Методические указания по выполнению задания

1. Изучите методику расчетов.

2. Определите по формулам (1) – (6) частные коэффициенты ... , принимая наибольшие и наименьшие значения величин входящих в ту или иную формулу.

3. Постройте гистограмму (по оси ординат принять равномерную сетку, например, 20, 40, 60, 80, 100 тыс. чел. и выше) демографической емкости района застройки, указав минимальные (сплошной линией) и максимальные (пунктирной линией) значения ... .

На гистограмме выделить зеленым цветом окончательный показатель емкости, т.е. наименьшее значение из коэффициентов ... , вычисленных им для территории района своего варианта задания.

5. Проанализируйте графический материал с целью выявления основных лимитирующих условий, которые ограничивают хозяйственное развитие района застройки, включая увеличение численности его населения.

6. Сделайте вывод о целесообразности освоения данного района застройки под промышленное и гражданское строительство, эксплуатации поверхностных и подземных вод, использовании лесов и водоемов для рекреационных целей, организации пригодной сельскохозяйственной базы.

7. Проанализируйте лимитирующие условия и предложите рекомендации, внедрение которых позволит увеличить численность населения в районе застройки. Эти рекомендации должны способствовать увеличению (К₁, Е, Э, Л, В, С, К₃, К₄) и уменьшению (Н₁, Р, Н₂, М₁, М₂ и П) параметров, входящих в формулы (1) – (6).

8. Сравните возросшие частные демографические емкости рассматриваемой территории и сделайте вывод о максимально возможной численности населения.

Практическое занятие №7

ВЛИЯНИЕ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

Автомобили на сегодняшний день в России – главная причина загрязнения воздуха в городах. Сейчас в мире их насчитывается более полумиллиарда. Выбросы от автомобилей в городах особенно опасны тем, что загрязняют воздух в основном на уровне 60-90 см от поверхности Земли, и особенно – на участках автотрасс, где стоят светофоры, рис. 6.

Рисунок 6. Выхлопы загрязняющих веществ от автотранспорта.

Особенно много канцерогенных веществ выделяется во время разгона, торможения, при работе двигателя на холостом ходу, а также при езде по ямам и колдобинам.

Состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей (г/мин) приведено в таблице 9.

В среднем автомобиль выбрасывает в атмосферу: монооксида углерода (СО) – 135 кг/г, оксидов азота - 25 кг/г, углеводородов – 20 кг/г, оксидов серы – 4 кг/г, твердых частиц – 1,2 кг/г.

Таблица 9 – Состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей (г/мин)

Компоненты выхлопных газов	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
Оксид углерода СО (II)	0,035	0,017
Оксид углерода СО₂ (IV)	0,217	0,2
Оксиды азота (NО, NО₂)	0,002	0,001
Сажа	0,04	1,1

Также в среднем на 1 км пробега автомобиль выбрасывает в атмосферу 30 г угарного газа (R(СО) = 30 г/км), 4 г диоксида азота (R(NО₂) = 4 г/км), 2 г бензина (R(бензина) = 2 г/км). При холостом ходу на стоянке за 1 мин автомобиль выбрасывает 30 г угарного газа (R(CO) = 30 г/мин). Кроме того, каждый автомобиль в среднем за год выбрасывает в атмосферу 1 кг свинца (R(Pb) = 1 кг/г.) в виде пыли.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Задание 1. Проведите учебную исследовательскую работу.

Цель работы: Оценка и вычисление токсичных продуктов от работы транспорта, оценка характера их действия на живые организмы и окружающую среду.

Место проведения: автотрасса, перекресток-светофор. Приборы: часы с секундной стрелкой.

Ход работы:

1. Зафиксируйте время - t = 10 мин.

2. Определите число машин, останавливающихся у светофора - п.

3. Определите количество переключений:

торможение

набор скорости k

холостой ход

4. Результаты запишите в таблицу 10:

Таблица 10 – Результаты исследований

Марки машин	t, мин	n	k	m_сажи	М
Легковые
Грузовые
Автобус

Вычислите суммарное загрязнение по формуле (7):

(7)

Дайте ответы на следующие вопросы:

1) Сравните выброс токсичных продуктов бензиновых и дизельных двигателей.

2) Как изменяется поверхностный слой воздуха у автотрасс?

