Основные проблемы современной экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Экология и практическая деятельность человека

2. Калий-40, Радий-226, Уран-238, Торий-230. Краткая характеристика (радиация в почве)

3. Экологические факторы

4. Радионуклиды, способы определения, методы обезвреживания

5. Основные проблемы современной экологии

6. Радиация и здоровье людей

7. Агроэкосистемы

8. Нитрозамины и афлатоксины

9. Почва как среда обитания жизни организмов. Особенности адаптации почвенных видов

10. Нитраты и нитриты в кормах, их влияние на здоровье животных и использование питательных веществ

11. Закон толерантности

12. Среды жизни и адаптации к ним живых организмов

13. Экологические особенности биологически значимых радионуклидов

14. Наземно-воздушная среда жизни

15. Тяжелые металлы, классификация, свойства, методы обезвреживания

16. Радиобиология биологическое действие ионизированного излучения

17. Основные понятия экологии. Задачи науки и схема эколого-аналитического мониторинга токсических веществ в соответствии с мировыми стандартам

18. Ионизирующая радиация как экологический фактор

19. Экосистема. Структура экосистемы

20. Основные законы экологии

21. Определение пестицидов в продукции

22. Водная среда жизни

23. Радионуклид стронций. Поступления и пути в организме

24. Методологическая основа современной экологии

25. Организация лаборатории по анализу токсических вещества

26. Накопление радионуклидов в сельскохозяйственной продукции и пути ее защиты от радиоактивного загрязнения

27. Эврибионты и стенобионты

28. Радионуклиды и их влияние на качество животноводческой продукции

29. Методы определения содержания тяжелых металлов

30. Структура и отрасли экологии

31. Экологическая безопасность

32. Накопление радионуклидов в органах и тканях



1. Экология и практическая деятельность человека

Положение человека в биосфере двояко. Как биологические объекты, мы тесно зависим от физических факторов среды и связаны с нею через питание, дыхание, обмен веществ. Человеческий организм имеет свои приспособительные возможности, которые выработались в ходе биологической эволюции. Изменения физической среды - газового состава воздуха, качества воды и пищи, климата, потока солнечной радиации и другие факторы отражаются на здоровье и работоспособности людей.

Однако главной особенностью человека, отличающей его от других видов, является новый способ взаимодействия с природой через создаваемую им культуру. Как мощная социальная система, человечество создает на Земле свою, интенсивно развивающуюся культурную среду, передавая от поколения к поколению трудовой и духовный опыт.

Процесс этот противоречив. Масштабы взаимодействия современного общества с природой определяются в основном небиологическими потребностями человека. Они связаны с непрерывно нарастающим уровнем технического и социального развития. Техническая мощь человека достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Так, строительная и горнодобывающая техника ежегодно «перемещает на поверхности Земли больше материала, чем сносится в моря всеми реками мира в результате водной эрозии. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на состав атмосферы и Мирового океана.

В условиях современной хозяйственной деятельности человека реальна возможность полного подрыва естественных воспроизводительных сил природы, множатся примеры безвозвратных потерь отдельных популяций и видов живых организмов, ухудшается экологическая обстановка на нашей планете. К. Маркс указывал, что «культура, если она развивается стихийно, а не направляется сознательно… оставляет после себя пустыню».

Однако вместе с техническим оснащением растет и научная вооруженность человеческого общества. Одним из успехов естествознания XX в. явилось осознание неразрывного диалектического единства общества и природы, необходимости перехода от концепции господства человека над природой к концепции взаимодействия с ней.

В. И. Вернадский в первой половине нашего века предвидел развитие биосферы в ноосферу - сферу разума. Определяя сегодняшний этап развития биосферы и населяющего ее человеческого общества, можно сказать, что в биосферных явлениях технологические и вообще антропогенные процессы будут играть все возрастающую роль.

Развитие экологии как науки, изучающей взаимоотношения организмов с окружающей средой, привело к пониманию того, что человеческое общество в своих связях с природой также должно подчиняться экологическим законам. Это резко изменило роль экологии, которая приобрела особую ответственность за решение многих проблем, связанных со способами хозяйствования человека на планете. Главные из них - проблемы рационального использования природных ресурсов и обеспечение устойчивости среды жизни.

Задача современного естествознания - разработать такую систему мероприятий, которая обеспечила бы функционирование биосферы в новых условиях и неограниченно долгое существование человечества на нашей планете.

В сложной иерархической организации живой природы заложены огромные резервы саморегуляции, но для вскрытия этих резервов необходимо грамотное вмешательство в процессы, протекающие в биосфере. Стратегию такого вмешательства может определить экология, опирающаяся на достижения естественных и социальных наук.

Глобальный характер экологических проблем приводит к тому, что при их решении сталкиваются интересы различных общественных групп, социальных институтов, отдельных стран, регионов, социально-экономических систем, поэтому они становятся объектом острой идеологической и политической борьбы, столкновения мировоззренческих установок. Дискуссии, которые ведутся вокруг экологических проблем, все больше выходят за чисто научные рамки и привлекают активное внимание мировой общественности.

В основу всех отраслей народного хозяйства должны быть положены фундаментальные экологические принципы. Это обеспечит успешное развитие всех производительных сил и получение высококачественной продукции в количестве, достаточном для всего населения.

