Экология

Среда, экологический фактор среды, биотические факторы, абиотические факторы, ведущие и фоновые факторы среды, лимитирующие факторы, схема экологического спектра (обозначить зоны оптимума, пессимума, границы жизнедеятельности вида), экологическая валентность, лимитирующий фактор, толерантность, закон минимума Либиха,

3. Лабораторная работа №3 Важнейшие абиотические факторы и адаптации к ним организмов

3.1.Задание

1.Построить световые кривые фотосинтеза для следующих растений: кукуруза, пшеница, бук, мхи.

2.Определить процент использования солнечной энергии лесом. Полученные результаты занести в таблицу 5.

Таблица 5

Количество древесины, производимой за год одним гектаром леса и процент использования солнечной энергии

		Приток	Количество	Количество	Процент ис-
№	Группа леса	солнечной производимой энергии, запользования
		энергии,	древесины,	ключенной в	солнечной
п/п		(кДж/га)го	(тыс. кг/га)	1 г древеси-	энергии ле-
		д	год	ны, кДж	сом
1	Хвойный	3,8х1010	10	19
2	Широколи- 4,0х1010		7	16
	ственный

3. Определить когда зацветут мать-и-мачеха и земляника, если средняя многолетняя температура мая +12°С, июня + 15°С. Полученные результаты занести в таблицу 6.

Таблица 6

11

Сумма эффективных температур, температура развития и время цветения некоторых видов растений

№			Сумма эффек-			Температура по-		Время цвете-
п/п		Растение	тивных темпера-			рога развития, °С			ния, дней
			тур, °С
1	Мать-и-мачеха		77			2
2	Земляника		500			5
4.	Заполнить таблицу		адаптации к засушливым условиям (табл. 7).
									Таблица 7
		Адаптации к засушливым условиям у растений и животных
п/п		Адаптация			Морфофизиологическая				Пример
					характеристика
I		Уменьшение потери во-		1.	Листья превращены в иглы
		ды		2. Толстая восковая кутикула
				3.	Дыхательные отверстия за-
				крыты клапанами
II		Увеличение поглощения		1.	Длинные корни
		воды		2.	Обширная поверхностная
				корневая система
				3.	Прорытие ходов к воде
III		Запасание воды		1.	В слизистых клетках и кле-
				точных стенках
				2.	В виде жира (вода продукт
				окисления)
IV		Уклонение от проблемы		1.	Переживают неблагопри-
				ятный период в виде луковиц,
				клубней
				2.	Летняя спячка в слизистом
				коконе

3.2. Пояснения к заданию

Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Около 42 % всей падающей солнечной радиации отражается атмосферой, 15 % поглощается толщей атмосферы и идет на ее нагревание и только 43 % достигает земной поверхности. Эта доля радиации состоит из прямой радиации (27 %) и рассеянной (16 %) — лучей, рассеянных молекулами газов воздуха, капельками воды, кристаллами льда, частичками пыли. Общую сумму прямой и рассе-

12

янной радиации называют суммарной радиацией. Но и эта радиация не используется растениями продуктивно. В среднем только 1 – 5 % падающего на растения света используется для фотосинтеза.

По отношению к интенсивности света различают следующие экологические группы растений: светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые.

Усветолюбивых растений интенсивность фотосинтеза достигает максимума при полном солнечном освещении. Компенсационный пункт (это интенсивность освещения, при которой процесс дыхания уравновешивается процессом фотосинтеза) лежит в области более высокой освещенности.

Зависимость фотосинтеза от облучения выражается характерной кривой,

которую обычно называют "световой кривой". Расход CO2 в темноте (при дыхании) с постоянным возрастанием интенсивности освещения снижается

идостигает нулевого значения в так называемый точке компенсации – когда интенсивность фотосинтеза и дыхания становятся равны. Рост растения может идти только при освещенности выше компенсационной точки. Чем ниже интенсивность дыхания, тем ниже компенсационная точка. Именно это обстоятельство позволяет теневыносливым растениям произрастать при меньшей освещенности. При низких величинах освещения использование световой энергии бывает максимальным, в таких условиях она является лимитирующим фактором.

