Экология и экосистемы

Для экосистем характерны:

1. Видовая структура (количество видов образующих эко систему и соотношение их численностей )
2. Трофическая структура (цепи питания). Первый трофический уровень в эко системе занимают продуценты. Второй – консументы первого порядка (фитофаги). Третий уровень – консументы второго порядка. Четвёртый трофический уровень в основном представлен продуценты (сапрофаги).

Правила 10% - с одного трофического уровня на другой в среднем переходит 10% от энергии потреблённой с пищей остальное рассеивается в окружающей среде в виде тепла и выделяется с продуктами метаболизма.

Закономерности потока и рассеивания … : с энергетической точки зрения крайне не целесообразно потребление животной продукции образование которой связано с большими потерями энергии.

Чтобы сократить вероятность дефицита продуктов питания для интенсивно возрастающей численности населения необходимо чтобы в рационе больше удельный вес занимала растительная пища.

Для увеличения КПД использования пищи при получении животноводческой продукции важно уменьшить основную статью не рационального расходования энергии – её траты на дыхания.

Био-гео химические циклы – это замкнутые пути, по которым различные химические элементы циркулируют из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду.

Биогенные химические элементы – это лимитирующие факторы ресурсы для организмов, вещества абсолютно необходимые для существования живых организмов и обязательно входящие в состав их тел

Различают биогенные макро элементы составляющие от 1 стой до 70 процентов от массы организмов.

Углерод, кислород, водород, магний, кальций, фосфор, азот, железа, сера, магний, натрий, калий, хлор.

Биогенные микро элементы составляющий от 10-6 до 10-2 % это будет марганец, медь, цинк молибден, кобальт, бор и т.д.

Круговорот углерода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Атмосферная фиксация – под действие космического излучения или выбросов турбо реактивных выбросов происходит расщепление молекул азота на 2 атома, каждый из которых взаимодействует с кислородом с образованием оксида азота который в последствии составе осадков попадает в почву. Таким образом, в почву попадает от 4 -10 кг Азота на гектар в год.

Второй вариант фиксации биологическая фиксация отдельными микроорганизмами. В том числе сине зелёными водорослями. В обычных условия среды они фиксируют атмосферный азот в белках в виде NH4 иона. Таким образом в почве и в воде поступает до 25 кг на гектар в год.

Третий вариант фиксации биологическая фиксация клубинковыми бактериями. Таким путём в почве накапливаются до 400 кг азота на гектар в год.

Четвёртый вариант фиксации. Промышленная фиксация. На предприятиях по производству азотных удобрений в условия 500℃ и 500атмосфер азот включается в химические реакции.

Анаэробные микроорганизмы используя кислород от NO3 d в процессе окисления пищи. Освобождённый азот возвращается в атмосферу.

Выводы:

1. Круговороты всех элементов проходят через сложные пищевые взаимоотношения между организмами.
2. Ни один круговорот не обходиться без микроорганизмов.
3. Нарушаются круговороты выносом элементов с поверхностными сточными водами или при транспортировки урожая.

Основные принципы устройства биосферы на которые человеческая деятельность оказывает значительное влияние.

1. Энергетический (тепловой баланс). В естественных природных условиях постоянно происходит концентрирование рассеянной энергии в энергию химических связей (фотосинтез), тогда как в процессе деятельности людей происходят обратный процесс, когда при сжигании ископаемого топлива происходит высвобождение энергии, которая рассеивается в окружающей среде.
2. Биогеохимические циклы нарушаются образованием огромных количеств отходов, в процессе деятельности людей утилизируется (вторично используется) 1-2% от потребленного первичного сырья.
3. Многообразие видов и сообществ снижается, что приводит к потере природного генофонда и снижению устойчивости экосистемы.
4. Популяционная стабильность нарушается, что связанно со снижением численности наиболее ценных популяций и увеличением численности популяций сопутствующих человеку (синантропы).
5. Быстрое изменение абиотических экологических факторов приводит к сокращению численности или полному истреблению популяций неуспевающих адаптироваться к этим новым условиям среды. 

