Экология

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Методические указания и задания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Экология» для студентов заочной формы обучения специальности 240801

«Машины и аппараты химических производств»

Введение

Самостоятельные занятия. Приступая к изучению данного курса, прежде всего, следует ознакомиться с его содержанием по программе, объемом каждой темы и последовательностью содержащихся в ней вопросов. Изучать курс рекомендуется по отдельным темам. Необходимо иметь в виду, что расположение материала курса по программе не всегда совпадает с расположением его в учебнике. Изучая курс, следует обращаться к предметному указателю, помещенному в конце книги.

Чтобы лучше запомнить и усвоить изучаемый материал, надо обязательно иметь рабочую тетрадь и заносить в нее формулировки законов, правил, принципов и основных понятий экологии, значения новых незнакомых терминов, формул, уравнений реакций и т. п. Во всех случаях, когда материал поддается систематизации, следует составлять графики, схемы, диаграммы и таблицы. Они облегчают запоминание и сокращают объем конспектируемого материала. Краткий конспект полезен и при повторении материала в период подготовки к экзамену. Один из лучших методов прочного усвоения, проверки и закрепления теоретического материала – решение задач по изучаемой теме, поэтому изучение курса должно обязательно сопровождаться выполнением упражнений и решением задач из учебника или данного пособия.

Контрольные задания. В процессе изучения курса экология студенты должны выполнить контрольную работу, включающую задания по 7 темам, седьмая тема состоит из 4-х пунктов. С каждой темы студенту необходимо выполнить одно задание и решить одну задачу. Последняя цифра задания совпадает с номером варианта. Номер варианта определяется по последней цифре номера зачетки Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, не рецензируется и не засчитывается.

К выполнению контрольной работы можно приступить только тогда, когда будет изучена определенная часть курса. Решения задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко, но четко обоснованы, за исключением тех случаев, когда по существу вопроса такая мотивировка не требуется. При решении задач нужно приводить все математические преобразования, избирая простейший путь решения. Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена. Для замечаний рецензента надо оставлять достаточно широкие поля. Писать надо четко и ясно. В работах номера и условия задач следует переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании. В конце каждой работы следует привести список использованной литературы.

Рецензируя контрольные задания, преподаватель заочно руководит самостоятельной работой студента. Если контрольная работа не зачтена, ее нужно выполнить повторно с учетом указаний рецензента и выслать на рецензирование вместе с незачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце тетради, а не в рецензированном тексте. Работа должна быть датирована и подписана студентом.

Консультации. В случае каких-либо затруднений, возникающих при изучении курса, следует обращаться за письменной или устной консультацией к преподавателю, рецензирующему контрольные работы.

Целью курса «Экология» является изучение наиболее общих закономерностей взаимоотношений организмов со средой, в том числе взаимодействие с природной средой человеческого общества и техносферы., а также необходимость привить студентам экологическое мышление и мировоззрение.

1. Содержание лекционного курса.

1. ЭКОЛОГИЯ И ДРУГИЕ ОБЛАСТИ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ; историческое развитие экологии; структура экологии и общей экологии Среда обитания; факторы среды и их классификация; закономерности действия факторов среды на организм; Среды жизни и адаптации к ним организмов; Понятие экосистемы и биогеоценоза Строение и происхождение биосферы; основные свойства биосферы; учение о биосфере и ноосфере.

2. ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ; проблемы химического, теплового, радиационного, шумового, электромагнитного загрязнения окружающей среды, озоновые дыры, парниковый эффект и проблема глобального потепления. Проблемы истощения природных ресурсов, деградация земель, рост народонаселения и урбанизация. Принципы экологического подхода к оценке и анализу процессов и явлений, происходящих в окружающей среде.

3. ПОНЯТИЕ О ТОКСИЧНОСТИ ВЕЩЕСТВ; яды, отравлениях, интоксикациях, экотоксикантах, ксенобиотиках, персистентных веществах; Токсикометрия: Основные понятия и параметры: токсическая опасность; доза (пороговая, несмертельная, среднесмертельная, абсолютносмертельная, допустимая суточная, эффективная); порог (вредного однократного, вредного хронического воздействия); концентрация (пороговая, летальная, критическая, эффективная); степень токсичности; зона однократного острого и хронического действия. Ассимиляционная емкость экосистемы. Классы опасности веществ (последовательность установления класса опасности хим. вещества и критерии классов).