Утенелюбивых растений интенсивность фотосинтеза, быстро достигнув максимума, перестает возрастать при усилении освещенности.

Рост и развитие растений помимо интенсивности света зависят также от продолжительности светового и темнового периода. По реакции на продолжительность дня растения делят на три основные группы: длинного дня, короткого и нейтрального. Растения длинного дня цветут и плодоносят при продолжительности дня не менее 12 часов. В группу растений короткого дня входят виды, цветение которых ускоряется при сокращении дневного освещения (менее 12 часов).

К растениям нейтрального дня относят виды, не обладающие фотопериодической реакцией и зацветающие почти одновременно при любой длине дня.

Тепловой режим — важнейшее условие существования живых организмов, так как все физиологические процессы у них возможны при определенных условиях.

Для растений и холоднокровных животных количество тепла, необходимого для развития, определяется суммой эффективных температур.

13

Эффективная температура — это разница между температурой порога развития и реальной наблюдаемой температурой. Сумма эффективных температур определяется по формуле:

С = (t – t1) х n , (3)

где С — сумма эффективных температур, °С; t — наблюдаемая температура, °С;

t1 — температура порога развития, 0С;

п— число дней, имеющих температуру больше t1.

3.3.Справочные данные

1.Данные величины компенсационного пункта и количества поглощаемого углекислого газа у различных растений (табл. 8).

			Таблица8
	Компенсационный пункт и поглощение СО2 у различных растений
№	Растение	Компенсационный	Поглощение СО2, (мг/дм2 ) час
п/п		пункт, клк/м2
1	Кукуруза	10,0	60
2	Пшеница	5,5	30
3	Бук	3,0	15
4	Мхи	0,1	2

2. Данные продуктивности различных групп леса и количество энергии, заключенной в 1 грамме древесины (табл. 5).

3. Данные температурного режима развития некоторых видов растений (табл.6).

3.4. Основные понятия и определения

Прямая радиация, рассеянная радиация, суммарная радиация, фотосинтез, фазы фотосинтеза, компенсационный пункт, светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые растения, растения длинного, короткого и нейтрального дня, тепловой режим, пойкилотермные и гомойотермные организмы, эффективная температура, расчет суммы эффективных температур.

4. Лабораторная работа №4 Структура и динамика популяции

14

4.1.Задание

1.Рассчитать смертность во время спячки в пяти популяциях малого суслика. На каком участке смертность оказалась наиболее высокой? Полученные результаты занести в таблицу 9.

2.Рассчитать плотность популяции дождевых червей в расчете на 1 м2 до и после использования гербицидов. Полученные результаты занести в табли-

цу 10.

3.Рассчитать плотность популяции лося в охотничьих хозяйствах. Дать оценку плотности популяции (оптимальная, низкая, высокая, очень высокая), если для лесов среднего качества плотность популяции лося должна быть 3-5 особей на 1000 га. Полученные результаты занести в таблицу 11.

Таблица 9

Плотность популяции, выживаемость и смертность в различных популяциях малого суслика

Популяция	Плотность перед	Число, экз.		Смертность, %
	впадением в спячку,	выживших	погибших
	экз/га
Первая	160	107
Вторая	90	76
Третья	180	125
Четвертая	110	87
Пятая	105	94

Таблица 10

Число дождевых червей и плотность их популяции до и после использования гербицидов

