«Санкт-Петербургское государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования ...»

КОМИТЕТ ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ

Санкт-Петербургское государственное бюджетное

образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Промышленно-экономический колледж»

Заочное отделение

Специальность 21.02.05 Земельно- имущественные отношения

КОНТРОЛЬНАЯ работа № 1

по дисциплине

Прикладная экология.

студента группы 52604

зачетная книжка № ______

ФИО студента Молчанова Ирина Сергеевна

АдресЛен. Обл. д. Рапполово ул. Западная д. 2-б

E-mail: [email protected]телефон: 951-53-51

2017 год

Вариант 6.

Понятия экосистемы. Примеры экологических систем.

Три вида мониторинга. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха.

Инженерная защита окружающей среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий

.

1) Понятия экосистемы. Примеры экологических систем.

Биогеоценоз  — система, включающая сообщество живых  организмов и тесно связанную  с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной  территории, связанные между собой  круговоротом веществ и потоком  энергии. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую  систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина. Учение о биогеоценозе разработано  Владимиром Сукачёвым в 1940 году.

В  зарубежной литературе — малоупотребимо. Ранее также широко употреблялось  в немецкой научной литературе.     Близким по значению понятием является экосистема — система, состоящая из взаимосвязанных  между собой сообществ организмов разных видов и среды их обитания. Экосистема — более широкое понятие, относящееся к любой подобной системе. Биогеоценоз, в свою очередь  — класс экосистем, экосистема, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды — почву, подпочву, растительный покров, приземный  слой атмосферы. Не являются биогеоценозами водные экосистемы, большинство искусственных  экосистем. Таким образом, каждый биогеоценоз  — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких  понятия: биотоп и экотоп(факторы  неживой природы:климат, почва). Биотоп — это совокупность абиотических факторов в пределах территории, которую  занимает биогеоценоз. Экотоп — это  биотоп, на который оказывают воздействие  организмы из других биогеоценозов. По содержанию экологический термин «биогеоценоз» идентичен физико-географическому  термину фация. Свойства  биогеоценоза:

естественная, исторически сложившаяся система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровнехарактерен круговорот веществоткрытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой — Солнце

Основные  показатели биогеоценоза:

Видовой состав — количество видов, обитающих в биогеоценозе.Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

Биомасса  — количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего  биомассу подразделяют на: 

биомассу продуцентов

биомассу консументовбиомассу редуцентовПродуктивностьУстойчивостьСпособность к саморегуляции Переход одного биогеоценоза в другой в пространстве или во времени сопровождается сменой состояний и свойств всех его  компонентов и, следовательно, сменой характера биогеоценотического  метаболизма.

Границы биогеоценоза могут быть прослежены на многих из его компонентов, но чаще они совпадают  с границами растительных сообществ (фитоценозов). Толща биогеоценоза не бывает однородной ни по составу и  состоянию его компонентов, ни по условиям и результатам их биогеоценотической деятельности. Она дифференцируется на надземную, подземную, подводную  части, которые в свою очередь  делятся на элементарные вертикальные структуры — био-геогоризонты, очень  специфичные по составу, структуре  и состоянию живых и косных компонентов. Для обозначения горизонтальной неоднородности, или мозаичности биогеоценоза введено понятие биогеоценотических парцелл. Как и биогеоценоз в целом, это понятие комплексное, так как в состав парцеллы на правах участников обмена веществ и энергии входят растительность, животные, микроорганизмы, почва, атмосфера.     В экосистеме можно выделить два компонента — биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию  для существования из фото- и хемосинтеза  или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов  окисления органического вещества — консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру  экосистемы.     Единственным  источником энергии для существования  экосистемы и поддержания в ней  различных процессов являются продуценты, усваивающее энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1 — 1 %, редко 3 — 4,5 % от первоначального  количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-ой, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые  переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена  автотрофным элементом.Основные  компоненты экосистемы:     С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;неорганические вещества, включающиеся в круговорот;органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии;продуценты — организмы, создающие первичную продукцию;макроконсументы, или фаготрофы, — гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;микроконсументы (сапротрофы) — гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот;

     С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

биофаги — организмы, поедающие других живых организмов,сапрофаги — организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

     Данное  разделение показывает временно-функциональную связь в экосистеме, фокусируясь  на разделении во времени образования  органического вещества и перераспределении  его внутри экосистемы (биофаги) и  переработки сапрофагами.

