность и численность популяций. В любой природной системе поддерживается та численность особей в популяциях обитающих здесь животных и растений, которая в наибольшей степени отвечает интересам воспроизводства. Режим численности зависит от постоянно действующих регулирующих (т. е. управляющих) экологических факторов.

Численность (или, как иногда говорят, «объем популяции») того или иного вида выражается определенным количеством особей. Популяции могут быть более или менее многочисленными: у одних видов они представлены десятками экземпляров, у других - десятками тысяч. Популяции бактерий или простейших в активном иле аэротенков состоят из миллиардов особей.

Соотношение отдельных групп бактерий в аэротенке или биофильтре определяет качество работы этих сооружений. В сельском и лесном хозяйстве от численности растительноядных видов зависит наносимый ими ущерб. Не зная фактической численности и состояния популяций редких и исчезающих видов, невозможно вести работы по их охране и воспроизводству.

Для того чтобы сравнить численность отдельных популяций или изменение численности одной и той же популяции в разные отрезки времени, например в разные годы, целесообразно пользоваться таким относительным показателем, как плотность, т. е. численность популяции, отнесенная к единице занимаемого ею пространства или среднее число особей на единицу площади или объема. Так, плотность популяции лося и других крупных теплокровных животных определяется количеством особей, приходящихся на 10 тыс. га, население почвенных беспозвоночных соотносится с квадратным метром.

При характеристике популяций микроорганизмов в активном иле или биопленке используют количество особей в 1 см3 жидкости, а лабораторные популяции оценивают в специальных учетных приборах, например в камерах Тома.

Зная изменение плотности во времени или пространстве, можно установить, увеличивается или уменьшается численность особей, представляет или нет данная популяция угрозу хозяйственным интересам, хотя в ряде случаев для этого нужны дополнительные данные. Динамика плотности популяций отражает сложные закономерности взаимоотношений между различными животными, между животными и растениями, поскольку все они являются биотическими факторами по отношению друг к другу. Кроме того, плотность может зависеть и от колебаний абиотических факторов среды.

Например, если соотносить количество каких-то рыб с площадью водоема (или объемом воды) в условиях сезонных колебаний массы воды, то окажется, что средняя плотность данного вида рыбы будет примерно постоянной или даже может снизиться, а экологическая плотность возрастет, поскольку в водоеме стало меньше воды. Подобные особенности сказываются на образе жизни животных. Например, птицы, питающиеся рыбой, устраивают гнезда и откладывают яйца в такое время, чтобы период выкармливания потомства совпал с максимальной экологической плотностью популяции того или иного вида рыбы, так как в это время легче добывать корм.

Плотность - видоспецифичный показатель. Для каждого вида существуют оптимальные пределы плотности его популяций. Варьирование плотности в объеме каждой популяции зависит от состояния всей экологической системы, т. е. от всего комплекса окружающих биотических и абиотических факторов.

Численность и плотность популяции - не случайные величины. Они предопределены не только режимами экологических факторов в данное время, но и всем предшествующим развитием данной популяции, многих предыдущих поколений в том или ином сообществе. Принято говорить, что объем популяции определяется стациальной (стация - местообитания) емкостью экосистемы для представителей популяции данного вида или «емкостью места локализации экологической ниши».

2.2 Закономерности динамики популяций

Численность живых организмов, населяющих ту или иную экологическую систему, не бывает постоянной, а всегда колеблется в более или менее широких пределах. Эти колебания имеют очень важное значение для человека, поскольку многие животные и растения служат объектами его хозяйственной деятельности или причиной какого-либо ущерба. Поэтому знание закономерностей динамики численности популяций необходимо для прогнозирования возможных нежелательных явлений и внесения в случае необходимости корректив в эту динамику с целью управления ею.

Изменение численности особей в популяции влияет на плотность. Если плотность изменяется в практически постоянном объеме стации обитания, увеличение численности особей возможно лишь до определенного предела, который допускает емкость экологической ниши. В конкретный момент времени численность особей в популяции отражает ее рождаемость и смертность. В зависимости от соотношения этих показателей говорят о балансе популяции. Если рождаемость выше, чем смертность, то популяция численно растет, и наоборот.