3) К чему приводит загрязнение почвы свинцом? сажей?

4) Каковы последствия загрязнения воздуха СО, СО₂, N0₂?

Задание 2. Вы можете продолжить исследование самостоятельно. Например, интересно сравнить выброс токсичных продуктов транспортом в разное время дня.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ: (Необходимо выбрать правильный ответ из предложенных вариантов)

1. Озоновый слой располагается:

а) между тропосферой и тропопаузой;

б) между тропопаузой и стратосферой;

в) между стратосферой и мезосферой;

г) между стратопаузой и мезосферой.

2. Кислотные дожди образуются в результате загрязнения атмосферы:

а) соединениями серной и азотной кислоты;

б) соединениями соляной и азотной кислоты;

в) соединениями сероводорода и диоксида углерода;

г) соединениями соляной кислоты и оксидов серы.

3. Смог чаще всего наблюдается:

а) в сельской местности;

б) в городах, расположенных в котловинах;

в) в горной местности;

г) в городах, расположенных на возвышенностях.

4. К постоянным составным частям атмосферы относятся:

а) кислород, диоксид углерода, водяной пар;

б) кислород, диоксид углерода, инертные газы;

в) диоксид углерода, водяной пар;

г) азот, диоксид углерода, водяной пар.

5. Наиболее чувствительными к различным загрязнениям воздуха, в особенности к диоксиду серы, являются:

а) широколиственные деревья;

б) хвойные породы;

в) кустарники;

г) травы.

6. Фотооксиданты образуются в атмосфере преимущественно при формировании:

а) смога Лондонского типа;

б) смога Лос-Анджелесского типа;

в) смога Аляскинского типа;

г) смога всех типов.

7. Почему охрана атмосферного воздуха считается ключевой проблемой оздоровления окружающей среды? Ответ обоснуйте.

Практическое занятие №8, 9

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АГРОЭКОСИСТЕМ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ПЕСТИЦИДАМИ

Агроэкосистема (агробиоценоз) – неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема с целью производства сельскохозяйственной продукции (поля, пастбища, огороды, сады, виноградники и др.

Тяжелые металлы (ТМ) – элементы с атомной массой более 50 единиц (плотностью более 5/см³. По степени токсичности действия на окружающую среду подразделяются на три класса опасности:

1-й: Cd, Hg, Pb, Se, Zn, Ti;

2-й: Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr;

3-й: Ba, V, W, Mn, Sr.

Токсичность ТМ для живых организмов определяется как свойствами и уровнем концентрации самих элементов, так и их миграционной способностью, а также степенью накопления в органах и тканях. Основным нормативным показателем, определяющим степень опасности для человека содержащихся в почве ТМ, является предельно допустимая концентрация (ПДК). ПДК вредного вещества в почве – максимальная массовая доля загрязняющего почву вещества, не вызывающего прямого или косвенного влияния, включая отдаленные последствия влияния на окружающую среду и здоровье человека.

В любой почве, так или иначе, содержится некоторое количество загрязняющих веществ в том числе и ТМ. Поэтому используют понятие фоновая концентрация, под которой понимают естественное содержание загрязняющего вещества, в том числе обусловленное и поступлением от других антропогенных источников.

Расчетная фоновая концентрация ТМ в почве (Ф_тмр кг/га) определяется по формуле (8):

Ф_тмр = 0,01 × h × d_v × C_тм, (8)

где h – мощность пахотного горизонта, м (h = 0,2 м);

d_v - плотность сложения почвы, г/см³;

C_тм – содержание ТМ (мг/кг) в минеральных удобрениях (таблица 11).

Таблица 11– Среднее содержание тяжелых металлов (мг/кг) в минеральных удобрениях

Тяжелые металлы	C_тм (мг/кг) в удобрениях
азотных	фосфорных	калийных
Свинец	174,4	138,1	196,5
Медь	201,9	1556,1	186,4
Цинк	186,4	1230,15
Кадмий	1,3	2,65	0,6
Ртуть	0,43	4,6	0,7

ТМ в почвы агроэкосистем поступают в основном из-за применения удобрений и пестицидов. При загрязнении почвы несколькими элементами оценка опасности загрязнения Z_з производится по формуле (9):

(9)

где К_с – коэффициент концентрации элемента, определяемый отношением его содержания в загрязненной почве к рекомендованному фоновому (таблица 12);

n – число химических элементов-загрязнителей.

