Контрольна робота з курсу екології

Завдання № 1

Екологічні фактори

Екологія – це наука про взаємовідносини живих істот між собою та з оточуючою їх неорганічною природою, про зв’язки в над органічних системах, про структуру та функціонування цих систем.

Середовище проживання – це та частина природи, яка оточує живий організм і з якою він безпосередньо взаємодіє. Будь – яка жива істота живе в складному та мінливому світі, постійно пристосовуючись до нього і регулюючи життєдіяльність у відповідності з його вимірами.

Пристосування організмів до середовища носить назву адаптації. Здібність до адаптації – одна з основних властивостей життя взагалі, бо забезпечує саму можливість її існування, можливість організмів виживати та розмножуватися. Адаптації виявляються на різних рівнях: від біохімії кліток та поведінки окремих організмів до будови та функціонування спілок та екологічних систем. Адаптації виникають та змінюються у ході еволюції видів.

Окремі властивості або частини середовища, що впливають на організми, називаються екологічними факторами. Фактори середовища різноманітні. Вони можуть бути необхідними або, навпаки, шкідливими для живих істот, сприяють або перешкоджають їх виживанню та розмноженню. Екологічні фактори мають різну природу та специфіку діяльності.

Абіотичні фактори – температура, світло, радіоактивне випромінювання, тиск, вологість повітря, соловий склад води, повітря, течії, рельєф місцевості – це все властивості неживої природи, які впливають на живі організми.

Біотичні фактори – це всі форми впливу живих істот один на одну. Кожний організм постійно відчуває на собі вплив інших, вступає у зв'язок з представниками свого виду та інших видів – рослинами, тваринами, мікроорганізмами, залежить від них і сам на них впливає. Оточуючий органічний світ – складова частина середовища кожної живої істоти.

Антропогенні фактори – це всі форми діяльності людського суспільства, які призводять до змін природи як середовища проживання інших видів або безпосередньо впливають на їх життя. В продовж історії людства розвиток спочатку мисливства, а потім сільського господарства, промисловості, транспорту сильно змінило природу нашої планети. Значення антропогенних впливів на весь живий світ Землі продовжує невтримно рости.

Один і той самий фактор середовища має різні значення в житті сумісно проживаючих організмів різних видів. Наприклад, сильний вітер взимку не сприятливий для великих тварин, що живуть відкрито, але не діє на менших, що ховаються в норах та під снігом. Соловий склад ґрунту важливий для харчування рослин, але не має значення для більшості наземних тварин тощо.

Деякі властивості середовища залишаються відносно постійними на протязі тривалих періодів часу в еволюції видів. Такими є сила тяжіння, соловий склад океану, сонячна постійна, властивості атмосфери. Більшість екологічних факторів – температура, вологість, вітер, опади. Наявність схованок, їжі, хижаків, паразитів, конкурентів та ін. – дуже змінюються в просторі та часі. Ступінь змін кожного з цих факторів залежить від особливостей середовища проживання. Наприклад, температура сильно коливається на поверхні суші, але майже постійна на дні океану або в глибині печер. Паразити ссавців живуть в умовах надлишку їжі, тоді як для вільноживучих хижаків її запас весь час змінюється слідом за змінами чисельності жертв.

Зміни факторів середовища з часом можуть бути:

• регулярно – періодичними, що змінюють силу впливу у зв’язку з часом доби або із сезоном року або ритмом приливів або відливів в океані;

• нерегулярними, без чіткої періодичності, наприклад. Зміни погодних умов в різні роки, явища катастрофічного характеру – бурі, зливи тощо;

• направленими на протязі відомих, іноді тривалих, відрізків часу, наприклад, при похолоданні або потеплінні клімату, заростанні водойм, постійному випасі худоби на одній і тій самій ділянці та ін.

Екологічні фактори середовища можуть впливати на живі організми по різному:

• як подразники, що викликають пристосувальні зміни фізіологічних та біохімічних функцій;

• як обмежувачі, що обумовлюють неможливість існування в даних умовах;

• як модифікатори, що викликають анатомічні та морфологічні зміни організмів;

• як сигнали, що свідчать про зміни інших факторів середовища.

Не дивлячись на велике розмаїття екологічних факторів, в характері їх впливу на організми та у відповідних реакціях живих істот можна виявити ряд загальних закономірностей.