На практике специалистов интересуют не только и не столько собственно количественные изменения, сколько их скорость, темп. Поэтому рождаемость и смертность изображают и анализируют в показателях некоторой скорости.

Под рождаемостью понимают численно выраженную способность популяции к увеличению. Эта способность зависит от многих факторов: числа самок в популяции, количества половозрелых особей, плодовитости, числа поколений в году, условий размножения и др. Например, некоторые насекомые способны давать 2-3 поколения в год, т. е. дважды в году откладывать яйца в количестве нескольких сотен; мышевидные грызуны, с периодом беременности около месяца и коротким периодом становления половой зрелости, дают 5-6 поколений; крупные теплокровные животные вынашивают плод несколько месяцев, достигают способности к воспроизводству на 3-4-й год и рождают всего 1-2 детенышей. Бактерии и простейшие, размножающиеся делением, повторяют этот акт многократно в течение нескольких часов. Понятно, что темпы размножения, темпы рождаемости у всех них различны. Рождаемость может быть нулевой или положительной величиной, но не может быть отрицательной. Однако скорость роста может иметь любой знак (рис. 10).

Если в популяции имеется 500 способных к размножению особей (Л^0==500) и в течение 10 дней (Д7=10) родилось, например, 50 новых (AJV0 = 50), то рождаемость составит:

Р = 50: 10=5,

или в пересчете на одну особь:

P=Atf0/(A7W0)=50/( 10-500) =0,01.

Смертность (С), как и рождаемость, можно выразить в количестве особей, погибших за определенный отрезок времени. Учитывая в тех или иных практических задачах численность популяции, мы всегда имеем дело с выжившими на данный момент времени особями. Поэтому выживаемость фактически и характеризует состояние популяции. Под выживаемостью следует понимать долю особей в популяции, доживших до определенного момента времени или до возраста размножения.

Теоретически скорость естественного роста популяции в. нелимитированной какими-либо факторами среде характеризуется экспоненциальным законом (рис. 10,Л). Допустим, что в некоторый момент времени Т численность бактерий N0 в определенном объеме составляла 20 особей, каждая из которых делится через 15 мин. Тогда через 15 мин здесь будет jVT = 50 бактерий, еще через 15 мин #т=80 и т. д. Таким образом, прирост (/*) зависит от NQ. Понятно, что бактерии не только рождаются в процессе деления: какая-то часть их отмирает.

Понятно, что этот идеальный закон в реальных условиях не соблюдается, и беспредельный экспоненциальный рост численности популяций невозможен. Всегда существуют некоторые предельно высокая (К) и низкая ,(М) численность и плотность популяции, преступить которые для популяции невозможно, так как по достижении некоторой максимально высокой численности вступают в действие ограничительные механизмы, например взаимная интерференция, общая нехватка пищи, паразиты, заболевания и т. д. В этом случае возможны два варианта дальнейшей динамики данной популяции. Первый заключается в том, что численность стабилизируется (рис. 10,5) и в целом ее динамика будет характеризоваться так называемой логистической (S-образной) кривой, а уравнение (2) примет вид

Отношение К-N0/K иногда называют «сопротивлением среды», под которым понимают совокупность факторов, препятствующих неограниченному росту численности популяции.

В другом случае после достижения предела К наступает массовая гибель особей, возвращающая численность популяции к некоторому нижнему пределу (рис. 10, В), после чего нарастание может начаться вновь. Подобные колебания численности с правильной периодичностью типичны для многих животных. Численность популяций разных видов во времени изменяется неодинаково. Существуют два основных типа динамики: периодический и непериодический.

Периодические колебания происходят преимущественно под влиянием закономерно меняющихся факторов внешней среды, а также связаны с особенностями, присущими самой популяции. У некоторых видов млекопитающих, птиц, рыб, насекомых, даже растений '(с точки зрения массового продуцирования семян) наблюдаются четкие периодические изменения численности, т. е. всплески, чередующиеся со спадами. Например, четко периодичны вспышки массового размножения некоторых насекомых, представляющих опасность для сельского и лесного хозяйства. Такие колебания принято называть осцилляциями. Однако под влиянием динамики абиотических факторов, например в течение сезона или по иным причинам, численность особей в популяции не остается постоянной и колеблется во времени, хотя и без правильной периодичности. В этих случаях принято говорить о флуктуациях численности.