4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И ЕЕ ЗАЩИТА; Замкнутые технологические схемы газооборотов. Методы и принципы очистки отходящих газов от пыли, аэрозолей и других загрязняющих веществ. Понятие ПДК и ПДВ

5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ГИДРОСФЕРЫ И ЕЕ ЗАЩИТА; процессы самоочищения водоемов. Классификация сточных вод. Понятие ПДК и ПДС. Основные методы очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические, биологические.

7. ЗАХОРОНЕНИЕ И ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ; Классификация отходов, их кодирование, селективный сбор, транспортировка и переработка отходов, захоронение радиоактивных и уничтожение и переработка токсичных отходов

8. СИСТЕМА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА; Виды мониторинга (глобальный, региональный, локальный; фоновый, импактный). Направления деятельности экологического монторинга, объекты мониторинга, контрольные показатели

9. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ; Виды природопользования. Классификация природных ресурсов. Принципы рационального природопользования. Оценка природных ресурсов; ущербы при нерациональном природопользовании. Эффективность природопользования. Управление природопользованием. Экологическое право и его основные источники

2. ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Тема 1. Экология – как наука

1.1. Экология как самостоятельная наука сформировалась в ХХ веке. Правильно ли утверждение, что экологические знания накапливались с древнейших времен? Свой ответ обоснуйте.

1.2. «Экология – наука будущего ». В чем вы видите правомерность этого тезиса?

1.3. Каких известных ученых прошлого можно отнести к экологам? Почему?

1.5. Почему экологию относят к системным наукам? Назовите основные виды систем и присущие им связи.

1.6. Кто из ученых прошлого впервые обратил внимание на специфическую роль человека и ее возможные катастрофические последствия?

1.7. Подумайте, как можно обобщить и объединить отдельные (частные) направления экологии в группы (по уровням изучения, по сферам применения). Составьте упрощенную схему «Структура экологии», выделив ее основные подразделения.

1.8. Покажите связь экологии с биологическими, техническими и социальными науками.

1.9. Как вы понимаете термин «экологическая этика»? Обоснуйте свой ответ.

1.10. Рассмотрите с позиций экологии тезис : «природа – не храм, а мастерская, и человек в ней – работник».

Пример решения задачи:

Содержание О2 в атмосфере равно 1,2·1015т. Способность биомассы производить О2 составляет 2·1011 т/год. Количество кислорода в атмосфере, несмотря на продуктивность биомассы, уменьшается в среднем на 1·1011 т/год. Оцените вклад населения планеты как отдельных потребителей О2 в уменьшение его концентрации. Перечислите главные источники потребления кислорода, на что заменяется кислород в атмосфере.

Ежегодное уменьшение содержания кислорода в атмосфере равно наблюдаемому уменьшению его содержания плюс способность биоты производить кислород, то есть:

Qум = 2·1011 + 1·1011 = 3·1011 т/год.

Следовательно, запасов кислорода в атмосфере, при сохранении современного уровня его потребления, хватит на

t = 1,2·1015/ 3·1011 = 4000 лет.

Vч= 4·30·0,3·0,21 = 7,56 л/мин

или Vч= 7,56·60·24·365 = 3,97·106л/год, или 3,97·103 м3/год.

Так как плотность кислорода равна 1,3 кг/м3, то годовое потребление кислорода одним человеком составляет:

Q =3,97·103·1,3 = 5,16·103 кг/год или 5,16 т/год.

А все человечество ежегодно потребляет в 6 млрд. раз больше, а именно

Qсум = 5,16·6·109 = 30,96 млрд. т/год.

Окончательно, вклад человечества в потребление кислорода равен:

Дчел = Qсум /Qум = 30,96·109/3·1011 = 0,1032 или 10,32%.

Поглощаемый в процессе техногенной деятельности человека кислород замещается в атмосфере, главным образом, на СО2.