Между  отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового  бревна, 100 и более лет.     Все эти компоненты взаимосвязаны в  пространстве и времени и образуют единую структурно-функциональную систему.      Пример  экосистемы — пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными  животными, микроорганизмами, составляющими  живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного  состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и  физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы — лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов.     Искусственные экосистемы — это экосистемы, созданные  человеком, например, агроценозы, природно-хозяйственные  системы или Биосфера.     Искусственные экосистемы имеют тот же набор  компонентов, что и естественные: продуценты, консументы и редуценты, но есть существенные отличия в перераспределении  потоков вещества и энергии. В  частности, созданные человеком  экосистемы отличаются от естественных следующим:

меньшим числом видов и преобладанием организмов одного или нескольких видов (низкая выравненность видов);невысокой устойчивостью и сильной зависимостью от энергии, вносимой в систему человеком;короткими цепями питания из-за небольшого числа видов;незамкнутым круговоротом веществ вследствие изъятия урожая (продукции сообщества) человеком, тогда как естественные процессы наоборот стремятся включить в круговорот как можно большую часть урожая.     Без поддержания энергетических потоков  со стороны человека в искусственных  системах с той или иной скоростью  восстанавливаются естественные процессы и формируется естественная структура  компонентов экосистемы и вещественно-энергетических потоков между ними.

2)Три вида мониторинга. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха.

Мониторинг атмосферного воздуха -система наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, его загрязнением и за происходящими в немприродными явлениями, а также оценка и прогноз состояния атмосферного воздуха, его загрязнения (закон"Об охране атмосферного воздуха".) В целях наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, комплексной оценки и прогноза его состояния, а также обеспечения органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций и населения текущей и экстренной информацией о загрязнении атмосферного воздуха Правительство Российской Федерации, органы государственной власти субъектов Российской Федерации, органы местного самоуправления организуют государственный мониторинг атмосферного воздуха и в пределах своей компетенции обеспечивают его осуществление на соответствующих территориях Российской Федерации, субъектов Российской Федерации и муниципальных образований. Государственный мониторинг атмосферного воздуха является составной частью государственного мониторинга окружающей среды и осуществляется федеральными органами исполнительной власти в области охраны окружающей среды, другими органами исполнительной власти в пределах своей компетенции в порядке, установленном уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти. Территориальные органы федерального органа исполнительной власти в области охраны окружающей среды совместно с территориальными органами федерального органа исполнительной власти в области гидрометеорологии и смежных с ней областях устанавливают и пересматривают перечень объектов, владельцы которых должны осуществлять мониторинг атмосферного воздуха.   Первые попытки изучения атмосферы были приняты М.В. Ломоносовым. Первая служба погоды появилась в России в 1872 г. Множеством экспериментов подтверждена связь между загрязнение атмосферы и метеорологическими параметрами. Метеорология- наука о земной атмосфере, ее строении, свойствах и происходящих в ней процессах. Свойства атмосферы и происходящие в ней процессы рассматриваются в связи со свойствами и влиянием подстилающей поверхности (суши и моря). Главная задача метеорологии – прогнозирование погоды на различные сроки. Метеорологические станция – основной компоненте регулярных наблюдений за состоянием атмосферы. Предназначена для:  Измерения температуры, давления и влажности воздуха;  Скорости и направления ветра;  Контроль облачности, уровня осадков, видимости, солнечной радиации. Различают метеостанции наземные и дрейфующие, устанавливаемые на судах, на буях в открытом море. Наземная подсистема получения данных насчитывает 65 центров по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, 21 гидрометеорологический центр, 21 гидрометеорологическую обсерваторию, 16 гидрометбюро, 18 авиаметеорологических центров, 343 авиаметстанции, 22 центра мониторинга загрязнения окружающей среды, 1606 гидрометеорологических станций в Антарктиде, 17 ионосферно-магнитных и 30 озонометрических станций. На 1450 станций и постах проводятся радиометрические измерения. Загрязнение атмосферного воздуха определяется на 687 станциях в 299 городах.

Методы зондирования атмосферного воздуха Ракетное зондирование применяется для зондирования верхних слоев атмосферы: слой от 15-20 до 80-120 км (стратосфера и мезосфера), в котором располагается большая часть озоносферы и нижней ионосферы и более высокие слои термосферы и экзосферы.