Тип динамики популяции отражает соответствие требований организма реальным условиям окружающей среды. Антропогенные воздействия (как правило, непериодические) способны существенно влиять на динамику популяций, отклоняя сложившиеся исторически типы от установившейся нормы. Такими воздействиями может быть тепловое загрязнение, внесение ксенобиотиков, нарушение режимов экологических факторов.

Закономерности динамики популяций разных видов организмов всецело зависят от условий окружающей их среды, в первую очередь от пространственно-временной структуры стации их обитания, а также от особенностей состояния популяций тех организмов, которые служат для них источниками питания или местами обитания. Например, вспышки массовых размножений листогрызущих насекомых в лесных насаждениях зависят от общей климатической обстановки и жизненного состояния кормовых древесных пород. Кроме того, популяции животных и растений всегда более или менее разобщены, и для того чтобы популяция, например насекомого или мышевидного грызуна, изменяла свою численность резко, с широкой амплитудой колебания, исходная разобщенность этой популяции и мест ее обитания должна иметь определенный уровень. Например, в чистых однопородных лесах у каких-то видов вредных насекомых регулярно резко (в тысячи раз) нарастает численность, в результате чего полностью (или близко к этому) уничтожается листва деревьев, а в смешанных лесах популяции тех же видов постоянно наблюдается так называемый латентный тип динамики с незначительными амплитудами осцилляции. Таким образом, тип динамики популяции зависит от ее разобщенности (дискретности) в пространстве, связанной с разобщенностью местообитаний.

3. Дефицит пресной воды. Мероприятия по предотвращению истощения.

3.1 Проблемы пресной воды и их разрешение

Существует неопределенность относительно глобального изменения климата, повышение температуры и уменьшение осадков в виде дождя и снега еще больше нарушат и без того неустойчивый баланс между имеющимися запасами пресной воды и спросом на нее в некоторых частях света. В других районах увеличение объема осадков может вызвать наводнения. Если потепление на планете вызовет повышение уровня морей, оно может стать причиной попадания соленой воды в устья рек и прибрежные водоносные пласты, а также затопляемые низины и, в частности, на невысокие острова. Декларация министров, принятая на второй Всемирной климатической конференции, гласит, что «потенциальное воздействие подобной перемены климата может представлять собой угрозу неведомого до сих пор масштаба… и ладе может поставить под угрозу само существование некоторых малых островных государств, низменных прибрежных, а также засушливых или полузасушливых районов».

Ввиду подобного множества чреватых опасностью проблем необходимо найти способы, которые обеспечили бы каждого человека на нашей планете доброкачественной пресной водой. Для этого деятельность человека должна вписываться в те рамки, которые установлены самой природой. Обеспечить снабжение всех людей пресной водой для питья и санитарно-гигиенических целей можно, если принять за истину девиз «лучше понемногу для всех, чем помногу для некоторых». Реалистичная стратегия удовлетворения нынешних и будущих потребностей заключается в развитии недорогих, но отвечающих требованиям служб, которые могут создаваться и эксплуатироваться на местном уровне. Более рациональное управление водными ресурсами потребует новаторских технологий, включая совершенствование существующих местных технологий, с тем чтобы полностью использовать ограниченные водные ресурсы и не допустить загрязнения воды. Для этого управление водными ресурсами должно быть включено в качестве составной части в общегосударственную экономическую и социальную политику, которая также охватывает планирование землепользования, использование лесных ресурсов и охрану горных склонов и берегов рек.

Контроль за использование пресной воды должен быть поручен органам на самом низком уровне. Он должен предусматривать полное участие населения, включая женщин, молодежь, коренное и местное население, в управлении водными ресурсами и принятии решений по этому вопросу.