Закон оптимуму

Позитивний або негативний вплив змінного фактору на живі організми залежить перш за все від сили його прояву. Як недостатня, так і збиткова дія фактору негативно проявляється на життєдіяльності істот. Сприятлива сила впливу називається зоною оптимуму екологічного фактору або його оптимумом для організмів даного виду. Чим сильніші відхилення від оптимуму, тим більше пригнічує даний фактор життєдіяльність організму (зона пессимуму). Максимально і мінімально переносимі значення фактору – це критичні точки, за межами яких існування вже неможливе, наступає смерть. Критичні точки обмежують ступінь витримки, яка називається екологічною валентністю живих істот по відношенню до конкретного фактору середовища.

Представники різних видів сильно відрізняються один від одного як за положенням оптимуму, так і за екологічною валентністю. Одна й та сама сила прояву фактору може бути оптимальною для одного виду, песимальною – для іншого і виходить за межі витримки для третього.

Широку екологічну валентність виду по відношенню до абіотичних факторів середовища позначують додаванням до назви префікса «еври». Евритермні види – що виносять значні коливання температури, еврибатні - широкий діапазон тиску, евригалинні – різний ступінь засолення середовища.

Нездатність переносити значні коливання фактора, або вузька екологічна валентність, характеризується префіксом «стено» - стенотермні, стенобатні, стеногалінні види та ін. в більш широкому розумінні слова види, для існування яких необхідні суворо визначені екологічні умови, називають стенобіонтними, а ті, що здатні пристосовуватися до різних екологічних обставин – еврибіотними.

Неоднозначність дій фактора на різні функції

Кожний фактор неоднаково впливає на різні функції організму. Оптимум для одних процесів може бути пессимумом для інших. Так, температура повітря від + 40 до + 45⁰ С у холоднокровних тварин сильно збільшує швидкість обмінних процесів в організмі, але гальмує рухову активність, і тварини впадають у теплове заклякання. Для багатьох риб температура води, оптимальна для дозрівання полових продуктів, несприятлива для ікрометання, яке відбувається при іншому температурному режимі.

Життєвий цикл, в якому у визначені періоди організм виконує ті або інші функції (харчування, зростання, розмноження, розселення та ін.), завжди узгоджений з сезонними змінами комплексу факторів середовища. Рухомі організми можуть також змінювати місце проживання для успішного здійснення всіх своїх життєвих функцій.

Мінливість, варіабельність та різноманіття відповідних реакцій на діяльність факторів середовища у окремих особин виду

Ступінь витримки, критичні точки, оптимальні та пессимальні зони окремих індивідів не співпадають. Ця мінливість визначається як спадковими якостями особин, так і половими, віковими та фізіологічними відмінностями. Наприклад, у метелика млинової вогнівки – шкідник муки та зернових продуктів – критична мінімальна температура для гусені – 7⁰ С, для доросли форм – 22⁰ С, а для яєць – 27⁰ С. мороз в – 10⁰ С вбиває гусінь, але не страшний для імаго і яєць цього шкідника. Отож, екологічна валентність виду завжди ширше екологічної валентності кожної окремої особини.

До кожного із факторів середовища види пристосовуються відносно незалежним шляхом.

Ступінь витривалості до будь – якого не означає відповідної екологічної валентності виду по відношенню до інших факторів. Наприклад, види, що витримують широкі зміни температури, зовсім не обов’язково повинні також бути пристосованими до широких коливань вологості або сольового режиму. Евритермні види можуть бути стеногалінними, стенобатними, або навпаки. Екологічні валентності виду по відношенню до різних факторів можуть бути дуже різноманітними. Це створює надзвичайне різноманіття адаптацій до природи. Сума екологічних валентностей по відношенню до окремих факторів середовища складає екологічний спектр виду.

Екологічні спектри окремих видів не співпадають. Кожен вид специфічний за своїми екологічними можливостями.

Навіть у близьких за способами пристосування до середовища видів існують відміни у відношенні до будь – яких окремих факторів. Правило екологічної індивідуальності видів було сформульовано Л. Г. Раменським (1924) стосовно до рослин, а потім широко підтверджено і зоологічними дослідженнями.

Взаємодія факторів

Оптимальна зона та межі витривалості організмів по відношенню до будь – якого фактуру середовища можуть змішуватися в залежності від того, з якою силою та в якому сполученні діють одночасно інші фактори. Ця закономірність отримала назву взаємодії факторів. Наприклад, спека, яку легше переносити в сухому, а не вологому повітрі. Загроза замерзання значно вища при морозі з сильним вітром, ніж у безвітряну погоду. Таким чином, один і той самий фактор у сполученні з іншими чинить неоднаковий екологічний вплив. Навпаки, один і той самий екологічний результат може бути отриманий різними шляхами. Наприклад, в’янення рослин можна призупинити шляхом як збільшення кількості вологи у ґрунті, так і зниження температури повітря, що зменшує випаровування. Створюється ефект часткової взаємодії факторів.