Классификация токсикантов по степени опасности: физико- химические свойства и распространение по экологическим цепочкам. Основные источники токсических веществ.

Поведение загрязняющих веществ в природной среде будет различным в зависимости от их источника поступления в окружающую среду. При анализе общей картины воздействия на природные объекты знание специфики воздействия различных источников антропогенной нагрузки позволяет во многих случаях отличать воздействие конкретной технической системы или промышленного объекта на живые организмы, их сообщества и население от воздействия других объектов или технических систем, расположенных как в непосредственной близости, так и на значительном удалении.

Промышленные источники загрязнения, т.е. предприятия промышленности и энергетики, вследствие функционирования которых происходят выбросы в атмосферу, сбросы в водоемы и захоронение загрязняющих веществ;

- транспортные источники загрязнения, связанные с функционированием транспортных средств и объектов, например, загрязнение почвенных покровов и поверхности растений опасными веществами за счет эксплуатации автотранспорта (выхлопные газы, протечки горючего и смазки, стирание колес и дорожного покрытия), из-за потерь перевозимых грузов и т. д.;

- сельскохозяйственные источники загрязнения, возникающие в процессе сельскохозяйственного производства, например, применение минеральных удобрений, обработка полей и сельскохозяйственных угодий пестицидами и гербицидами и т. д.;

- хозяйственно-бытовые источники, связанные с бытовыми условиями и жизнедеятельностью отдельно взятых людей и с функционированием созданной для них искусственной среды обитания;

- специфические военные источники загрязнения, например, испытание и применение различных видов оружия как на полигонах, так и в условиях полевых действий.

Каждый из перечисленных источников загрязняет окружающую среду как в условиях нормальной эксплуатации, так и при авариях и катастрофах.

Необходимо различать три наиболее значимых пути поступления загрязняющих веществ в природные среды:

1) выбросы в атмосферу загрязняющих веществ в виде газов, аэрозолей и мелких твердых частиц (зола, сажа, пыль);

2) сброс в водную среду и непосредственное загрязнение поверхности почв и растительности загрязняющими веществами в жидкой растворимой или нерастворимой форме;

3) захоронение отходов антропогенной деятельности.

Для каждого типа источника перечисленные пути имеют свою специфику. Выбросы в атмосферу и сбросы в водоемы загрязняющих веществ с промышленных объектов при их нормальной эксплуатации, распространяясь на расстояния несколько десятков километров от источника, создают локальное и региональное поле загрязнения природной среды. Обработка сельскохозяйственных угодий пестицидами создает локальное загрязнение местности на расстоянии до нескольких километров, а выбросы и сбросы при эксплуатации транспорта создают локальное загрязнение вблизи дорог, мест стоянок и ремонта автомашин в радиусе до сотен метров и т. д.

2. Калий-40, Радий-226, Уран-238, Торий-230. Краткая характеристика (радиация в почве)

Kалий-40 -- радиоактивный изотоп химического элемента калия с атомным номером 19 и массовым числом 40. Изотопная распространённость калия-40 в природе составляет 0,0117 %. Удельная активность 1 грамма K равна 2,652Ч10 Бк. Весь имеющийся на Земле калий-40 образовался одновременно с возникновением самой планеты и с тех пор постепенно распадался. Своим существованием на сегодняшний день нуклид обязан большому периоду полураспада.

Радий-226 -- радиоактивный нуклид химического элемента радия с атомным номером 88 и массовым числом 226. Сообщение об открытии нового радиоактивного элемента «радия» в урановой смолке было сделано 26 декабря 1898 года П. Кюри и М.Склодовской-Кюри совместно с Г. Бемоном. Принадлежит к радиоактивному семейству урана-238. Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 36,577 ГБк. Значение внесистемной единицы измерения активности кюри изначально было определено как радиоактивность эманации радия, находящейся в радиоактивном равновесии с 1 г Ra.

Урамн-238 (англ. uranium-238), историческое название урамн одимн (лат. Uranium I, обозначается символом UI) -- радиоактивный нуклид химического элемента урана с атомным номером 92 и массовым числом 238. Изотопная распространённость урана-238 в природе составляет 99,2745(106) %[2]. Является родоначальником радиоактивного семейства 4n+2, называемого рядом радия. Активность одного грамма этого нуклида составляет приблизительно 12,5 кБк.

Торий-230, историческое название ионий -- радиоактивный нуклид химического элемента тория с атомным номером 90 и массовым числом 230. Открыт в 1907 году американским радиохимиком Бертрамом Болтвудом.

Принадлежит к радиоактивному семейству урана-238.

3. Экологические факторы

Экологимческие фамкторы -- свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.

Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а в жизни гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная часть микроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность.

Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

Организмы испытывают воздействие не статичных неизменных факторов, а их режимов -- последовательности изменений за определённое время.

4. Радионуклиды, способы определения, методы обезвреживания

Радионуклиды - это совокупность атомов, характеризующихся определенным массовым числом, энергетическим состоянием ядер, атомным номером, ядра которых нестабильны и испытывают радиоактивный распад.