Реальная дата, когда водоснабжение может быть налажено на всей планете, - 2025 г. Это может быть достигнуто путем создания низкозатратных служб водоснабжения, созданных и эксплуатируемых на местном уровне. В ближайшее время необходимо достигнуть следующие промежуточные цели: - обеспечить всех жителей городов из расчета на одного человека минимум 40 литров доброкачественной питьевой воды в день; - обеспечить 75% всего городского населения надлежащими санитарно-гигиеническими условиями; - установить и применять нормы по удалению муниципальных и промышленных отходов; - обеспечить сбор и удаление трех четвертей твердых городских отходов экологически безопасным путем; - обеспечить жителям всех сельских районов доступ к безопасной воде и условия санитарии при сохранении в целом местной окружающей среды; - взять под контроль передаваемые через воду заболевания и поставить задачи по искоренению таких болезней, как дракункулез (ришта) и онхоперкоз (речная слепота). Для обеспечения водой для питья и санитарно-гигиенических целей необходимо использовать различные подходы. Требуется дальнейшее изучение вопроса о количестве и качестве воды, которая понадобится для растущего населения и экономических целей. В настоящее время ощущается нехватка финансовых средств и квалифицированных специалистов для исследований качества воды.

Следует ввести обязательную экспертизу экологического воздействия всех основных проектов, которые связаны с освоением водных ресурсов и могут ухудшить качество воды и оказать вредное воздействие на водные экосистемы. Следует разрабатывать альтернативные источники пресной воды. Они включают опреснение морской воды, сбор дождевой воды (особенно на небольших островах), повторное использование сточных вод и рециркуляцию воды. Подобные проекты должны предусматривать низкозатратные технологии, которые могут быть использованы по доступной цене развивающимися странами. При разработке и использовании водных ресурсов приоритет необходимо отдавать удовлетворению основных потребностей человека и защите экосистем. Пользователи воды, которые выходят за пределы этих требований, должны платить за это соответственно. Вода в необходимых количествах нужна также для животноводства. Качество воды должно поддерживаться путем ее защиты от загрязнения отходами животноводства. Новые ирригационные проекты, которые могут существенно воздействовать на окружающую среду, должны проходить экологическую экспертизу на стадии планирования. Мир испытывает потребность в большем числе хорошо подготовленных специалистов для оценки и развития пресноводных ресурсов и управления проектами водопользования на рациональной основе. Бедные страны, в частности, нуждаются в доступе к технологиям, которые позволят им оценить их собственные водные ресурсы.

3.2 Мероприятия по предотвращению количественного истощению вод

К числу важнейших мероприятий такого плана относятся экономное расходование и территориальное перераспределение вод. В их числе:

- использование водосберегающих технологий (они же энергосберегающие);

- переход на многократное использование воды в производственных условиях (замкнутые или оборотные циклы); - исключение из использования в производственных процессах той же воды, которая подается для питьевых целей. Это относится прежде всего к подземным водам с их высокими качественными характеристиками;

- раздельная подача воды (разные краны) для питья, приготовления пищи и для санитарно-бытовых целей; повторное использование воды, например, после ванн в смывных бачках;

- использование совершенной водораспределительной арматуры (краны, сливные бачки и т.п.), которая исключает утечки, обеспечивает дозированную подачу воды (например, вместо сплошной струи прерывистую и т.п.);

- уменьшение или исключение потерь воды при подаче ее потребителям или при отведении после использования. В Москве, например, такие потери достигают 20-25% от их общей подачи;

- установление экономически обоснованной цены на воду; она должна быть такой, чтобы тем самым побуждать к ее экономии, в том числе и повторному использованию. При установлении реальной, а не символической цены на воду потребление ее обычно сокращается в 1,5-2 раза;

- создание водохранилищ и уменьшение испарения с их поверхности. Только с крупных водохранилищ в России испаряется ежегодно около 18 км³ воды (это составляет примерно шесть годовых потребностей в ней такого города, как Москва). Основной путь сокращения подобных потерь - уменьшение площадей водохранилищ за счет поднятия берегов и отчленения мелководий. Нерационально строительство крупных водохранилищ на равнинных реках;

- уменьшение безвозвратных потерь воды за счет организации хозяйства таким образом, чтобы вода в меньшей мере уходила за пределы тех водосборов, где она изымалась. Велики возможности экономии воды в орошаемом земледелии и прежде всего за счет использования совершенных технологий и новых методов полива.