Задания для контрольных работ

2.1. По оценкам ученых, биосфера существует 3-4 млрд. лет. За последние 200 млн. лет исчезло 900 тыс. видов. В настоящее время скорость исчезновения на 5 порядков больше (24 вида/сут). Оцените, за какой промежуток времени видовое разнообразие на планете уменьшится на 10% при сохранении современной тенденции. Известное количество видов составляет 1,7 млн. Перечислите основные причины и следствия уменьшения видового разнообразия на планете.

2.2. Почему в современной биосфере не может возникнуть новая форма жизни?

2.3. Вернадский в своей теории возникновения и развития биосферы говорил о невозможности самозарождения жизни?

2.4. Английский астрофизик Ф. Хойл опубликовал фантастический роман «Черное облако», в котором рассказывалось о том, как Солнечную систему посетили таинственные обитатели космических миров – огромное облако, в котором во взвешенном состоянии находились многие органические соединения. Они были настолько взаимосвязаны, что образовавшееся облако стало живым и даже разумным. В основу романа ученый положил реальные исследования, а в 1977 г. совместно с Ч. Викрамасингхом выдвинул теорию, ставшую настоящей сенсацией. Что это за теория? Получила ли она дальнейшее развитие?

2.5. Авторы какой теории возникновения и эволюции биосферы в качестве доказательств привели египетские пирамиды?

2.7. Содержание О2 в атмосфере равно 1,2·1015 т. Ежегодное уменьшение содержания кислорода в атмосфере равно 3·1011 т. Оцените вклад населения планеты как потребителей кислорода в уменьшение его концентрации. Перечислите главные источники потребления кислорода, на что заменяется кислород в атмосфере. Для расчетов используйте следующие данные: население планеты – 5,6 млрд. человек, средний объем легких 4 л, средняя частота дыхания 30 дыханий/минуту, средний газообмен в легких 30 %, содержание О2 в воздухе – 21%.

2.8. Содержание О2 в атмосфере равно 1,2·1015 т. Ежегодное уменьшение содержания кислорода в атмосфере равно 3·1011 т. По оценкам специалистов, при содержании кислорода в воздухе порядка 17,5 % человек начнет задыхаться. Через сколько лет это может наступить при условии постоянства убыли О2?

2.9. Самолет при перелете из Москвы до Владивостока потребляет примерно 30-40 т кислорода. Используя данные по дыхательной функции человека (см.2.17), оцените, для какого количества людей хватит этого кислорода, чтобы обеспечить их биологическую потребность в течение 1 года.

2.10. Автомобиль, проехав расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга, в среднем расходует объем кислорода, который достаточен для обеспечения дыхательной функции одного человека в течение года. Оцените:

-Какое количество кислорода потребляет автомобиль на 1 км пути?

-Какое количество СО2 выбрасывает автомобиль за эту поездку?

-Сколько поглощают О2 и выбрасывают СО2 все автомобили мира за 1 год?

Соотнесите полученные данные с биологическими потребностями человечества. Каким образом это отразится на биосфере?

В расчетах принять следующие величины:

состав атмосферного воздуха: О2 – 20,95%; СО2- 0,0343%;

состав выдыхаемого воздуха: О2- 16,4%; СО2 –4%;

средний объем легких человека – 4 л;

средняя частота дыхания 30 дыханий /минуту;

средний обмен газа в легких 30 %;

автомобильный парк мира около 660 миллионов единиц;

среднегодовой пробег 1 автомобиля – 25000 км;

расстояние от Москвы до Санкт-Петербурга – 600 км.

Тема 3. Организмы и среда

Пример решения задачи

Определите, каким растениям из нижеперечисленных соответствует каждая кривая толерантности. Какой вид можно считать эврибионтным, а какие – явные стенобионты?

Рогоз, мятлик, ольха, полынь, ива (пунктиром показан тимьян).

Рогоз произрастает на сырых почвах, по берегам рек, озер, следовательно, ему соответствует кривая – 5; мятлик, в основном, в луговых степях, где почвы слабо влажные – слабо сухие, то есть ему отвечает кривая 2; ольха может произрастать в диапазоне почв слабо влажные – сырые, следовательно, это кривая 3; полынь – обитатель засушливых, засоленных степей – кривая 1; ива – произрастает по берегам рек и болот, значит, ей отвечает кривая 4.