Количество известных радиоактивных нуклидов превышает 1800. По типу распада выделяют: a-радионуклиды, b-радионуклиды. Ядра одних радионуклидов подвержены спонтанному делению, а другие распадаются по типу электронного захвата, при котором ядро, захватывая атом с одной из оболочек, выделяет нейтрино.

Большая часть радионуклидов являются источниками радиоактивного излучения, т.к. испускание a- и b-частиц и электронный захват обычно сопровождаются образованием g-излучения, что и ведет к образованию электромагнитного излучения.

Естественные источники создают природный радиационный фон, который представляет собой космическое излучение и радионуклиды земного происхождения, содержащиеся в почве, воде, горных породах. Данные радионуклиды являются внешним источником облучения.

Например, радионуклиды урана и тория, поступая в организм с пищей, воздухом, находятся в организме в равновесных концентрациях и являются источниками внутреннего излучения.

Помимо естественных источников излучения, радионуклиды могут быть получены и искусственным (техногенным) путем. Они образуются на ядерных реакторах, в связи с испытанием ядерного оружия, также используются в медицине, сельском хозяйстве, науке и других отраслях, оказывая на организм человека внутреннее и внешнее влияние.

Попадая в живой организм, радиоактивные элементы вызывают возникновение частиц, оказывающих разрушительное воздействие на живые клетки. Большие дозы повреждают и убивают клетку, останавливают ее деление и вызывают серьезное поражение тканей. Малые дозы радиации могут вызвать генетические изменения, что может проявиться у будущих потомков подвергшегося излучению.

Быстрее всего радиоактивные вещества выводятся из мягких тканей и внутренних органов (цезий, молибден, рутений, йод), а сконцентрированные в костях (стронций, плутоний, барий, иттрий, цирконий) - медленно.

Немалое количество радионуклидов поступает в организм человека с пищей. Ведущим поставщиком являются хлеб; далее по убыванию: молоко, овощи, фрукты, мясо, рыба. Причем в морской рыбе радионуклидов содержится меньше, чем в пресноводной, что связано с высокой минерализацией морской воды.

Для выведения из организма радиоактивных веществ рекомендовано употреблять по 2-6 г в день яичной скорлупы ввиду содержащегося в ней кальция.

В чем опасность тяжелых металлов как экотоксикантов

Экотоксиканты - это экологически опасные факторы химической природы, которые способны долгое время сохраняться, мигрировать и накапливаться в ее биотических и абиотических компонентах. В концентрациях, превышающих естественный природный уровень, экотоксиканты оказывают токсическое воздействие, как на окружающую среду, так и на здоровье человека.

Сегодня при изучении экотоксикантов большое внимание уделяется особенностям их кинетики, метаболизма, биотрансформации, кумуляции и концентрации; движению по пищевым цепочкам; переносу и переходам из одной среды в другую; возможностям превращений во вторичные загрязнители; их влиянию на различные организмы, входящие в экосистемы.

К экотоксикантам, имеющим приоритетное значение по степени опасности для окружающей среды и здоровья человека, из неорганических относятся тяжелые металлы, а из органических - нефть и нефтепродукты, полихлорированные и полициклические ароматические углеводороды. Особую опасность для человека представляют собой стойкие экотоксиканты диоксины, которые приводят к развитию диоксиновой патологии.



5. Основные проблемы современной экологии

Изначально проблемы экологии разделяют по условиям масштаба: они могут быть региональными, локальными и глобальными.

Примером локальной экологической проблемы является завод, который не очищает промышленные стоки перед тем, как сбросить их в реку. Это приводит к гибели рыб и вредит человеку.

В качестве примера региональной проблемы можно взять Чернобыль, а точнее - почвы, которые к нему прилегают: они радиоактивны и представляют угрозу для любых биологических организмов, находящихся на этой территории.

Далее мы уделим внимание глобальным экологическим проблемам.

Глобальные экологические проблемы человечества. Этот ряд проблем экологии имеет огромные масштабы и влияет непосредственно на все экологические системы, в отличие от локальных и региональных.

Экологические проблемы: потепление климата и озоновые дыры. Потепление ощущается жителями Земли по мягким зимам, которые раньше были редкостью. С тех пор, как проводился первый международный год геофизики, температура приземистого воздушного слоя возросла на 0,7 °С. На Северном полюсе нижние слои льда начали подтаивать из-за того, что вода потеплела на 1°С

Некоторые ученые придерживаются мнения, что причина этого явления - так называемый «парниковый эффект», который возник из-за большого количества сжигания топлива и скопления углекислого газа в атмосферных слоях. Из-за него нарушается отдача тепла и воздух охлаждается медленнее.

Другие же считают, что потепление связано с солнечной активностью и человеческий фактор здесь не играет существенной роли.

Озоновые дыры - еще одна проблема человечества, связанная с техническим прогрессом. Известно, что жизнь зародилась на Земле только после того, как возник защитный озоновый слой, который оберегает организмы от сильного излучения УФ.

Но в конце 20 века ученые обнаружили, что над Антарктидой крайне малое содержание озона. Такое положение сохраняется и до сих пор, поврежденная площадь при этом приравнивается к размерам Северной Америки. Такие аномалии обнаружены и в других областях, в частности, озоновая дыра есть над Воронежем.