Региональные проблемы дефицита воды можно решать за счет ее подачи из других систем по каналам, водоводам и т.п. Такие мероприятия требуют серьезного экологического обоснования. Количественное истощение водных ресурсов существенно, а в ряде случаев коренным образом усугубляется качественным истощением, обусловливаемым различными видами загрязнений (химическое, тепловое, биологическое, радиоактивное и другие).

Мероприятия по уменьшению загрязнения вод. Они связаны прежде всего с совершенствованием технологических процессов и методов использования вод, их очистки. Среди последних наиболее экологичны и результативны биологические методы. Они могут базироваться на создании таких специальных систем, как поля орошения, поля фильтрации, станции аэрации и др. В этом случае вода подается на поля, где выращиваются различные культурные растения. Биогенные элементы в основной своей массе поглощаются ими и включаются в биологические структуры. Часть воды просачивается через почвогрунты, и при этом осуществляется как биологическая (в основном организмами-редуцентами), так и физико-механическая (в результате фильтрации) очистка. На станциях аэрации процессы биологической очистки интенсифицируются за счет постоянного обогащения загрязненных вод кислородом и организмами-редуцентами (активный ил). Для очистки вод могут использоваться также естественные экосистемы. В высокопродуктивных природных экосистемах (например, лесных) интенсивность очистки вод может быт такой же, как и в искусственно создаваемых системах. Для сохранения и улучшения качества вод все более широко начинают использовать их озонирование, обработку ультрафиолетовыми лучами и помещение в подземные водохранилища. Последние заполняются поверхностными водами. Очистка их происходит как в процессе фильтрации через грунты, так и в самих хранилищах. Воды хорошо защищены от загрязнения и кондиционированы по температурному режиму.

В заключение отметим, что оценка влияния на любой природный ресурс должна быть комплексной и разносторонней. Истощая или загрязняя воды, человек не только лишает себя данного ресурса, но и разрушает среды жизни многих организмов, нарушает свойственные им связи.

4. Предельно-допустимые концентрации вредных веществ в водоемах. Оценка качества воды

Контроль и управление качеством воды в настоящее время рассматривается в качестве санитарной охраны водоемов вследствие исключительной значимости воды как элемента окружающей среды. С экологических позиций значение воды двояко: во-первых, она является главной «образующей» средой для водных, а во-вторых, играет решающую роль в жизни любых наземных биогеоценозов. В отличие от атмосферы вода как природное тело более локализована в пространстве, что существенно сказывается на результативности ее загрязнения с точки зрения влияния на здоровье человека. Поэтому слово «охрана» более соответствует системе мероприятий по контролю качества воды, нежели воздушного бассейна. Однако и в этом случае охрана по преимуществу основывается (и в значительной мере совпадает) на рациональном использовании водных ресурсов, сохранении продуктивности водных экологических систем как' местообитаний многих ценных живых организмов

В задачи инженера-технолога промышленного предприятия охрана водных ресурсов непосредственно не входит. Однако рациональное и бережное использование, а также предотвращение загрязнения воды промышленными стоками - его прямая обязанность.

Важнейшей задачей в условиях промышленного развития и временной неизбежности отведения (или попадания) отходов в водные биогеоценозы является установление допустимых нагрузок на водные объекты в результате водопользования и водопотребления. Водопользование- это использование воды без изъятия ее из мест естественной локализации. Водопользование в основном осуществляют рыбное хозяйство, водный транспорт, гидроэнергетика.

Водопотребление - это использование воды, связанное с изъятием ее из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием и с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии. Крупнейшие водопотребители - сельское хозяйство, промышленность и культурно-бытовое хозяйство.

Степень предельно допустимого загрязнения воды в водном объекте, определяемая его физическими особенностями, а также способностью к нейтрализации примесей, рассматривается как предельно допустимая нагрузка на данный водный объект (ПДН). Однако, поскольку использование воды связано или с ее изъятием. из места локализации, а значит, с угрозой истощения этого водного объекта, разрушением его экологической системы, или с использованием объекта в целях купания, рыбной ловли, отдыха на воде, ограничение нагрузки только с точки зрения поступления в воду промышленных отходов явно недостаточно. В этих случаях речь должна идти о разработке нормативов предельно допустимой экологической нагрузки на водный объект (ПДЭН).