15

	Кол-во			Размер			Общая площадь			Общее число					Плотность по-
	учетных			учетной			всех учетных			дождевых чер-					пуляции в рас-
	площа-			площадки,			площадок, м2			вей на всех					чете на 1 м2,
	док			м2						учетных пло-						экз.
										щадках, экз.
										вариант					вариант
										1		2		3	1		2		3
						До использования гербицидов
8				0,25				2,0		80		95		68
					После использования гербицидов
10				0,25				2,5		35		48		24
																	Таблица 11
	Площадь охотничьего хозяйства, численность и плотность популяции лося
	№ Площадь				Леси-			Пло-		Числен-				Плотность				Оценка
	п/п охотничье-				стость, %			щадь,	ность лося,					популяции				плотно-
	го хозяйст-							занятая		особ.				лося, осо-					сти
		ва, га						лесом, га						бей/1000 га
	1	39000				73			130
	2	45000				67			121
	3	50000				71			137
	4	57000				84			168
	5	63000				80			155

4.2. Пояснения к заданию Популяция — группа особей одного вида, находящихся во взаимодейст-

вии между собой и совместно населяющих общую территорию. Основные характеристики популяции следующие:

1.Численность — общее количество особей на определенной территории.

2.Плотность популяции — среднее число особей на единицу площади или объема.

3.Рождаемость — число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения.

4.Смертность — количество погибших в популяции особей за единицу времени.

5.Прирост популяции — разница между рождаемостью и смертностью. 6.Темп роста — средний прирост за единицу времени.

16

Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношение групп по полу, возрасту, поведенческим особенностям отражает структуру популяции. Она формируется, с одной стороны на основе общих биологических свойств вида, а с другой — под влиянием абиотических факторов среды и популяции других видов.

Структура популяции не стабильна. Рост и развитие организмов, рождение новых, гибель от различных причин, изменение окружающих условий, увеличение или уменьшение численности врагов — все это приводит к изменению различных соотношений внутри популяции.

Зависимые от плотности рождаемость и смертность обусловливает регуляцию численности популяции. С увеличением плотности удельная рождаемость со временем снижается, а удельная смертность возрастает. При плотности, соответствующей точке пересечения кривых рождаемости и смертности, численность популяции не меняется. Такая плотность отвечает состоянию устойчивого равновесия и называется плотностью насыщения.

При расчете смертности в популяции малого суслика сначала определяют число погибших особей по формуле:

H = a1 −a2 (4)

где H — число погибших особей, экз.; a1 — плотность перед впадением в спячку, экз./га; а2 — число выживших особей, экз.

После этого определяют смертность по формуле:

C = H 100 , (5) a1

где C – смертность, %; Н – число погибших особей, экз.; a1 - плотность перед впадением в спячку, экз./га.

Плотность популяции дождевых червей в расчете на 1 м2 определяется по формуле:

P=K/S (6)

где Р — плотность популяции, экз./м2; К — число дождевых червей на всех учетных площадках, экз.; S — общая площадь всех учетных площадок, м2.

При расчете плотности популяции лося сначала определяют площадь охотничьего хозяйства, которая покрытая лесом:

17

	S = S1		L
		100		(7)

где S — площадь, покрытая лесом, га; S1 — площадь охотничьего хозяйства, га; L — лесистость, %.

Плотность популяции лося после этого определяют по формуле:

N = SA 1000 (8)

где N — плотность популяции, особ./1000 га; А — численность лося, особ.; S — площадь, покрытая лесом, га.

На территории площадью 100 км2 ежегодно производили рубку леса. На момент организации на этой территории заповедника было отмечено 50 лосей. Через 5 лет численность лосей увеличилась до 650 голов. Еще через 10 лет количество лосей уменьшилось до 90 и стабилизировалось в последующие годы на уровне 80–110 голов.

4.3.Справочные данные

1.Данные плотности популяции малого суслика и число выживших особей (табл.9).

2.Данные размера учетных площадок и общего числа дождевых червей на них до и после использования гербицидов (табл.10).

3.Данные площади охотничьего хозяйства, его лесистости и численности популяции лося (табл. 11).

4.4. Основные понятия и определения

Популяция, численность популяции, плотность, популяции, рождаемость, смертность, прирост популяции, темп роста популяции, структура популяции, регуляция численности популяции.