Нитраты и нитриты. Метод определения нитритов основан на фотометрическом измерении интенсивности окраски азосоединения розово-малинового цвета, образующегося при реакции нитритов с альфа-нафтиламином и сульфаниловой кислотой (реактив Грисса) в кислой среде после водного извлечения их из исследуемых проб.

Реакция специфична для нитритов.

Метод определения нитратов основан на водном извлечении их из исследуемых проб, количественном восстановлении нитратов в нитриты и последующем определении нитритов с реактивом Грисса.

Нитраты -- соли азотной кислоты, устаревшее название селитры, в настоящее время термин используется преимущественно как название для удобрений в сельском хозяйстве. Они не относятся к ядовитым веществам, но представляют опасность тем, что из них образуются нитриты -- соли азотистой кислоты. Именно нитриты могут оказывать токсическое действие на человека, как прямое, так и опосредованное, через образование других вредных веществ, например, нитрозаминов.

Нитриты в окружающей среде представлены мало, и в пищевых продуктах они появляются за счет искусственного внесения их в виде пищевых добавок, или они образуются из нитратов при хранении и приготовлении продуктов.

Также и нитрозамины - они образуются при нарушении условий хранения картофеля, капусты, моркови, столовой свеклы. Как правило, это сопровождается гниением сельскохозяйственной продукции.



6. Радиация и здоровье людей

Источники ионизирующего излучения используются в медицине, в геологии, в транспорте, в быту, в других местах и, несмотря на то, что нас пытаются успокоить установлением различных норм радиационной безопасности - природа радиации такова, что несёт только разрушение. Речь идёт только об искусственных источниках радиации (ионизирующего излучения), естественные источники, потому так и называются, что избавиться от них не в нашей воле и человечество зарождалось и прошло свою эволюцию в их присутствии. Естественные источники, в некоторых случаях тоже могут быть ионизирующим излучением, но в нормальных условиях не считаются таковыми и не несут угрозы здоровью.

Воздействие радиации на человека называют облучением. Угрозу для здоровья представляет именно Ионизирующее излучение - поток гамма-частиц обладающих большой мощностью, и способных ионизировать вещество с которым взаимодействует. В результате воздействия ионизирующего излучения на клетки человека в них образуются свободные радикалы(частицы с неспаренным электроном), а как известно из химии - атом стремится заполнить свою орбиталь и либо отдаёт лишний электрон, либо забирает его у соседнего атома. Таким образом, запускается цепная реакция в клетках по "обмену электронами".

Последствия действия радиации (облучения):

• нарушение обмена веществ и эндокринного равновесия;

• иммунодепрессия и иммунодефицит;

• возникновение лейкозов и злокачественных опухолей;

• нарушение работы некоторых органов (например, щитовидной железы);

• воздействие на наследственность;

• нарушение органов зрения (возникновение катаракты);

• сердечно-сосудистые заболевания;

• временная или постоянная стерильность;

• сокращение средней ожидаемой продолжительности жизни;

• нарушение психики;

• задержка умственного развития.

7. Агроэкосистемы

Агроэкосистема (от греч. agros -- поле) -- биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования.

К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность агроэкосистем -- малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естественных экосистем -- упрощенная структура и обедненный видовой состав.

Виды сельскохозяйственных растений и животных в агроэкосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора. В результате происходит резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням.

В естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. Агроэкосистемы более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв.

8. Нитрозамины и афлатоксины

Афлатоксины -- смертельно опасные микотоксины, которые растут на зернах, семенах и плодах растений с высоким содержанием масла (например, на семенах арахиса) и некоторых других субстратах. Термин «афлатоксины» относится к группе близких по химической природе соединений, продуцируемых микроскопическими грибами Aspergillus flavus и A. parasiticus.

Известно также более 10 соединений, являющихся производными или метаболитами основной группы, в том числе афлатоксины М, и др.

По своей химической структуре афлатоксины являются фурокумаринами.

Сильнее обычно заражены грибами продукты, хранящиеся в жарком и влажном климате. Афлатоксины со временем и при неправильном хранении образуются в залежалых сборах чая и других трав. Токсин обнаруживается также в молоке животных, употреблявших зараженный корм.

Из всех биологически производимых ядов афлатоксины являются самыми сильными из обнаруженных на сегодняшний день. Устойчивы к тепловой обработке продукта. При попадании в организм высокой дозы яда смерть наступает в течение нескольких суток изза необратимых поражений печени.

Нитрозамины. В пищевых продуктах содержатся химические канцерогены, такие как полиароматические углеводороды, нитрозамины, афлатоксины, бензпирен и другие.

Канцерогены и их предшественники попадают в пищу из внешней среды, а также в процессе приготовления, хранения, и кулинарной обработки продуктов. Содержание канцерогенов в пище повышается при неумеренном использовании азотсодержащих минеральных удобрений и пестицидов. Бензпирен обнаруживается в пище при пережаривании и перегревании жиров, в мясных и рыбных консервах, в копченостях, после обработки коптильным дымом. Питание - важный фактор, который может обуславливать возникновение злокачественных опухолей.

С характером питания прямо или косвенно связано возникновение рака пищевода, желудка, кишечника, печени, поджелудочной железы, тела матки, легкого и некоторых других органов.