В соответствии с основным документом, регламентирующим водопользование, - «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» допустимые нагрузки на водоем (Сдоп) определяются как разность между установленной нормативной нагрузкой (т. е. возможностью) и уже существующей (Ссущ). Например, если под нормативной нагрузкой понимается концентрация некоторого вещества (Снорм), то возможность отведения этого вещества в данный водоем (Сдоп) составит: Сдоп=Снорм-Ссущ.

Если показатели состава и свойств воды в водном объекте изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового использования населением и стали частично или полностью, непригодными для одного из видов водопользования, то такой водный объект считается загрязненным («Правила...», п. 2). Если различные примеси находятся в пределах, допускаемых нормативами, водный объект считается загрязненным.

Таким образом, понятие «загрязненность воды» не I является абсолютным: оно относится к вполне определенному месту или зоне водного объекта и к конкретному виду водопользования. Поэтому водный объект вне места водопользования не считается загрязненным, даже если его экосистема полностью разрушена вследствие выброса в него вредных веществ. Несмотря на то что такое положение рассматривается пока как объективно вынужденное (прекратить полностью сброс отходов производства в водные объекты сразу невозможно по техническим причинам), с экологических позиций оно совершенно неприемлемо. Отсюда следует важнейшее правило работы инженера производства, которое должно стать для него законом: независимо от того, обеспечивается или не обеспечивается нормативная нагрузка на водный объект в установленном месте водопользования, инженер обязан принять все технически допустимые меры для того, чтобы свести к минимуму сброс вредных веществ от технологических процессов или к предельно достижимому в данных условиях минимуму.

Под загрязненностью понимают такое состояние водного объекта в официально установленном месте его использования, при котором наблюдается уклонение от нормы в сторону увеличения (большего содержания) тех или иных нормируемых компонентов. Загрязняющим веществом считается не любая примесь в воде и не в любом количестве, а только избыточная примесь, которая нарушает нормативы качества воды.

Критерием загрязненности воды служит ухудшение ее качества вследствие изменения ее органолептических свойств и появление вредных веществ для человека, животных, птиц, рыб, кормовых и промысловых организмов (в зависимости от вида водопользования), а также повышение температуры воды, изменяющей условия для нормальной жизнедеятельности водных организмов. Это положение «Правил...» косвенно учитывает тот факт, что водные объекты представляют собой сложные биогеоценозы, но содержит ряд неточностей, которые экологически грамотный специалист обязан понимать. Во-первых, нельзя говорить «для животных, птиц, рыб», ибо и птицы, и рыбы, и зоопланктон - все это животные. Во-вторых, неверно считать критерием загрязненности «повышение температуры воды», поскольку условия могут ухудшиться и при понижении температуры, вызываемом, например, изменением процессов таяния снега и льда. Правильно говорить об «изменении температурного режима воды».

Водоохранными мероприятиями называют комплекс мероприятий, осуществление которого обеспечивает соблюдение норм качества воды в местах водопользования. Это положение также неправомерно с позиций экологии и охраны окружающей среды, ибо охрана только в местах водопользования недостаточна.

Различают четыре основных аспекта водоохранных мероприятий: юридический, экономический, технический и организационный. Однако фактически их не четыре, а пять, поскольку наиболее важный аспект - экологический.

Нормативные требования к качеству воды. Основное нормативное требование к качеству воды в водных объектах - соблюдение установленных предельно допустимых концентраций, т. е. группы экологических стандартов, оценивающих состояние окружающей среды в целом. Санитарное состояние водных объектов и качество их воды у мест водопользования должны соответствовать нормативным показателям, т. е. ПДК.

Предельно допустимая концентрация примеси в вода водного объекта - это такой нормативный показатель, который исключает неблагоприятное влияние на организм человека и возможность ограничения или нарушения нормальных условий хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и других видов водопользования. Иными словами, предельно допустимая концентрация .вредных веществ в водном объекте - это такая концентрация, при превышении которой вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования.

Состав и свойства воды водных объектов должны соответствовать нормативам в створе, заложенном на водотоках, - в одном километре выше ближайшего по течению пункта водопользования (хозяйственно- питьевое водоснабжение, место купания, организованного отдыха, территория населенного пункта и т.п.), а на непроточных водоемах - в одном километре по обе стороны от ;пункта водопользования.