Для изучения средней атмосферы используются метеорологические ракеты, поднимающиеся до высот 80-100 км. Они могут быть жидкостно- и твердотопливными. Основными параметрами, измеряемыми с помощью метеорологических ракет, являются: давление, температура, плотность и газовый состав воздуха. В зависимости от программы исследований могут измеряться и другие характеристики. Для изучения верхней атмосферы применяются мощные геофизические ракеты, поднимающиеся до высот более 100-150 км. Производятся измерения интенсивности солнечного и космического излучения, оптических свойств воздуха, его термодинамических и электрических свойств, параметров магнитного поля Земли. Наряду с ракетными зондированием, относящимся к прямым методам измерений, для изучения верхней атмосферы применяются и косвенные методы с использованием радиолокации, метеолидаров, СВЧ, оптической техники. Система ракетного зондирования состоит из самой ракеты, оснащенной измерительными приборами и наземного измерительного комплекса, под которым понимается совокупность наземных радиотехнических средств, предназначенных для приема телеметрической информации о параметрах атмосферы и для измерения координат ракеты во время полета. Доставка приборного контейнера на землю происходит с помощью парашюта.

Метод эхо- и радиолокации Эхолокатор – зондирование атмосферы с помощью звуковых волн. Позволяет выявлять зоны крупномасштабных изменений плотности атмосферы. Радиолокатор, РЛС – зондирование атмосферы радиоволнами с длинами от метрового до миллиметрового диапазона. Позволяет выявлять различные объекты естественного и искусственного происхождения, движущиеся в атмосфере, определять их расстояние и скорость (используя эффект Доплера). Радиолокация осуществляется тремя способами: 1) облучение объекта и прием отраженного от него излучения; 2) облучение объекта и прием переизлученных (ретранслируемых) им волн; 3) прием радиоволн, излученных самим объектом. Лидар – прибор для проведения лазерного зондирования атмосферы в оптическом диапазоне спектра. В обобщенном смысле лазер в лидаре используется как импульсный источник направленного светового излучения. В отличие от радиодиапазона, в световом диапазоне частот из-за малости длин волн особенно видимого и ультрафиолетового излучения отражателями локационного сигнала являются все молекулярные и аэрозольные составляющие атмосферы, т.е. по сути дела сама атмосфера формирует лидарный эхо-сигнал со всей трассы зондирования. Это позволяет осуществлять лазерное зондирование по любым направлениям в атмосфере. Принцип лазерного зондирования атмосферы заключается в том, что лазерный луч при своем распространении рассеивается молекулами и неоднородностями воздуха, молекулами содержащихся в нем примесей, частицами аэрозолей, частично поглощается и изменяет свои физические параметры (частоту, форму импульса и т.д.). Появляется свечение (флюоресценция), что позволяет качественно и количественно судить о различных параметрах воздушной среды (давлении, температуре, влажности, концентрации газов). Лазерное зондирование атмосферы осуществляется преимущественно в ультрафиолетовом, видимом и микроволновом диапазоне. Использование лидаров с большой частотой следования импульсов малой длительности позволяет изучать динамику быстро протекающих процессов в малых объемах и в значительных толщах атмосферы.

Метод оптической локации Аналогичен методу эхо- и радиолокации.

3)Инженерная защита окружающей среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий.

Основными направлениями инженерной защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий являются внедрение ресурсной технологии, биотехнологий, утилизации и детоксикации отходов, а главное - экологизация всего производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ. Эти принципиальные направления основаны на цикличности материальных ресурсов и заимствованы у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы. Технологические процессы, в которых в полной мере учитываются все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к предотвращению отрицательных последствий, называют экологизированными. Подобно любой экологической системе, где вещество и энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат важным условием существования других, производственный экологизированный процесс, управляемый человеком, должен следовать биосферным законам, и в первую очередь закону круговорота веществ.

Другой путь, например создание всевозможных, даже самых совершенных очистных сооружений, не решает проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной. Основная причина загрязнения биосферы - это ресурсоемкие и загрязняющие технологии переработки и использования сырья. Именно эти так называемые традиционные технологии приводят к огромному накоплению отходов и к необходимости очистки сточных вод и утилизации твердых отходов.

Новейший вид инженерной защиты - это внедрение биотехнологических процессов, основанных на создании необходимых для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью микроорганизмов. Биотехнология нашла широкое применение в охране природной среды, в частности при решении следующих прикладных вопросов:

1) утилизации твердой фазы сточных вод и твердых бытовых отходов с помощью анаэробного сбраживания;

2) биологической очистки природных и сточных вод от органических и неорганических соединений;

3) микробном восстановлении загрязненных почв, получении микроорганизмов, способных нейтрализовать тяжелые металлы в осадках сточных вод;

4) компостировании;

5) создании биологически активного сорбирующего материала для очистки загрязненного воздуха.

Инженерная защита атмосферного воздуха предусматривает применение на предприятиях сухих пылеуловителей - циклонов, пылеосадительных камер или мокрых пылеуловителей - скрубберов, а также фильтров - тканевых, зернистых или высокоэффективных электрофильтров.