Нитрозамины в небольших количествах содержатся во многих продуктах: копченом, вяленом и консервированном мясе и рыбе, темном пиве, некоторых сортах колбас, сухой и соленой рыбе, маринованных и соленых овощах и др. Обработка коптильным дымом, пережаривание жиров и засолка ускоряют образование нитрозаминов. В противоположность этому хранение продуктов при низкой температуре замедляет этот процесс.

Пути поступления в организм, распределение по органам и тканям радионуклидов плутония

Во внутреннюю среду радиоактивные вещества (РВ) могут попасть ингаляционно, через стенки желудочно-кишечного тракта, через травматические и ожоговые повреждения, через неповрежденную кожу. При профессиональном контакте основным является ингаляционное поступление. Всосавшиеся РВ через лимфу и кровь могут попасть в ткани и органы, фиксироваться в них, проникнуть внутрь клеток и связаться с внутриклеточными структурами.

Существуют три основные типы распределения радионуклидов в организме: скелетный, ретикулоэндотелиальный, диффузный (равномерный). В основу положены принципы максимального или преимущественного содержания радионуклида в органе. Распределение считается скелетным, если более половины радионуклидов сконцентрировано в скелете. Распределение считается равномерным, если более половины радионуклидов, обнаруженных в организме, распределяются равномерно.

В печени накапливается до 60% этих радионуклидов. Плутоний распределяется по печеночному типу.

9. Почва как среда обитания жизни организмов. Особенности адаптации почвенных видов

Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной

Форма тела вальковатая, слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах Любая почва представляет собой многофазную систему, в состав которой входят:

1) минеральные частицы - от тончайшего ила до песка и гравия;

2) органическое вещество -- от тел только что умерших животных и отмерших корней растений до гумуса, в котором это органическое вещество подверглось сложной химической обработке;

3) газовая (воздушная) фаза, характер которой во многом определяется физическими свойствами почвы - ее структурой и соответственно плотностью и порозностью. Газовая фаза почвы всегда обогащена углекислым газом и парами воды и может быть обеднена кислородом, что сближает условия жизни в почве с условиями водной среды;

4) водная фаза. Вода в почве также может содержаться в разных количествах (от избытка до крайнего дефицита) и в разных качествах, быть гравитационной -- свободно перемещающейся по капиллярам и наиболее доступной для корней растений и животных организмов, гигроскопической, входящей в состав коллоидных частиц, и газовой, т. е. в форме пара.

Эта многофазность почв делает их среду наиболее насыщенной жизнью. В почвах сконцентрирована основная биомасса животных, бактерий, грибов, в ней расположены корни растений, живущих в наземно-воздушной среде, но извлекающих из почвы воду с элементами питания и поставляющие в «темный мир» почвы органическое вещество, накопленное в процессе фотосинтеза на свету. Почва -- это главный «цех по переработке» органического вещества, через нее протекает до 90% углерода, возвращаемого в атмосферу.

Гигантское разнообразие жизни в почве включает не только те организмы, которые живут в ней постоянно -- позвоночные (кроты), членистоногие, бактерии, водоросли, дождевые черви и др., но и те организмы, которые связаны с ней лишь в начале своей «биографии» (саранчовые, многие жуки и т. д.).

Методы производства экологической безопасности животноводческой продукции. Нормативы предельно-допустимой концентрации токсических веществ.

Под экологически безопасной сельскохозяйственной продукцией понимают такую продукцию, которая в течение принятого для различных ее видов «жизненного цикла» (производство -- переработка - потребление) соответствует установленным органолептическим, обще гигиеническим, технологическим и токсикологическим нормативам и не оказывает негативного влияния на здоровье человека, животных и состояние окружающей среды.

Острые проблемы современности - проблемы недоедания и голода -- усугубляются болезнями и смертностью в результате употребления некачественных продуктов, а ведь на Земле достаточно ресурсов, разработаны решения и технологии, которые дают возможность навсегда покончить с этими явлениями. Не хватает, к сожалению, лишь обязательств и ответственности.

Неблагоприятное действие ксенобиотиков связано с миграцией химических веществ по одной или нескольким экологическим цепям:

- воздух -- человек;

- вода -- человек;

- пищевые продукты - человек;

- почва -- вода -- человек;

- почва -- растение - человек;

- почва -- растение -- животное -- человек и т. д.

Для получения экологически безопасной продукции необходимо иметь достоверные исходные данные об эколого-токсикологической обстановке в агроэкосистемах, особенно испытывающих пресс многолетнего интенсивного использования агрохимикатов (удобрения, пестициды, мелиоранты и др.). Работу следует начинать с оценки экологотоксикологического состояния агроэкосистем, прежде всего -- почвенного покрова. Стремление повысить продуктивность возделываемых культур и выращиваемых животных без надлежащего учета природоохранных требований привело к необоснованному увеличению объемов применения минеральных удобрений (преимущественноазотных), пестицидов и мелиорантов. Выбросы промышленных производств и транспорта, коммунальные отходы поставляют в естественные и искусственные экосистемы соединения полихлорированных бифенилов, серы, тяжелых металлов и т. д. Среди природных загрязнителей выделяют афло - и другие микотоксины.