Разом з тим взаємна компенсація дії факторів середовища має певні межі, і повністю змінити один із них іншим не можна. Повна відсутність води або хоча б одного із основних елементів мінерального харчування робить життя рослини неможливим, не зважаючи на самі сприятливі сполуки інших умов. Крайній дефіцит тепла в полярних пустелях не можна поповнити ні чисельною кількістю вологи, ні цілодобовим освітленням.

Враховуючи в сільськогосподарській практиці закономірності взаємодії екологічних факторів, можна вміло підтримувати оптимальні умови життєдіяльності культурних рослин та домашніх тварин.

Правило обмежуючих факторів.

Фактори середовища, найбільш віддаленого від оптимуму, особливо утруднюють можливість існування виду в даних умовах. Якщо хоча б один із екологічних факторів наближується або виходить за межі критичних розмірів, то, не дивлячись на оптимальне сполучення інших умов, особинам загрожує смерть. Такі сильно відхилені від оптимуму фактори набувають першорядного значення в житті виду або окремих його представників в кожний окремий проміжок часу.

Обмежуючі фактори середовища визначають географічний ареол виду. Природа цих факторів може бути різною. Так, просування виду на північ може лімітуватися недостатністю тепла, в аридні райони – недостатністю вологи або занадто високими температурами. Обмежуючим розповсюдження фактором можуть бути і біотичні відносини, наприклад зайнятість території більш сильним конкурентом або недостатність обпилювачів для рослин. Так, опилення інжиру повністю залежить від єдиного виду комах – оси Blastophaga psenes. Батьківщина цього дерева – Середземномор’я. Розповсюдження бобових в Арктиці обмежується розповсюдженням обпилювачів – джмелів.

Щоб визначити, чи зможе вид існувати в даному географічному районі, треба по – перше дізнатися, чи не виходять деякі фактори середовища за межі його екологічної валентності. Особливо в найбільш уразливий період розвитку.

Виявлення обмежуючих факторів дуже важливе в практиці сільського господарства, так як, спрямувавши основні зусилля на їх усунення, можна швидко і ефективно підвищити урожайність або продуктивність тварин. Так, на сильно кислих ґрунтах урожай борошна можна збільшити, застосовуючи різні агрономічні впливи, але найкращій ефект буде отриманий тільки в результаті вапнування, яке знімає обмежуючі дії кислотності. Знання обмежуючих факторів, таким чином, ключ до визначення життєдіяльності організмів. В різні періоди життя особин в якості обмежуючих виступають різні фактори середовища, тому потрібне вміле та постійне врегулювання умов життя вирощуваних рослин та тварин.

Завдання № 2.1

Чи буде небезпечним сумарний вплив оксиду вуглецю, сірчистого ангідриду і сірководню, якщо вони містяться у повітрі в концентраціях: CO – 2,8 мг/м³; SO₂ – 0,09 мг/м³; H₂S – 0,002 мг/м³.

Розв’язок

При одночасній присутності в повітрі декількох шкідливих речовин, що володіють сумарним шкідливим впливом, визначають їхню безрозмірну сумарну концентрацію, що не повинна перевищувати одиниці.

Оскільки безрозмірна сума концентрації менше 1, то ця суміш безпечна.

Завдання № 2.2

Визначити максимально можливу концентрацію невідомого компонента в суміші, що складається з трьох складових: Cl₂ – 0.006 мг/м³; CO – 0.5 мг/м³; сажа - ?

Розв’язок

На підставі формули

С сажа =

С сажа =

Таким чином, максимальне можлива концентрація сажі в суміші складає 0.126 мг/м³.

Завдання № 3

Виходячи з даних: CO = 0.01 %; SO₂ = 0.01 %; смолисті – 10 мг/м³; пил – 2.5 мг/м³; швидкість W₀ = 5 м/с; діаметр труби D₀ = 1.5 м, що характеризують роботу технологічного агрегату підприємства, визначити потужність викиду кожної забруднюючої речовини (г/с) та (т/рік) без очистки та з очисткою. Середній експлуатаційний коефіцієнт очистки по газоподібним компонентам складає 70 %, по пилу та смолистим речовинам – 98 %. Річний час роботи обладнання – 8760 годин.