Загрязнение атмосферы.

Основные загрязнители атмосферы.

Загрязняющие вещество	Источники образования
Оксиды углерода CO, CO2	Процессы сжигания любого вида топлива; сжигание твёрдых отходов на мусоросжигательных фабриках и т.д.
Диоксид азота NOx NO2	Выхлопные газы транспортных средств; предприятия по производству азотных удобрений, анилиновых красителей, производство лесхозного щёлка и т.д.
SO2	Тепло-электро станции, металлургические предприятие (содержание серы в углях достигает 7-8%)
Оксиды металлов	Металлургические предприятия. Оксиды свинца образуются и выбрасываются с выхлопными газами автомобиля при использовании такой добавки пользователя как тетра этил свинец.
Хлор содержащие вещества	Производство соляной кислоты, хлорсодержащих пестицидов, органических красителей
Углеводороды	Нефтеперерабатывающие заводы, заводы по производству растворителей, чистящих веществ, а также просто испарение из топливных баков на стоянках и станций технического обслуживания.
Пыли(минеральные или неорганические)     Органическая пыль	производство строительных материалов создание карьеров складирование сыпучих отходов. Предприятия по обработки зерновых культур и пищевая промышленность.

 

В результате взаимодействии первичных загрязнителей атмосфере в  воздухе могут появляться вторичные загрязнители многие из которых токсичны (фотоэксиданты, кислотные остатки)

Кислотные осадки.

К кислотным осадкам относятся: дожди, туманы, снег, росы с pH=5.5. На 2/3 кислотные осадки состоят из серной кислоты, на 1/3 азотная кислота.

Воздействие на экосистемы:

1. Возникновение химических ожогов на поверхности растительности;
2. Подкисление почв и воды в водоемах приводит к тому, что нерастворимые ранее вещества, многие из которых токсиканты, переходят в растворимые состояния и становятся опасными для экосистемы;
3. Важные биогены переходят в нерастворимые формы и становятся недоступны  для обитателей почвы;
4. Кислые осадки приводят к разрушению зданий и архитектурных памятников.

Способы предотвращения кислотных осадков:

1. Обессеривание углей, в частности обработкой извести;
2. Использование альтернативных источников энергий;
3. Повышение эффективности очистных установок;
4. Повышение КПД использования источников энергий.

Парниковый эффект.

К парниковым газам относятся: углекислый газ, водяные пары, диоксид азота, озон, хлор, фтор, углеводороды, фреоны, метан; наибольшее количество характерно для , но наибольшей способностью отражения инфракрасного излучения обладает метан.

Последствия при условии сегодняшней скорости возрастания концентрации (на 2030г.):

1. Повсеместное потепление на 1,5-4,5° С, на полюсах до 10°, на экваторе 1,2°;
2. Это приведет к изменению климата и прежде всего характера ветров;
3. Таяние ледников приведет к повышению уровня океана на 1.5 м;
4. Повышение температуры мирового океана приведет к гибели отдельных популяций водной экосистемы;
5. Зона вечной мерзлоты может практически исчезнуть;
6. Будет наблюдаться смещение зоны земледелия на север.

Меры предотвращения:

1. Повышение эффективности очистных сооружений для газов воздушных выбросов;
2. Сохранение имеющихся и посадка новых участков зеленых насаждений;
3. Использование альтернативных источников энергии;
4. Повышение КПД работы тепло-, электростанций.

Нарушение озонового экрана

Озоновый экран – это область наибольшей концентрации озона сосредоточенная на высоте 25-30км от поверхности земли; этот экран пропускает всего лишь 1% жесткого ультрафиолета. Озоновые дыры – это области (на полюсах) где концентрация озона снизилась вдвое.

Источники агрессивной частицы - фреон, которые используются в аэрозольных упаковках, в холодильных установках, кондиционерах используются для получения вспененных пластмасс и электроники.