Из всех перечисленных видов полынь и рогоз являются явными стенобионтами, так как обладают наиболее узкой зоной экологической валентности (толерантности) к фактору влажности. А остальные виды можно считать эврибионтами, из которых ольха – самый явный.

Задания для контрольных работ

3.1. Какие из абиотических факторов лимитируют распространение жизни в океане, но обычно не лимитируют распространение жизни на суше?

3.2. Какие экологические факторы оказывают наибольшее влияние на численность современных пресмыкающихся?

3.3. Что является показателем оптимальности факторов среды? В чем выражено стрессовое состояние вида? Чем характеризуется предел устойчивости? Почему численность вида различна в различных зонах влияния фактора и за пределами его устойчивого действия?

3.4. Примером действия какого экологического фактора является строительство плотины? Спрогнозируйте последствия для наземных и водных экосистем.

3.5. Определите, каким растениям из нижеперечисленных соответствует каждая кривая толерантности. Какой вид можно считать эврибионтным, а какие – явные стенобионты?

Тростник, типчак, береза, ковыль, осока (пунктиром показан тимьян).

3.6. Определите, каким растениям из нижеперечисленных соответствует каждая кривая толерантности. Какой вид можно считать эврибионтным, а какие – явные стенобионты?

Ковыль, очиток, береза, вереск, тимьян (пунктиром показан типчак).

3.7. В чем различие экзотермных и эндотермных животных? Как те и другие поддерживают свой тепловой баланс? Приведите примеры животных из каждой группы.

3.8. Перечислите названия экологических форм растений, приведенных ниже на рисунке. Назовите наиболее ярких представителей каждой группы. К каким экологическим факторам выработаны данные морфологические адаптации?

3.9. Перечислите названия экологических форм рыб, приведенных ниже на рисунке. Назовите наиболее ярких представителей каждой группы. К каким экологическим факторам водной жизненной среды выработаны данные морфологические адаптации?

Пример решения задачи

На лугу растет люцерна, энергетический эквивалент которой равен 1 млн/кДж. Какое максимально возможное количество привеса мышечной ткани ( в энергетических единицах) человека можно получить при забое стада телят, которых кормили этой люцерной?

В соответствии с правилом 10%: с предыдущего трофического уровня на последующий переходит в среднем 10% энергии, потребленной с пищей.

В рассматриваемой задаче два таких перехода энергии: от люцерны к телятам и от телят к человеку.

Поэтому максимальный привес мышечной ткани телят составит:

А максимальный привес мышечной ткани человека может достигнуть:

Задания для контрольных работ

4.1. Сколько килограмм свежей травы необходимо для образования 3 кг говядины, если в 1 г сухого вещества позвоночного животного (мяса) заключается 23,5 кДж (5,6 ккал) энергии, а 1 г сухого органического вещества растения в среднем соответствует 18,7 кДж (4,5 ккал) энергии?

4.2. В изучаемой экосистеме скорость образования первичной продукции – 900 кДж/м2 в год, а расходы энергии на поддержание данной экосистемы – 890 кДж/м2 в год. Определите тип сукцессии экосистемы. Как далека она от климаксного состояния?

4.3. Через какое время экосистема вернется в климаксное состояние, если в результате пожара на данной территории уцелело 20% всей прежней биомассы, что составляет 104т? Ежегодный прирост биомассы на поврежденной территории в среднем составляет 10% от прежнего уровня, а расход энергии на дыхание экосистемы равен 8%.

4.4. Постройте пирамиду биомассы экосистемы, если 1 га данной экосистемы содержит 2400 кг травы, 100 кроликов по 1,5 кг, 2 лисицы по 12 кг, съедающие по 60 кг мяса в год каждая. Объясните отличие пирамид биомассы для экосистем суши и океана.

4.5. На лугу растет клевер, энергетический эквивалент которого равен 1 млн. кДж. Какое максимально возможное количество привеса мышечной ткани (в энергоединицах) можно ожидать у человека, употреблявшего в пищу мясо телят, выращенных на этом лугу?

4.6. Оцените, превышен ли порог потребления первичной биологической продукции на территории РФ, если на каждого жителя в среднем приходится 11,5 га территории с величиной первичной биологической продуктивности 20 т/га в год, а каждый житель РФ полностью потребляет первичную биологическую продукцию с территории 1,89 га.