Розв’язок

Визначимо об’ємну витрату газу як добуток швидкості на площу виходу з труби:

Оскільки зміст газоподібної забруднюючої речовини оксиду вуглецю та сірчистого ангідриду відбито в об’ємних процентах, переведемо спочатку концентрацію із об’ємного в масову, виходячи із мольної маси компонентів μ та його мольного об’єму.

Один кг/моль газу займає об’єм 22.4 м³. тоді масова концентрація забруднюючої речовини дорівнюється:

Визначаємо потужність викиду (г/с):

Річний фактичний викид забруднюючих речовин (т/рік) без очистки, з урахуванням часу роботи обладнання за рік:

Якщо середній експлуатаційний коефіцієнт очистки для оксиду вуглецю та сірчистого ангідриду 70 %, то кількість викидаємих з димаря забруднюючих речовин складає 30 % від кількості утворившихся під час технологічного процесу. Відповідно для смол та пилу, при ступені очистки 98 % з димаря викидається 2 % від утвореної кількості. Отож секундний та річний фактичний викид складає:

Результати підрахунків представимо у вигляді таблиці:

Забруднююча речовина	Фактична потужність викиду без очистки		Фактична потужність викиду з очисткою
	г/с	т/рік	г/с	т/рік
Оксид вуглецю	1.1	34.7	0.33	10.4
Сірчистий ангідрид	2.4	75.7	0.72	22.7
Смоли	0.08	2.5	0.0016	0.05
Пил	0.02	0.6	0.0004	0.01

Завдання №4

Промислове підприємство викидає щорічно в атмосферу (у т/рік) пилу – 6000, бенз/а/пирену (C₂₀H₁₂) – 0,0025, оксиду азоту (NO_x) – 1000, оксиду вуглецю (СО) – 4970, сірчистого ангідриду (SO₂) – 320, фтористого водню (HF) – 340.

На підставі даних показників відносної агресивності по кожному з забруднювачів визначити приведену масу річного викиду і підрахувати в % частку кожної речовини в загальній токсичній масі, розставивши їх у порядку убування шкідливостей.

Агресивність.

Пил – 30 (т/Т), C₂₀H₁₂ – 1260000 (т/Т), NO_x – 41.1 (т/Т), СО – 1 (т/Т), SO₂ - 22 (т/Т), HF - 1100 (т/Т).

Розв’язок

Визначимо приведену масу (М) викиду в атмосферу з урахуванням агресивності за рік по кожному забруднювачу:

Визначимо приведену масу викиду забруднювача в атмосферу в цілому за рік:

Доля шкідливостей у загальній приведеній масі:

Із приведених підрахувань можна зробити висновок, що на підприємстві «Алюмінієвий» забруднювачі за ступенем небезпечності розташовуються таким чином:

• фтористий водень – 61.3%;

• пил промисловий – 29.5 %;

• оксиди азоту – 6.73 %;

• сірчистий ангідрид – 1.15 %;

• оксид вуглецю – 0.8%;

• бенз/а/сирен – 0.52 %.

Завдання № 5

Виходячи з результатів задачі № 4, розрахувати розмір збитку від викидів шкідливих речовин в атмосферу і загальну суму платежів за викиди забруднювачів. Зіставити ці величині і зробити необхідні висновки.

Розв’язок

Пил – 6000 т/рік – 3 грн/т

C₂₀H₁₂ – 0.0025 т/рік – 101807 грн/т

NO_x – 1000 т/рік – 80 грн/т

СО – 4970 т/рік – 3 грн/т

SO₂ - 320 т/рік – 80 грн/т

HF – 340 т/рік - 131 грн/т

Розрахуємо загальну суму

Підрахуємо співвідношення збитку до загальної суми платні за шкідливі викиди:

Таким чином, розмір збитку в 616 разів перевищує суму платні за шкідливі викиди.

Використана література:

1. Н. М. Чернова, А. М. Білова «Екологія», Москва 1981 р.

2. Г. О. Білявський «Основи загальної екології», Київ 1995 р.

3. О. М. Микитюк «Основи екології», Харків 2003 р.

4. Е. М. Міщенко «Основи екології», Мінськ 2002 р.

5. Ю. Д. Бойчук, М. В. Шульга «Основи екології та екологічного права», Суми 2004 р.