Для оценки и предотвращения негативного воздействия продуктов питания на здоровье человека и кормов на сельскохозяйственных животных оперируют такими понятиями, как предельно допустимая концентрация (ПДК), допустимое остаточное количество (ДОК) или максимально допустимые уровни (МДУ) вещества в них. Эколого-токсикологический норматив, предельно допустимая концентрация - концентрация вещества в продукции (продуктах питания, кормах), которая в течение неограниченно продолжительного времени (при ежедневном воздействии) не вызывает отклонений в состоянии здоровья человека и животных. ПДК химических веществ в пищевых продуктах устанавливают при этом с учетом допустимой суточной дозы (ДСД) или допустимого суточного поступления (ДСП), поскольку разнообразие рациона и его химического состава не позволяют нормировать допустимое содержание химического вещества в каждом пищевом продукте. Пределы содержания загрязняющих веществ в пищевых продуктах и кормах устанавливают на основании результатов изучения токсичности препаратов для различных организмов. При содержании в продукции загрязняющих веществ в количествах, превышающих ПДК, ДОК или МДУ, такую продукцию в пищу или на корм использовать не разрешается. При оценке степени токсичности злемента (агрохимиката) для растений учитывают концентрацию элемента. При этом не должно быть снижения продуктивности растений, накопления агрохммиката в растениях, кормах и пищевых продуктах выше ПДК. Летальная концентрация вызывает гибель растений.

10. Нитраты и нитриты в кормах, их влияние на здоровье животных и использование питательных веществ

Накопление нитратов и нитритов в почве и кормовых культурах обусловлено в основном 3-кратным и 2-кратным внесением повышенных количеств азотных удобрений, особенно в начальный период вегетации молодых растений и незадолго до сбора урожая, когда растения не способны метаболизировать их для синтеза протеина в оставшийся период вегетации.

Высоким накоплением нитратов отличаются азотфиксирующие растения: кормовая свекла, подсолнечник, кукуруза, картофель, капуста, люцерна, клевер, люпин, ячмень, овес, особенно при внесении под их посевы натриевой и аммиачной селитры в количествах более 150 кг/га. Большое количество нитратов накапливается в растениях семейства маревых, зонтичных и крестоцветных.

Повышенное содержание нитратов в кормовых культурах отмечается в период засухи, на засушливых участках, при недостаточной инсоляции, при понижении температуры почвы и воздушной среды, при недостатке в почве молибдена, кобальта, серы и калия, при повышенной кислотности, засоленности почвы и внесении в почву больших количеств органических удобрений (жидкий навоз, куриный помет), поскольку все эти факторы резко понижают активность ферментов азотистого обмена нитратредуктазы и нитритредуктазы.

При скармливании корнеплодов свеклы и свекольной ботвы, подвергавшихся плесневению и гнилостной порче во время неправильного хранения или в период уборки, отравление животных возникает вследствие накопления нитритов под влиянием ферментов денитрифицирующих гнилостных бактерий.

Механизм токсического действия нитратов заключается в превращении их в рубце жвачных животных в нитриты, гидроксиламин, окислы азота и аммиак по естественному метаболическому пути под влиянием окислительно-восстановительных ферментов: нитрит редуктазы, гидроксиламинредуктазы, редуктазы окислов азота.

11. Закон толерантности

Этот закон формулируется следующим образом: отсутствие или невозможность развития экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепло, свет, вода). Следовательно, организмы характеризуются как экологическим минимумом, так и максимумом. Слишком много хорошего тоже плохо. Диапазон между двумя величинами составляет пределы толерантности, в которых организм нормально реагирует на влияние среды. Закон толерантности предложил В. Шелфорд в 1913 г. Можно сформулировать ряд дополняющих его предложений.

• Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого.

• Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены.

• Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться диапазон толерантности к другим экологическим факторам.

• В природе организмы очень часто оказываются в условиях, не соответствующих оптимальному значению того или иного фактора, определенному в лаборатории.

• Период размножения обычно является критическим; в этот период многие факторы среды часто оказываются лимитирующими.

Живые организмы изменяют условия среды, чтобы ослабить лимитирующее влияние физических факторов. Виды с широким географическим распространением образуют адаптированные к местным условиям популяции, которые называются экотипами. Их оптимумы и пределы толерантности соответствуют местным условиям.

Какие вещества относятся к тяжелым металлам. Краткая характеристика тяжелых металлов

Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, наблюдения за которыми обязательны во всех средах.

Тяжёлые метамллы -- группа химических элементов со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью. Известно около сорока различных определений термина тяжёлые металлы, и невозможно указать на одно из них, как наиболее принятое. Другим часто используемым критерием является плотность, примерно равная или большая плотностижелеза (8 г/см3), тогда в список попадают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт. Существуют классификации, основанные и на других значениях пороговой плотности (например -- плотность 5 г/см3 или атомного веса. Некоторые классификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их к тяжёлым, некоторые исключают нецветные металлы (железо, марганец).

Термин тяжёлые металлы чаще всего рассматривается не с химической, а с медицинской и природоохранной точек зрения и, таким образом, при включении в эту категорию учитываются не только химические и физические свойства элемента, но и его биологическая активность и токсичность, а также объём использования в хозяйственной деятельности.

Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжёлые металлы (в том числе ртуть, свинец, кадмий, цинк) и их соединения выделяются распространенностью, высокой токсичностью, многие из них -- также способностью к накоплению в живых организмах. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительные мероприятия, содержание соединений тяжёлых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий. Многие металлы образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих комплексов способствует миграции тяжёлых металлов в природных водах. К тяжёлым металлам относят более 40 химических элементов, но при учёте токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения токсичных соединений, контроля требуют примерно в четыре раза меньшее число элементов.

Характеристика и состав биосферы. В буквальном переводе термин “биосфера” означает сферу жизни, и в таком значении он был впервые введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом, который определял биосферу как совокупность организмов, ограниченную в пространстве и времени, которая живет на поверхности Земли.

Современная наука определяет биосферу как оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в беспрерывном обмене с этими организмами.

Два главных компонента биосферы - живые организмы и среда их проживания - беспрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образовывая целостную динамическую систему. Биосфера кактяжелые металлы классификация свойства методы обезвреживания глобальная суперсистема в свою очередь состоит из ряда подсистем. радионуклид экологический адаптация обитание

За время эволюции жизни на Земле существовало огромное количество разных видов живых организмов (всего около 500 млн.). Сейчас начисляют около 3 млн. видов живых организмов.

Отдельные живые организмы не существуют изолированно. В процессе своей жизнедеятельности они объединяются в разные системы, например, в популяции. В ходе эволюции образовывается другой, качественно новый уровень живых систем, так называемые биоценозы - совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде существования.

В совокупности с окружающей средой существования, обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образовывают новые системы - биогеоценозы или, как их еще называют, экосистемы. Биогеоценоз является естественной моделью биосферы в миниатюре, включая у себя все звенья биотического кругооборота: от зеленых растений, которые создают органическое вещество, к их потребителям, которые превращают ее снова на минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз есть элементарной составной биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы и экосистемы образовывают суперсистему - биосферу.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера - это наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен веществом и энергией с космосом. Атмосфера имеет несколько пластов: тропосфера, стратосфера, ноосфера.

Гидросфера - это водная оболочка Земли.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли. Поверхностный пласт литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой грунт. Организмы переходят в гумус (плодородную часть грунта). Составными частями грунта есть минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

12. Среды жизни и адаптации к ним живых организмов

Среда	Характеристика	Адаптации организма к среде
Водная	Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на 1 атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает при переходе от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени	Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей, осморегуляции
Почвенная	Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной	Форма тела вальковатая, слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах
Наземно-воздушная	Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени	Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды
Организменная	Очень древняя. Жидкая (кровь, лимфа) или твердая, плотная (ткани). Наибольшее постоянство среды во времени из всех сред обитания	Коадаптация паразита и хозяина, симбионтов друг к другу, выработка у паразита защиты от переваривания хозяином и системы заякоривания в среде, усиление полового размножения, редукция зрения, пищеварительной системы, синхронизация биоритмов

Мониторинг токсинов (выявление, скрининг, систематизация, интегральное воздействие)

Токсичные вещества влияют на живые организмы, главным образом, ингибируя ферментные системы, вовлеченные в процесс метаболизма. Токсичные эффекты часто измеряются при помощи биотестов, когда живой организм подвергается действию исследуемого токсина. В данных целях используются различные организмы, включая микроорганизмы, высших животных и растений плюс ряд клеточных линий.

Наиболее часто встречающиеся тесты ставят своей целью измерить, предсказать и контролировать выброс субстанций, которые могут оказаться вредоносными для водных организмов. Такие тесты измеряют эффект исследуемого образца на ряде организмов, обычно находящихся в большинстве водных сред. Они включают в себя форель, толстоголова и водяную блоху (Daphnia). Данные тесты известны как тесты на острую летальность, так как они измеряют количество организмов в культуре, которые умирают от воздействия образца. Тесты на острую летальность часто дорогие, требуют больших количеств образца и обычно требуют более 24 часов инкубации. Соответственно, эти тесты обычно проводятся специалистами в лабораториях анализа воды. Тесты на острую летальность, основанные на многоклеточных организмах, обычно не подходят для тестирования сточных вод все возрастающим количеством различных промышленных предприятий. Таким образом, использование микро-организмов, в частности биолюминесцентных бактерий, дает множество преимущества в качестве скрининг теста на наличие токсинов. Для него требуются намного меньшие объемы образца, время тестирования уменьшается до менее 30 минут, и с вводом в использование высушенных сублимацией организмов, таких как используемые в реагенте BioTox, отпадает необходимость содержать запасные культуры. Биолюминесцентные бактерии дают возможность гораздо большему количеству неспециалистов и организаций проводить токсикологические скрининг тесты.

13. Экологические особенности биологически значимых радионуклидов

Радионуклид - это радиоактивный изотоп какого-нибудь элемента. Большую биологическую роль играют следующие техногенные радионуклиды:

Изотопы йода - 125, 129, 131, 132, 133 образуются при делении ядер уран и плутония при ядерном взрыве и работе АЭС. Бета-, гамма- излучатели. Опасность этих изотопов связан с тем, что йод избирательно накапливается в щитовидной железе и облучает этот орган. Йод является летучим элементом и поэтому распространяется на большие расстояния. При выпадении радиоактивных осадков на землю хорошо усваивается растительностью, а через них и животными. Из организма животных в значительных количествах выделяется с молоком. В профилактических целях предлагается применять йодосодержащие препараты.

