7 ЗАДАЧ. Вопрос.Механизмы изменения условий внешней среды. Адаптация живых организмов.

. Варианты заданий
1. 10
2. 35
3. 66
4. 85
5. 110
6. 135
7. 165
Вопрос:1. Механизмы изменения условий внешней среды. Адаптация живых организмов ...

2. Рассчитать допустимую концентрацию загрязняющих веществ в стоках пред-приятия при сбросе их в открытый водоем. Определить эффективность очистки по каждому загрязняющему веществу.

3. Рассчитать предотвращенный экономический ущерб в результате работы био-очистных сооружений предприятия в одном из регионов России, при условии, что био-очистные системы (поля орошения) работают при температуре окружающей среды ≥ 10оС.

4. Рассчитать согласно варианту ПДВ конкретных загрязняющих компонентов от нагретого источника, определить их фактический выброс, необходимость установки улавливающего оборудования, плату за выброс.

5. Согласно варианту, рассчитать:
1) Максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества при вы-бросе из одиночного горячего источника;
2) X – расстояние от источника выброса, м, где при неблагоприятных метеорологи-ческих условиях достигается CM этого вещества;
3) UB – опасную скорость ветра, при которой достигается CM на уровне 10 м от земли;
4) Сi в-в – значения приземных концентраций рассматриваемого вещества на различ-ных расстояниях от источника выброса;
5) Определить размер СЗЗ предприятия, допуская, что источник выброса един-ственный.

6. Согласно варианту, оценить экологический ущерб от загрязнения атмосферы вы-бросами конкретного источника, сравнить его величину с фактической платой за вы-брос, которую осуществляет предприятие

7. Согласно варианту, оценить экологический ущерб Ув поверхностным водам от деятельности предприятия при условии, что сброс сточных вод после очистных соору-жений осуществляется в открытый водоём.

Под средой в экологии понимают всю совокупность тел и сил внешнего по отно-шению к живому организму мира.

