Контрольная работа по "Экологии"

Упражнение  1

При выращивании сельскохозяйственных культур повсеместно производится обработка возделываемых угодий пестицидами и внесение минеральных удобрений в пахотные земли. Укажите, с чем связана, по-вашему мнению, эта необходимость. Какие группы пестицидов чаще всего используются в сельском хозяйстве России и какие опасные вещества входят в их состав? Чем опасны пестициды для природной среды? Какой вред для нее могут представлять используемые минеральные удобрения?

 

Возделываемые угодья обрабатываются пестицидами с целью уничтожения различных организмов, которые оказывают негативное воздействии на выращиваемые сельскохозяйственные культуры.

Внесение минеральных удобрений  обусловлено необходимостью повышения  плодородия  почв.

Пестициды [лат. пестис — зараза, цидо — убиваю] — органических веществ, многие из которых содержат соли меди и арсениды.

В настоящее время в зависимости  от назначения, химической природы  и патогенных свойств для теплокровных и человека принято несколько классификаций пестицидов: химическая, производственная, гигиеническая.

По химической структуре различают пестициды: хлорорганические, фосфорорганические, ртутьорганические, мышьяксодержащие, производные мочевины, цианистые соединения, производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот, препараты меди, производные фенола, серы нее соединений.

В зависимости от производственных целей и объекта воздействия (сорная растительность, вредные насекомые теплокровные животные) и химической природы пестициды подразделяются на акарициды — для борьбы с клещами; альгициды — для уничтожения водорослей и другой водной растительности; антисептики — для предохранения неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами; бактерициды — для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений; зооциды (или родентициды) — для борьбы с грызунами; инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми (эфициды — препараты для борьбы с тлей); лимациды (моллюскоциды) — для борьбы с различными моллюсками; нематоциды — для борьбы с круглыми червями; фунгициды — для борьбы с болезнями растений под влиянием различных паразитирующих грибов.

К пестицидам относятся дефолианты — средства для удаления листьев, десиканты — препараты для  высушивания листьев на корню, дефлоранты — вещества для удаления излишних цветов, гербициды — для уничтожения сорной растительности. В сельскохозяйственной практике применяются как общеистребительные гербициды, уничтожающие все растения на обрабатываемой площади, так и избирательные, губительно действующие только на сорную растительность. К пестицидам относят также химические вещества для отпугивания насекомых, грызунов и других животных (репелленты), привлечения насекомых с последующим их уничтожением (аттрактанты), половой стерилизации насекомых (стерилизаторы).

Гигиеническая классификация пестицидов построена по степени их ядовитости (токсичности) для биологических объектов, кумулятивным свойствам и стойкости с учетом возможности циркуляции во внешней среде. Степень опасности пестицидов оценивается по их токсичности, летучести, кумулятивным свойствам и стойкости.

По степени летучести пестициды  делятся на: очень опасные вещества (насыщающая концентрация больше или равна токсичной), опасные (насыщающая концентрация больше пороговой) и малоопасные (насыщающая концентрация не оказывает порогового действия).

Пестициды подразделяются и по стойкости: очень стойкие (период разложения на не токсичные компоненты свыше 2 лет); стойкие (0,5—1 .год); умеренно стойкие (1—6 месяцев) и малостойкие (1 месяц).

По способу поступления в организм насекомых пестициды принято подразделять на кишечные, контактные, фумигантные и системные.

В последние годы наиболее широкое  применение нашли фосфорорганические инсектициды и акарициды (хлорофос, метофос, карбофос, метатион, фозалон, фосфамид и др.). Они используются против паутинного клещика — основного вредителя хлопчатника, вредной черепашки — вредителя зерновых культур и ряда вредителей плодовых. Препараты обладают высокой биологической активностью. Им свойственны контактные и внутрирастительные системы действия. Они проникают в ткань растения и сохраняют токсичность для вредителей в течение двух-шести недель. Фосфорорганические пестициды, обладая высокой биологической активностью, оказывают токсическое воздействие на организм человека и животных. Большинство препаратов этой группы относятся к высокотоксичным ядам. В механизме их токсического действия лежит угнетение деятельности жизненно важных ферментов.

Производные карбаминовой кислоты  по масштабам производства и применения занимают второе место после фосфорорганических препаратов, в нашей стране разрешено использование только севина, пиримора и фурадина.

ДДТ, ГХЦГ, полихлорпинен, алдрин, эфирсульфонат  и другие хлорорганические соединения — пестициды, давно нашедшие широкое применение в сельскохозяйственном производстве. Они используются в борьбе с вредителями зерновых, зернобобовых, технических культур, виноградников, овощных и полевых культур, в лесном хозяйстве, ветеринарии и даже в медицинской практике. Отличительная их особенность — стойкость к воздействию различных факторов внешней среды (температура, солнечная радиация, влага и др.).