5. Лабораторная работа №5 Определение степени очистки сточных вод

5.1. Задание

18

1.Определить степень разбавления сточных вод у ближайшего пункта водопользования. Полученные результаты занести в таблицу 12.

2.Определить степень очистки сточных вод по содержа нию взвешенных веществ Полученные результаты занести в таблицу 12.

3.Определить степень очистки сточных вод от содержания в них вред-

ных веществ. Полученные результаты занести в таблицу 12.

			Таблица 12
	Степень очистки сточных вод
Вариант	Степень разбав-	Степень очистки сточ-	Степень очистки
	ления сточных	ных вод по содержанию	сточных вод от
	вод	взвешенных веществ, %	вредных веществ, %
Первый
Второй
Третий
	5.2.	Пояснения к заданию.

Вода требуется человеку для удовлетворения самых разнообразных нужд. В зависимости от целевой направленности, применение воды подразделяется на два вида: водопользование и водопотребление.

Водопользование — способ использования воды как среды или механического источника без изъятия ее из водо емов.

Водопотребление — это забор воды из источника для различных целей. Водопотребление характеризуется безвозвратным расходом некоторой части воды и ее загрязнением. Требования к качеству воды зависят от цели ее использования. Одни требования предъявляются для воды хозяйственно- питьевого назначения, другие - для промышленных целей и т. д.

Для оценки качества воды определяются ее физические свойства и химический состав. К физическим показателям качества воды относятся температура, запах, вкус, прозрачность, мутность, цветность, плотность.

Чистая вода, взятая в малом объеме, бесцветна. В толстом слое она голубого оттенка. Иные оттенки свидетельствуют о наличии в воде различных растворенных и взвешенных примесей.

Взвешенные вещества — это крупные частицы (больше 1*10 4 мм), задерживающиеся бумажными фильтрами. Они характеризуют загрязненность воды глиной, песком, силикатными породами.

19

Природные воды часто бывают мутными из-за присутствующих в них взвешенных частиц глины, песка или органических взвесей. Сточные воды могут усилить мутность воды.

При решении вопроса о спуске сточных вод в водоем исходя из возможного их разбавления водой данного водотока или водоема.

Разбавление сточных вод — это процесс снижения концентрации загрязняющих веществ в водостоках и водоемах, протекающий вследствие перемешивания сточных вод с окружающей средой. Интенсив-

ность	процесса разбавления количественно характеризуется сте-
пенью	разбавления, определяется по формуле:
	n = r•Q+q/q (9)

n- степень разбавления, соответствующая условию полного смешания сточных вод с водой реки; Q — расход воды реки, м3/сек; q — расход сточных вод, м3/сек; r — коэффициент смешания.

При проектировании, среднемесячный расход воды реки и коэффициент смешания берутся из данных гидрометеорологической службы, а расход сточных вод определяется расчетным путем или по аналогии с действующим предприятием подобного профиля.

Необходимая степень очистки сточных вод по содержанию взв е- шенных веществ определяется по формуле:

ЭВЗВ =	СВЗВ −СВЗВ			100 , (10)
	СТ	ВЗВ	О
		С
		СТ

где ЭВЗВ – искомая степень очистки сточных вод, %; С ВЗВСТ - концентрация взвешенных веществ в сточных водах до очистки, мг/л; СВЗВО - расчетная

концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах перед сбросом в водоем, мг/л.

Расчетная концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах перед сбросом их в водоем определяется по формуле:

СОВЗВ = СВВЗВ +п СДОПВЗВ , (11)

где СВЗВО - расчетная концентрация взвешенных веществ в очищенных сточных водах, мг/л; СВЗВВ - концентрация взвешенных веществ в воде реки до сброса сточных вод, мг/л; n – степень разбавления сточных вод в расчетном створе; СДОПВЗВ - допустимое увеличение содержания взвешенных ве-

ществ в реке после сброса сточных вод (для водоемов хозяйственно – питьевого водоснабжения и водоснабжения пищевых предприятий – 0,25 мг/л;

20