В условиях многих крупных промышленных центров |С большим населением сточные воды нередко сбрасывают в черте городской застройки, т. е. первым пунктом водопользования в данном случае является данный населенный пункт. Согласно п. 19 «Правил...» в подобных случаях требования, установленные к составу и свойствам воды водоема или водотока, должны относиться к самим сточным водам, кроме тех случаев, когда выпускное устройство сразу обеспечивает разбавление примеси до неопасных концентраций. Для инженера производства это означает, что сточные воды должны либо очищаться, либо разбавляться перед сбросом в водный объект, либо рассеиваться сразу после выпуска до установленных нормативов - предельно допустимых концентраций.

Как и для примесей в атмосферном воздухе, для веществ, загрязняющих воду, в России установлено раздельное нормирование качества воды, хотя принцип разделения здесь иной и связан с категорией водопользования:

Для нужд населения используют только пресную воду, содержащую определенное количество растворимых солей и нерастворимых примесей. В случае превышения этих показателей природная вода подвергается очистке, направленной на удаление взвешенных веществ и солей, в основном кальция и магния.

К каждой категории водопользования с точки зрения качества воды предъявляются различные требования: в одних случаях - более, в других - менее жесткие. Например, присутствие такого хлорорганического ядохимиката, как герсахлоран, в хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых водных объектах допускается в очень ограниченном количестве: ПДК 0,02 мг/л. В воде рыбохозяйственных водоемов присутствие этих веществ вообще не допускается (ПДК = 0), что объясняется прогрессивным накоплением этих веществ в последовательных звеньях пищевых цепей. Некоторые вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на организм только при попадании внутрь, другие опасны как при попадании внутрь, так и при контактном воздействии. Соответственно присутствие первых ограничивает возможности для купания и убывания (санитарное ограничение), а вторых - лимитирует как купание, так и использование воды для питьевых нужд и приготовления пищи (санитарно-токсикологическое ограничение).

Некоторые вещества вредны в сравнительно высоких концентрациях именно при контактном или органолептическом воздействии, и поэтому их ПДК в водных объектах первой категории имеют высокие значения с общесанитарной точки зрения. Однако в водных объектах второй категории они оказываются вредными для ихтиофауны, и здесь на первое место выдвигается их токсическое действие. Соответственно нормы ПДК на эти вещества ужесточаются. Например, если в водных объектах первой категории ПДК аммиака составляет (по азоту) 2 мг/л, то во второй категории - в 40 раз ниже. Есть вещества малоядовитые, но обладающие резким запахом, например нефтепродукты. В водных объектах первой категории преимущественное значение имеет запах, и поэтому в основу ограничения кладутся органолептические свойства воды, загрязненной нефтью (ПДК=0,3 мг/л). Однако мясо рыб, обитающих в загрязненной нефтепродуктами воде, обладает более резким запахом, а кроме того, нефть токсична для икры, мальков, личинок. Поэтому в таких объектах присутствие нефти лимитируется прежде всего по рыбохозяйственному показателю, и ПДК здесь снижается до 0,05 мг/л.

Таким образом, для обеспечения чистоты водных объектов кроме предельно допустимых концентраций используется другой норматив: лимитирующий показатель вредности, отражающий приоритетность требований к качеству воды.

В водных объектах культурно-бытового и хозяйственно-питьевого назначения в основу нормирования положены преимущественно санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический лимиты, а в водных объектах рыбохозяйственного назначения - в основном рыбохозяйственный, токсикологический и отчасти органолептический лимиты.

Что касается предельно допустимых концентраций Вредных веществ в воде водных объектов, то соответственно лимитирующим показателем вредности существуют два вида ПДК: для воды водных объектов первой и второй категорий. ПДК в воде водных объектов первой категории существуют для 640 веществ, второй категории- для 147 веществ, причем лишь некоторые из них присутствуют в обоих списках.