4.7. Сосновый лес существует 25 лет. Общая продуктивность составляет 200 м3/га древесины. Найдите текущую продуктивность леса.

4.9. Площадь луга составляет 180 м2. За сутки на 1 м2 поверхности почвы растениями создается количество вещества, эквивалентное 84 кДж. Какое количество вещества составит за год продукция консументов первого порядка, второго порядка?

5. Популяция (население, численность населения)

Пример решения задачи

Прирост численности населения нашей планеты описывается экспоненциальным законом и составляет около 1,9%. Оцените период времени, за который численность населения планеты достигнет 12 млрд. человек.

Изменение численности населения во времени в дифференциальной форме может быть записано в виде:

В интегральной форме это уравнение имеет вид:

После преобразований получим:

t= ln(N/N0)/k=ln(12/6)/0,019=36,48 года.

Задания для контрольных работ

5.1. Какие из представленных кривых передают циклическую динамику численности популяций? Можно ли сказать, что данные кривые иллюстрируют основные типы динамики численности популяций: стабильный, лабильный и эфемерный? Если да, то назовите, какому из приведенных типов соответствует какая кривая, объясните свой выбор и приведите примеры растений и животных с наиболее ярко выраженными типами динамики численности.

5.2.Что понимается под биотическим потенциалом популяции? Почему он не реализуется полностью в природных условиях? Какие факторы препятствуют реализации потенциала? Приведите теоретически возможную и реальную кривую роста численности особей в популяции.

5.3. Средний диаметр бактерий равен 1 мкм (форма сферическая, ρ=1 г/см3). Средний период удвоения массы бактерии 20 минут. Рассчитайте промежуток времени, через который их биомасса станет равной массе земной коры (2·1019т), если прекратится их отмирание. Начальная масса микроорганизмов на земле 1 млрд. т.

5.4. В Саратовской области проживают 2737,3 тыс. человек (1995 г.). Естественный прирост отрицательный и составляет – 5,6 чел. на 1000 человек населения. Рассчитайте период времени, через который численность населения уменьшится вдвое.

5.5. Численность населения РФ в 1995 г. составляла приблизительно 150 млн. чел., убыль населения составляет 1,5 % ежегодно. Оцените период, когда население достигнет 100 млн. человек. К каким последствиям это может привести?

5.6. Средняя численность населения Верхневолжского региона на 1995 г. составила около 5 млн. человек. Средняя убыль населения в регионе – 5,5%. Оцените время снижения численности в 10 раз.

5.7. На рисунке приведен рост численности двух видов Paramecium:1 – Aurelia, 2 – Candatum в условиях отдельного (а) и совместного (б) выращивания. Какой тип кривой роста популяции характерен для каждого из двух видов при выращивании раздельно? За какие ресурсы идет конкуренция между ними при их росте в одной культуре? Какие факторы обеспечивают преимущество Aurelia в конкуренции с Candatum?

5.8. На рисунке показаны три типа кривых выживания (А, Б, В). В популяции какого типа требуется большая скорость размножения для поддержания стабильной численности? Поясните ваш выбор. Приведите характерные примеры для каждой кривой.

На рисунке: В,% – выживаемость.

5.9. Ниже приведены данные о среднем числе оплодотворенных яиц, производимых в течение всей жизни самками различных животных. Сколько оплодотворенных яиц от одной самки в среднем должно выжить, чтобы численность популяции каждого из перечисленных видов оставалась постоянной? Оцените для каждого вида число потомков, которые должны погибать до наступления половой зрелости, чтобы численность популяции не изменялась, затем найдите величину смертности в дорепродуктивный период. Объясните, почему плодовитость трехиглой колюшки и акулы намного меньше, чем у других рыб, указанных в таблице.

Источник

Основы экологии

Проблемы экологии как науки. Среда как экологическое понятие, ее основные факторы. Среды жизни, популяции, их структура и экологические характеристики. Экосистемы и биогеоценоз. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Охрана окружающей среды.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Челябинский государственный промышленно-гуманитарный техникум

для студентов среднего профессионального образования

Предисловие