Действие комплекса факторов. В естественных условиях всегда действует сложный комплекс факторов. Для реализации экологической потенции организма, популяции необходимо оптимальное сочетание ряда условий существования. Однако никогда не бывает, чтобы все важные факторы были одновременно представлены своими оптимальными значениями. Поэтому экологический оптимум сочетания факторов отличается от оптимума какого-нибудь одного, пусть даже самого главного фактора. Хотя на уровне природных экосистем число экологических факторов и их действующих сочетаний потенциально неограниченно, все же удается выделить конечное число факторов, от которых зависит преобладающая часть ответных реакций организмов. Например, первые три фактора - ресурсы пищи, воды и тепла - могут объяснить 80% параметров состояния популяции; первые пять факторов (те же + наличие убежищ + плотность врагов или конкурентов) - 95% параметров состояния и т.д.Большое экологическое значение имеет взаимодействие факторов. За счет него может быть расширен диапазон выживания. Так, снижение температуры повышает выносливость рыб по отношению к недостатку пищи и кислорода; недостаточная освещенность для растений может быть частично компенсирована повышенной концентрацией углекислого газа; действие повышенной кислотности почвы отчасти нейтрализуется благоприятными окислительно-восстановительными условиями; у многих растений и животных реакция на свет зависит от температуры и т.д. Диаграмма выживания для одного фактора всегда изменяется под влиянием другого фактора.В совокупности условий существования почти всегда можно выделить фактор, который сильнее других влияет на состояние организма или популяции. Дефицит какого-нибудь одного важного ресурса (воды, света, тепла или элемента пищи) ограничивает жизнедеятельность даже тогда, когда все остальные условия оптимальны. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. Их действие обозначают как закон лимитирующих факторов: факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальные (т.е. наихудшие) значения, ограничивают возможность существования популяции, вида в данных условиях, вопреки и несмотря на оптимальное сочетание других факторов.Лимитирующим образом могут действовать не только минимальные, но и максимальные значения фактора: высокая щелочность и чрезмерное содержание кальция или натрия в почве, высокая температура, избыточная освещенность и т.п. Это наблюдение легло в основу закона толерантности: лимитирующим может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.Для каждого вида организмов существует специфическое сочетание экологических факторов, которое определяет особое пространственное и функциональное положение представителей этого вида в составе биоценоза, «рабочее место» в экосистеме. Оно носит название видовой экологической ниши. Понятие экологической ниши отражает весь комплекс связей организмов данного вида не только с абиотическими компонентами среды, но и между собой и с Другими видами в сообществе.Типы биотических взаимодействий. Согласно закону всеобщей связи в живой природе различными взаимодействиями могут быть охвачены существа и очень близкие (например, две дочерние клетки, только что образовавшиеся из разделившейся материнской клетки), и далекие - как по принадлежности к разным царствам природы и к разным трофическим уровням, так и в пространственно-временном отношении. Если в качестве главного критерия взаимодействия принять влияние численности одних организмов (вида, популяции, группы) на численность других, то окажется, что в природе представлены все возможные комбинации таких взаимодействий.Нейтрализм (0,0) может быть представлен многими примерами, но лишь на первый взгляд выгладит как полное отсутствие зависимости. Иногда только одно промежуточное звено вскрывает другой тип взаимодействия. Лев не питается травой, но ему не безразлично состояние пастбища в саванне, от которого зависит плотность популяции антилоп. Аналогично связь между белками и клестами опосредована урожаем семян хвойных деревьев.Примерами одностороннего угнетения - аменсализма (-, 0) - может служить подавляющее действие антибиотиков на микроорганизмы; затенение елью растущих под ней светолюбивых трав. Аменсализм выступает и в явлении «цветения» воды, когда токсины размножившихся и гниющих сине-зеленых водорослей приводят к гибели или вытеснению многих видов зоопланктона и других водных животных.Одностороннее благоприятствование, комменсализм (+, 0), широко распространено в природе. Это может быть «квартирование» одних организмов на других, например, птиц в дуплах или на ветвях деревьев. Есть много примеров «нахлебничества» комменсалов по отношению к крупным животным и человеку: грифы-падалыцики, кормящиеся остатками добычи хищников; рыбы-прилипалы и рыбы-лоцманы, сопровождающие крупных акул; синантропные популяции грызунов и городских птиц, кормящиеся на свалках. Комменсалами являются также многие растения, животные и микроорганизмы, использующие животных для «транспортировки», в том числе пыльцы и семян.Конкуренция (-,-) является одним из двух главных механизмов регулирования числа организмов в природе. Двустороннее взаимное угнетающее действие имеет место всегда, когда совпадают экологические ниши и офаниченна емкость среды. Совпадение ниш может быть абсолютным, когда речь идет об организмах одного вида, даже одной популяции, о внутривидовой конкуренции. Выше было показано, что при росте популяции, когда ее численность приближается к пределу емкости среды, вступает в действие механизм регуляции численности: смертность возрастает, а плодовитость снижается. Пространство и пища становятся предметом конкуренции. Их дефицит выступает в качестве причины снижения жизнеспособности и плодовитости значительной части или всей популяции. В загущенных посевах растений происходит «самоизреживание». В перенаселенных популяциях животных, особенно у грызунов, если не может быть реализован оптимизационный поиск, к общему угнетению добавляется увеличение смертности из-за стресса, повышение агрессивности, возникновение «иерархии угнетения», каннибализм - крайние проявления борьбы за существование. Внутривидовая конкуренция хорошо выражена во многих популяциях растений и животных.