5. Основные аспекты экологии

Экология подразделяется на общую Э., исследующую основные принципы организации и функционирования различных надорганизменных систем, и частную Э., сфера которой ограничена изучением конкретных групп определённого таксономического ранга. Общая Э. классифицируется по уровням организации надорганизменных систем. Популяционная Э. (иногда называется демэкологией, или Э. населения) изучает популяции - совокупности особей одного вида, объединяемых общей территорией и генофондом. Э. сообществ (или биоценология) исследует структуру и динамику природных сообществ (или ценозов) -совокупностей совместно обитающих популяций разных видов. Биогеоценология- раздел общей Э., изучающий экосистемы (биогеоценозы). В России и в некоторых зарубежных европейских странах биогеоценологию иногда считают самостоятельной наукой, отличной от Э. В США, Великобритании и многих других зарубежных странах термин «экосистема» используется чаще, чем биогеоценоз, и биогеоценология как отдельная наука там не выделяется. Частная Э. состоит из Э. растений и Э. животных. Сравнительно недавно оформилась Э. бактерий и Э. грибов. Правомерно и более дробное деление частной Э. (например, Э. позвоночных, Э. млекопитающих, Э. зайца-беляка и т.п.). Относительно принципов деления Э. на общую и частную нет единства во взглядах учёных. По мнению некоторых исследователей, центральный объект Э. - экосистема, а предмет частной Э. отражает подразделение экосистем (например, на наземные и водные; водные подразделяются на морские и пресноводные экосистемы; пресноводные экосистемы, в свою очередь, - на экосистемы рек, озёр, водохранилищ и т.д.). Э. водных организмов и образуемых ими систем изучает гидробиология.

Применяется и деление Э. на аутоэкологию, исследующую взаимоотношения отдельных видов со средой (главным образом с абиотическими факторами), и синэкологию, изучающую сообщества и биогеоценозы; это деление предложено швейцарским ботаником К. Шрётером. Популяционная Э. связывает оба эти раздела.

В мировой экологической литературе не существует единого мнения относительно объёма понятия «Э. растений». В России и зарубежных европейских странах (за исключением Великобритании) её трактуют как аутоэкологию, считая сообщества растений объектом фитоценологии или геоботаники. В США и Великобритании под Э. растений понимают науку, исследующую как отдельные виды, так и сообщества.

Многие отрасли Э. имеют ярко выраженную практическую направленность. Такова сельскохозяйственная Э., предмет которой - создаваемые человеком сельскохозяйственные экосистемы (см. Агрофитоценозы).

Влияние природной среды на человеческое общество, особенности урбанизированных биогеоценозов изучает возникшая в середине 20 в. Э. человека. Возросшая опасность радиоактивного загрязнения окружающей среды привела к возникновению радиоэкологии. Учение о биосфере, ещё не получившее отдельного названия, разрабатывается в особенно тесном контакте с биогеохимией. Отношения организмов к абиотической и биотической среде в прошлые геологической эпохи, проблемы реконструкции древних ценозов по ископаемым остаткам составляют предмет палеоэкологии.

Список использованной литературы

1. Степановских А.С. Экология. - Курган. ГЖШ Зауралье

2. Степановских А.С. Прикладная экология: охрана окружающей среды. -М.: Юнити-ДАНА, 2003. - 751 с.

3. Черников В.А., Алексахин P.M., Голубев А.В. Агроэкология. -- М.: Колос, 2000. - 536 с.

Дополнительная

1. Акимова Т.А., Хаскин ВЖ Основы экоразвития. - М.: Издательство Рос. экон. акад., 1994. - 312 с.

2. Бухтояров А.П., Василъченко Н.К.,, Городянская Г.С. и др. Что имеем, как храним: природные ресурсы Зауралья. - Курган: ГИПП Зауралье, 1993.-173 с.

3. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. -367 с.

4. Красная книга Курганской области. - Курган: ГИПП Зауралье, 2002. -424с.

5. Кузнецов П.И., Егоров В.Г. Научные основы экологизации земледелия в лесостепной зоне Зауралья. - Курган: ГИПП Зауралье, 2001. - 366 с.

6. Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М.: Афопромиздат, 1990. - 287 с.

7. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. - М.: Устойчивый мир, 1999. - 272 с.

8. Тюрюканов А.Н. О чем говорят и молчат почвы. - М.: ВО Агропром издат, 1990,-222 с.