Многолетнее использование пестицидов на огромных сельскохозяйственных и лесных территориях, часто с применением авиации, привело к масштабному загрязнению окружающей среды. Более того, молекулы ядохимикатов (особенно это относится к стойким соединениям) включаются в природные процессы миграции и круговорота веществ и разносятся вместе с атмосферными потоками на большие расстояния. Химические вещества вместе с водным стоком с полей попадают в реки и озера, накапливаются в донных отложениях, поступают в Мировой океан. Но самое главное — они включаются в экологические пищевые цепочки: из почвы попадают в волу и растения, затем — в организмы животных и птиц, а в конечном счете — с пищей и водой — в организм человека. И на каждом этапе миграции они наносят вред и ущерб. Однако так как вредные насекомые со временем приспосабливаются к ядовитым свойствам этих веществ и эффективность пестицидов падает, их количество на единицу сельскохозяйственной продукции приходится постоянно увеличивать.

Чем устойчивее и токсичнее пестициды, тем серьезнее их негативное воздействие на живую природу и человека. При этом устойчивость к факторам окружающей среды (солнечный свет, кислород, микробиологические разложения и т. д., способность ядохимикатов сохраняться длительное время) в большей мере определяет их опасность. Пестициды на основе хлорорганических, фосфорорганических и карбаматных соединений значительно отличаются по своей стойкости. ДДТ — типичное хлорорганическое соединение — способен более 50 лет циркулировать в биосфере. Более того, продукты его разложения (например, ДДЕ) — опасные и стойкие вещества, порой они более токсичны, чем исходное вещество.

Один из механизмов отрицательных последствий — передача и концентрированно стабильных пестицидов по трофическим цепям. Устойчивые к определенным пестицидам, флора и фауна могут накапливать их без разложения. В результате концентрация токсиканта в организме может многократно превысить исходную концентрацию его в окружающей среде. Этот процесс биологического концентрирования имеет особенно серьезное экологическое значение в пищевых цепях, связанных с водной средой.

Из всех химических веществ, которые  поступают в организм человека с воздухом, водой, пищей, наиболее опасными считаются пестициды. Стойкие пестициды способны накапливаться в жировой ткани людей и животных, отрицательно воздействуя на нервную и сердечно-сосудистую системы. Особенно опасны пестициды для детей.

Экологическая активность пестицидов зависит от характера экосистемы (целой или ее части), а также  от физико-химических свойств используемых препаратов. Пестицидами могут обрабатывать внутренний водоем, используемый для разведения рыбы, земельный участок, на котором выращивается урожай, лесные насаждения, луга, животную или растительную популяцию.

Неблагоприятное воздействие пестицидов на отдельные популяции выражается в уничтожении полезных организмов (главным образом насекомых-опылителей и энтомофагов) и, следовательно, в нарушении стабильности экосистемы с последующим размножением нежелательных для человека видов. Прекращение применения тех или иных пестицидов может вызвать вспышку размножения вредителей, длительное время угнетаемых пестицидами.

Как уже отмечалось, неблагоприятное  воздействие пестицидов в решающей степени зависит от физико-химических свойств. Длительное время в сельском хозяйстве в качестве химических средств защиты растений применялись  главным образом неорганические пестициды, содержащие мышьяк, фтор, ртуть, обладающие чрезвычайно высокой токсичностью. Применяли их с большими предосторожностями и в ограниченном количестве. Вместе с тем пестициды этого класса не обладают способностью накапливаться в организме и довольно быстро разлагаются в условиях внешней среды.

Более значительные нарушения в  биогеоценозах отмечаются при систематическом  применении стойких высокотоксичных  пестицидов, главным образом хлорорганических соединений, особенно препаратов ДДТ и ГХЦГ. Эти препараты, как уже отмечалось, плохо разлагаются в воде и почве, обладают способностью накапливаться в растениях, организме животных и поэтому оказывают существенное воздействие на многие стороны биогеоценозов.

Проблемы возникают при внесении неконцентрированных  удобрений  в почву.  В  ней  накапливаются вредные примеси, которые  через  сельскохозяйственные  продукты попадают  в пищу человека. Вымывание питательных веществ из удобренной почвы может вызвать самые непредсказуемые последствия для флоры и фауны прилегающих водоемов. Избыток азотсодержащих веществ в почве приводит  к  повышенному содержанию  нитратов  в пище.

В существующих   технологиях  производства удобрений  недостаточно   внимания уделяется  очистке сырья от токсичных элементов-примесей. Результаты  минерало-геохимического исследования агроруд, используемых для производства минеральных удобрений, свидетельствуют о большом содержании в них таких элементов,  как фтор, стронций,  лантаноиды, уран, тяжелые металлы - свинец, мышьяк, ванадий и другие элементы. Они отрицательно влияют на качество почв и в целом на окружающую среду.