Изотопы цезия (134, 137) образуются при делении ядер атомов тяжелых элементов в ядерных реакторах или при ядерных взрывах. Бета-, гамма- излучатель. Летучий элемент. После аварии на Чернобыльской АЭС вызвал загрязнение почвы в сотнях и тысячах километров от места аварии, пришлось отселить десятки тысяч людей из загрязненных территорий Украины, России и Беларуси. Биологический аналог калия. Биологическая доступность радиоцезия сильно зависит от свойств почвы. В загрязненных районах Брянской области она уменьшилась за первые 5 лет после аварии на 87-97% (30-36% за счет естественных биогеохимических процессов и на 57-61% за счет проведенных защитных мер). С ростом рН доступность цезия значительно снижается. В большом количестве накапливаются грибами, мхами и лишайниками. Животные усваивают около 3% цезия из рациона кормления. Для снижения перехода в продукцию животноводства применяются ферроцианиды калия и аммония. В организме распределяется относительно равномерно. За месяц выделяется до 80 % введенного количества. В настоящее время в водоемах находятся в донных отложениях. Повышенные концентрации могут быть в донных рыбах, а также в хищниках. Сохраняется повышенная активность изотопов цезия в лишайнике и мясе северных оленей как результат загрязнения тундры после испытаний ядерного оружия на Новой Земле.

Изотопы стронция 88, 89, 90- образуются в значительных количествах при делении ядер атомов тяжелых элементов в ядерных реакторах или при ядерных взрывах. Чистые бета-излучатели. Небольшие количества 90Sr, образующиеся в ядерных реакторах, могут поступать в теплоноситель из-за дефектов в оболочке ТВЭЛа. В результате крупных ядерных испытаний выход 90Sr составляет 3.5%. Большое количество изотопов попало в окружающую среду в результате деятельности предприятий ядерно-топливного цикла. В Советском Союзе проблемы загрязнения биосферы стронице м связаны с ПО «Маяк». До 1956 г. сброс средне- и высокоактивных отходов производства производился в открытую речную систему Теча-Исеть-Тобол в 6 км от истока Течи. Всего было сброшено 76 млн. м3 с общей активностью по в-излучателям свыше 2.75 млн.Ки.

14. Наземно-воздушная среда жизни

Воздух отличается значительно более низкой плотностью по сравнению с водой. По этой причине освоение воздушной среды, которое произошло много позже, чем зарождение жизни и ее развитие в водной среде, сопровождалось усилением развития механических тканей, позволившим организмам противостоять действию закона всемирного тяготения и ветра (скелет у позвоночных животных, хитиновые панцири у насекомых, склеренхима у растений). В условиях только воздушной среды ни один организм постоянно жить не может, и потому даже лучшие «летуны» (птицы и насекомые) должны периодически опускаться на землю. Перемещение организмов по воздуху возможно за счет специальных приспособлений -- крыльев у птиц, насекомых, некоторых видов млекопитающих и даже рыб, парашутики и крылышки у семян, воздушные мешки у пыльцы хвойных пород и т.д.

Воздух -- плохой проводник тепла, и потому именно в воздушной среде на суше возникли эндотермные (теплокровные) животные, которым легче сохранить тепло, чем эктотермным обитателям водной среды. Для теплокровных водных животных, включая гигантов-китов, водная среда вторична, предки этих животных когда-то жили на суше.

Для жизни в воздушной среде потребовались более сложные механизмы размножения, которые исключали бы риск высыхания половых клеток (многоклеточные антеридии и архегонии, а затем семязачатки и завязи у растений, внутреннее оплодотворение у животных, яйца с плотной оболочкой у птиц, пресмыкающихся, земноводных и др.).

В целом возможностей для формирования разнообразных сочетаний факторов в условиях наземно-воздушной среды много больше, чем водной. Именно в этой среде особенно ярко проявляются различия климата разных районов (и на разных высотах над уровнем моря в пределах одного района). Поэтому разнообразие наземных организмов много выше, чем водных.

15. Тяжелые металлы, классификация, свойства, методы обезвреживания

Термин "тяжелые металлы" связан с высокой относительной атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности.

По известной биологической классификации химических элементов тяжелые металлы принадлежат к группам микро- и ультрамикроэлементов. Cu, Zn, Mo, Co, Mn, Ni и другие давно известны физиологам как микроэлементы. Таким образом, термины, «тяжелые металлы» и «микроэлементы» относятся к одним и тем же химическим элементам, а употребление того или иного термина связано с их концентрацией.

Свойства: Биохимическая активность Токсичность Подвижность Растворимость соединений Склонность к гидролизу Комплексообразующая способность Эффективность накопления Обогащение аэрозолей Детоксикация -- это процесс обезвреживания ядов и ускорения их выделения из организма. Различные методы детоксикации способствуют освобождению желудка и кишок от еще невсосавшегося в кровь яда, а также освобождению крови и тканей организма от находящихся в них токсического вещества и его метаболитов.

...