У разных видов экологические ниши всегда различаются по пространству, времени и ресурсам. Любое их совмещение по этим качествам всегда ведет к межвидовой конкуренции. Бывает, что ниша одного вида перекрывает нишу другого вида, т.е. биоинтервалы условий жизни первого охватывают биоинтервалы второго. В этом случае второй вид совсем вытесняется первым; конкуренция между ними идет по пути конкурентного исключения, или конкурентного замещения. Так часто бывало при интродукции новых видов. Конкурентное исключение часто сопровождается пространственным разобщением конкурирующих видов, территориальным вытеснением. У высших позвоночных оно часто обусловлено прямой территориальной агрессией. Во многих случаях благодаря многообразию связей и ресурсов происходит лишь частичное, краевое совмещение экологических ниш. В этом случае также наблюдается взаимное угнетение конкурирующих видов, но в конечном счете между ними устанавливается конкурентное равновесие, режим напряженного сосуществования.«Ресурс - эксплуататор» (+, -). В этом взаимодействии соединяются и противостоят благоприятствование и угнетение. Наиболее важными примерами такого рода являются отношения: растения и растительноядного животного; жертвы и хищника (в узком смысле этих понятий); организма-хозяина» и паразита.Именно этими отношениями обусловлены последовательности цепей питания и трофических уровней, определяющие соотношение численностей и биомасс организмов.Обычно численности популяций эксплуататора и жертвы поддерживаются около каких-то относительно постоянных, как бы «договорных» уровней. Ускользание жертвы или нападение хищника не могут быть всегда только успешными или только безуспешными. Стадо травоядных по отношению к площади используемых пастбищ не должно быть настолько большим, чтобы полностью уничтожить растительный покров. Паразит не может позволить себе быстро погубить хозяина, по крайней мере до тех пор, пока не гарантирует себе продолжение рода.Равновесие в таких системах может и нарушаться. Если два вида стали контактировать только недавно или резко изменилась среда, система оказывается неустойчивой и может привести к исчезновению какого-нибудь вида «ресурса». Как раз к таким результатам приводят многие антропогенные воздействия, при которых преобразуются новые территории и перемещаются растения и животные.Мутуализм (+,+) - взаимное положительное воздействие также широко распространено в природе. Кроме лишайника - симбиоза гриба и водоросли - примерами мутуализма могут быть взаимовыгодные отношения между цветковыми растениями и опыляющими их насекомыми и птицами; между тлями и «пасущими» их муравьями; между бобовыми растениями и поселяющимися на их корнях клубеньковыми азотофиксирующими бактериями; между жвачными животными и населяющими их рубец микроорганизмами и т.п. Интересны такие примеры мутуализма, когда в клетках животных (инфузорий, губок, кишечнополостных) поселяются одноклеточные зеленые водоросли, снабжающие гетеротрофного «хозяина» продуктами фотосинтеза. Иногда все формы (+,+)-связей называют симбиозом, т.е. сожительством. Но сожительство характерно и для других форм межвидовых отношений, таких, как комменсализм и паразитизм.Рассчитать допустимую концентрацию загрязняющих веществ в стоках предприятия при сбросе их в открытый водоем. Определить эффективность очистки по каждому загрязняющему веществу.Категория рекиСредний расход воды Q, м3/сКоэффициент смешения γРасход сточных вод q, м3/с Виды и концентрации загрязняющих веществ в сточных водах предприятия до очистных сооружений C факт i, мг/лФоновые концентрации загрязняющих веществCф i, мг/лСанитарно-бытовое водопользование4,30,430,24Дифенилуксусная кислота – 10,8Аллилмеркаптан – 3,8Цианистый бензил – 4,2ПАВ (ОП-10) – 34,8Окись пропилена – 0,29Дифенилуксусная кислота – 0,05Амилмеркаптан – 0,000Цианистый бензил – 0,0015ПАВ (ОП-10) – 0.000Окись пропилена – 0,000Распределяем загрязняющие вещества стоков по группам лимитирующего показателя вредности для водоёма санитарно-бытового водопользования.Санитарно-токсилогическая – окись пропилена;Органолептическая – дифенилуксусная кислота, аллилмеркаптан, цианистый бензил, ПАВ.Определяем ПДК каждого вещества в речной воде. ПДК (мг/л): окись пропилена – 0,01, дифенилуксусная кислота – 0,5, аллилмеркаптан – 0,0002, цианистый бензил – 0,03, ПАВ – 0,1.По формуле (1) рассчитаем С ор i, мг/л, загрязняющих веществ в стоках без учета их совместного влияния в водоеме:Cор i= γQqПДКi-Cф i+ПДКi (1)Cок. проп ор= 0.43×4.30.240.01-0.00+0.01=7.704×0.01+0.01=0.087Cдиф. к-та ор= 0.43×4.30.240.5-0.05+0.5=7.704 ×0.45+0.5=3.966Cаллилм. ор= 0.43×4.30.240.0002-0.000+0.0002=7.704 ×0.0002+0.0002=0.0015Cциан. бензил ор= 0.43×4.30.240.03-0.0015+0.03=7.704×0.0285+0.03=0.249CПАВ ор= 0.43×4.30.240.1-0.000+0.1=7.704 ×0.1+0.1=0.87Учитывая, что в санитарно-токсикологическую и органолептическую группу веществ входят по несколько ингредиентов, рассчитываем ожидаемую концентрацию, мг/л, каждого из загрязняющих веществ в створе реки по формуле (2).Cожид i= qCopi+ γQCфi q+γQ (2)Санитарно-токсилогическая группа:Cокись ожид= 0,24×0,087+0,43×4,3×0,000,24+0,43×4,3=0.020882.089=0,0099 мг/лОрганолептическая группа:CПАВ ожид= 0,24×0,87+0,43×4,3×0,000,24+0,43×4,3=0.20882.089=0,099 мг/лCдиф. к-та ожид= 0,24×3,966+0,43×4,3×0,050,24+0,43×4,3=1.0442.089=0,499 мг/лCаллилм. ожид= 0,24×0,0015+0,43×4,3×0,000,24+0,43×4,3=0.000362.089=0,00017 мг/лCцина. бензил ожид= 0,24×0,249+0,43×4,3×0,00150,24+0,43×4,3=0.0572.089=0,029 мг/лПровести проверку по каждой группе веществ на соответствие нормам по формуле (3).Cожид 1 ПДК1+Cожид 2 ПДК2+…+Cожид n ПДКn ≤1 (3)Санитарно-токсилогическая группа:Cокись ожид ПДКокись≤10.00990.01=0.99Органолептическая группа:CПАВ ожид ПДКПАВ+Cдиф. к-та ожид ПДКдиф. к-та+Cаллилм. ожид ПДКаллилм+Cциан.бензил ожид ПДКциан. бензил≤10.0990.1+0.4990.5+0.000170.0002+0.0290.03=3.79Так как суммарная величина больше единицы, снижаем Cожид каждого компонента примерно в 4 раза:0.020.1+0.1240.5+0.000040.0002+0.0070.03=0.88По формуле (5) определяем допустимую концентрацию, мг/л, загрязняющих веществ в стоках после очистки с учетом совместного влияния веществ в каждой группе лимитирующего показателя вредности.Cдоп i= Cожид i уточнq+γQ- γQCфi q (5)Cокись доп= 0,0099×0,24+0,43×4,3-0,43×4.3×00,24=0.020.