Каждый  биогенный  элемент имеет специфические агроэкологические  особенности.  Постоянное  применение минеральных  удобрений может привести к постепенным, а потому  незаметным,  неблагоприятным изменениям  почвенной  структуры, а также способствовать загрязнению вод.  Особенно  важно, что такие изменения влекут за собой существенную  перестройку  природных  биологических обществ, нарушающих естественные структуры, функции и биологическую устойчивость.

В результате избытка  нитратов и фосфатов в  море в  сочетании с благоприятными погодными  условиями (спокойная вода,  отсутствие  ветра, повышенные  температуры) способствует взрывоопасному развитию  водорослей, при  разложении которых образуются токсичные соединения, в том числе аммиак и сероводород. Органика, образующаяся при разложении, оседает на дно, где, поглощая  кислород,  интенсифицирует деятельность гнилостных бактерий. Эти процессы,  называемые эвтрофикацией,  наблюдаются теперь не только в пресной, но и в морской воде.

 

Упражнение 4.

На бессточное озеро (рН воды в нем 6,7) площадью (S) 12 км² и средней глубиной (Н) 3 м выпало в течение нескольких часов 30 мм кислых дождевых осадков (h). Требуется:

а) рассчитать величину рН воды в озере после дождя при условии полного смешения озерной и дождевой воды (исходную щелочность озерной воды, обусловливающую частичную нейтрализацию ионов водорода, поступающих в природные воды с атмосферными осадками не учитываем), оценить опасность данного закисления воды для гидробионтов озера;

б) определить массу серной и азотной кислот, поступивших  в озеро с дождевой водой, исходя из того, что с первой и сторой из них в озеро поступило соответсвенно 60% и 40% массы активных ионов водорода, содержащихся в дождевом осадке.

Возможный дополнительный приток дождевой воды в озеро с  его водосборной площади при  выполнении задания не учитывается.

Решение.

а) рН осадков не менее 5,6. известно, что рН = - lg[H⁺].

Следовательно концентрация ионов водорода составляет: [H⁺] = 2,51*10^-6г/л.

Объем выпавших осадков равен V = S*h = 12*10⁶ * 3*10^-2 = 36*10⁴ м³. Или 36*10⁷ л.

Таким образом в водоем поступило 2,51*10^-6 * 36*10⁷ = 903,6 г протонов водорода с осадками.

Обем водоема равен: V = S*Н = 12*10⁶ * 3 = 36*10⁶ м³ = 36*10⁹ л.

В водоеме изначально было: 2*10^-7 г/л протонов водорода или во всем объеме – 36*10⁹ * 2*10^-7 = 7200 г

После выпадения осадков  количество протонов водорода в водоеме  увеличилось и стало – 7200 + 903,6 = 8103,6 г.

Объем водоема стал 36*10⁹ + 36*10⁷ = 36,36*10⁹ л.

Следовательно концентрация ионов водорода стала: [H⁺] = 8103,6/36,36*10⁹ = 2,22*10^-7 г/л.

Тогда рН будет  – рН = - lg[H⁺] = 6,65.

Опасности для гидробионтов нет.

б) В водоем с серной кислотой поступило 903,6 * 0,6 = 542,16 г  протонов водорода.

В водоем с азотной кислотой поступило 903,6 * 0,4 = 361,44 г протонов водорода.

Значит в водем поступило 543,16 * 48 = 26071,68 г серной кислоты (48 –  это количество грамм-эквивалентов серной кислоты).

Азотной же кислоты поступило  – 361,44 * 63 = 22770,72 г.

Ответ. рН после  дождя = 6,65.

В водоем поступило 26,07 кг серной кислоты и 22,77 кг азотной  кислоты.

 

Упражнение 8.

Предприятие А сбрасывает сточные воды в водоток  рыбохозяйственной категории водопользования, а предприятие Б – в водоем хозяйственно-питьевого назначения. По данным химического анализа проб вод, отбиравшихся в контрольных створах данных водных объектов, содержание вредных веществ в них характеризуется следующими значениями:

Наименование вредных  веществ, содержащихся в сточных водах как предприятия А, так и Б	Содержания вредных  веществ в контрольных створах, мг/л
	Водотока рыбохозяйственной  категории	Водоема хозяйственного назначения
Нефтепродукты	0,05	1,2
Мышьяк	0,04	0,045
Сульфат-анионы	30	280
Нитрит-ионы	0,06	3,2
Хлорид-ионы	71	130
Нитрат-ионы	36	67
фенол	0,0008	0,0009