Методы очистки газо-воздушных выбросов

Процессы обеспыливания осуществляются:

1. В механических устройствах (пылеосадительные камеры, инерционные устройства);
2. В мокрых или гидравлических аппаратах – скрубберы
3. Пористые фильтры (тканевые иди с использованием твердых частиц)
4. Электрофильтры

Для очистки от газообразных загрязнителей используется чаще всего химические и сорбционные методы очистки.

Загрязнение гидросферы

Водоемы и водотоки могут загрязняться: минеральными соединениями (неорганические соли и соединения металлов), органическими веществами (нефтепродукты, пестициды, различные углеводороды и т.д.), твердыми частицами (взвешенные вещества), биологические объекты (болезнетворные микроорганизмы). Загрязнители попадают в водоемы с потоками сточных вод, которые могут быть: промышленными сточными водами, бытовыми (обычная канализационная система), с/х сточные воды (либо стоки животноводческих ферм, либо поверхностный (ливневый, осадочный) сток с/х полей), поверхностный сток с территории застройки.

Основные загрязнители мирового океана:

1. Нефть, нефтепродукты все нефтепродукты токсичны для живых организмов, некоторые вызывают мутации в организмах или являются канцерогенными веществами. В нефтепродуктах растворяются такие токсичные загрязнители как тяжелые металлы и пестициды. Наличие нефтяных пятен на воде тормозит процесс фотосинтеза у водорослей, что приводит к снижению концентрации кислорода в водоеме
2. Пестициды – растворимы в жирах, а значит, накапливаются в организме; все пестициды – ксенобиотики (чужеродные), не разлагаются почвенной микрофлорой; пестициды остро-токсичны, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментотативную активность, влияют на наследственность.
3. Соединения тяжелых металлов (ртуть, кадмий, цинк, свинец, мышьяк)
4. Поверхносто-активные вещества – СПАВы
5. Канцерогенные вещества – хлорсодержащие, алифатические углеводороды, полициклические ароматические углеводороды.

 

Эвтрофикация водоема

Это процесс интенсивного развития не желательных одноклеточных водорослей, возникающей при загрязнении водоемов растворимыми биогенами.

 

 

 

 

 

 

1. Бентос – это водоросль, прикрепленные к грунтам, получающие все биогенные элементы через корневую систему и обеспечивающие водоем кислородом;
2. Появление биогенов (со сточными водорослями) стимулирует развитие одноклеточных водорослей, которые интенсивно размножаясь концентрируются в верхнем слое воды. Слой фитопланктона препятствует поступлению солнца бентосу, является снижение концентрации водорода в воде;
3. Коротко живущий фитопланктон быстро отмирает, создавая в водоеме детритный дождь;
4. Насыщение водоема мертвым органическим веществом определяет интенсивное развитие в нем редуцентов, которые используют растворенный в водоеме кислород для процессов потребления мертвого органического вещества. В результате этого происходит дальнейшее снижение концентрации кислорода в водоеме, его обитатели погибают, водоем загнивает.

Из методички лабораторная работа № 7 – метода очистки.

Наиболее эффективным способом предотвратить процесс - является эффективная очистка сточных вод.

Принципиальная схема городских очистных сооружений

1. Решетка
2. Песколовка                            предочистка
3. Первичный отстойник
4. Аэротенк – в нем осуществляется удаление растворимых органических соединений в процессе использования их активным илом в качестве источников биогенов. Активный ил – это комплекс микроорганизмов, одноклеточных водорослей и простейших. 99% растворимой органики можно убрать, пропуская через аэротенк (– это все очистка.).
5. Вторичный отстойник – оседание частиц активного ила, из него можно обратно возвращать в аэротенк.
6. Химический реактор, он также может совмещаться с отстойником.
7. Станция обеззараживания – убирают болезнетворные бактерии (5,6,7 – доочистка), после 7 – сброс в водоем.

Помимо хлорирования для обеззараживания воды используют озон, ультрафиолет, радиоактивные изотопы.

Загрязнение почвенного покрова