Таблица 12– Фоновое содержание валовых форм ТМ (Ф_тм, мг/кг) в слое почвы 0-20 см

Почвы	Zn	Cd	Pb	Hg	Cu	Co	Ni
Дерново-подзолистые песчаные и супесчаные		0,05		0,05
Дерново-подзолистые глинистые и суглинистые		0,12		0,1
Серые лесные		0,2		0,15
Черноземы обыкновенные и оподзоленные		0,24		0,2
Черноземы типичные и выщелоченные	28,5	0,09	8,9	─	10,5	─	21,6
Лугово-черноземные		0,17	10,1	─	12,5	─	22,7

Коэффициент концентрации элемента определяется по формуле (10):

(10)

Показатель Z _з не учитывает токсичность (класс опасности) ТМ, их возможный антагонизм и синергизм в почвенной и растительной среде. Поэтому по величине показателя Z_з можно провести лишь примерную оценку степени загрязнения почву и состояния здоровья населения (таблица 13).

Степень изменения содержания каждого ТМ в почве за определенный период времени (T, лет) применения удобрений, можно определить по формуле (11):

(11)

где – приращение поступления ТМ в почву за счет возрастания доз внесения минеральных удобрений (кг/га).

Таблица 13 – Ориентировочная шкала опасности загрязнения почв

Категория загрязнения почв	Z_з	Показатели здоровья населения в очагах загрязнения	Коэффициент степени загрязнения почв C_з
Допустимая	<2	Низкий уровень заболеваемости у детей
Низкая	2,1 - 8	Низкий уровень заболеваемости взрослых	0,3
Средняя	8,1-32	Увеличение общего уровня заболеваемости	0,6
Высокая	32,1-64	Увеличение числа болеющих детей с хроническими заболеваниями, нарушение функционирования сердечно-сосудистой системы	1,5
Очень высокая	>64	Увеличение случаев токсикоза беременности, преждевременных родов, мертворождаемости

Увеличение производства и улучшение качества сельскохозяйственной продукции в значительной мере связаны с уровнем потерь урожая от вредных организмов и сорняков. Полностью избежать потерь, повреждений растений невозможно, но они, как правило, не снижают урожая, если целенаправленно применяется интегрированная борьба с вредителями, болезнями и сорняками.

Интегрированная борьба – это система качественного и количественного регулирования популяции вредителей, болезней и сорняков. Интегрированная борьба состоит из многих методов, одним из которых является химический метод, то есть применение пестицидов.

При безграмотном применении химические средства защиты растений оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду. Загрязнение биосферы химическими средствами защиты растений приводят к непредотвратимым загрязнениям.

Пестициды имеют свои особенности, отличающие их от других химических веществ:

– после применения они находятся во внешней среде (циркулируют в биосфере) до полного распада;

– химические средства защиты растений – вещества, предназначенные для уничтожения живого, поэтому, обладая биологической активностью, они потенциально опасны для живой природы и здоровья людей;

– при обработке растений создаются концентрации, способные как уничтожать вредителей, так и быть опасными для живой природы. Однако уменьшать эти концентрации нельзя, потому что не будут уничтожены вредные организмы. Поэтому регламентом установлены допустимые величины остатков пестицидов в пищевых продуктах;

– контакты больших масс населения с химическими препаратами в связи с их циркуляцией во внешней среде и наличием остатков в пищевых продуктах.

Пестициды – это химические вещества, используемые для уничтожения различных видов вредных организмов или для предупреждения их развития. Все пестициды подразделяются на отдельные группы и подгруппы в зависимости от природы действующего вещества, производственного (практического) назначения и др.

С точки зрения природы действующего вещества (химической квалификации) выделяют три основные группы пестицидов:

1) Неорганические препараты (соединения железа, серы, меди, ртути, фтора, бария, а также хлораты и бораты). Их применяют в больших количествах.

2) Пестициды растительного, бактериального, грибного происхождения (бактериальные и грибные препараты, антибиотики, фитонциды, регуляторы роста).

3) Пестициды промышленного органического синтеза – органические препараты. Это наиболее обширная группа пестицидов, к которой относятся препараты высокой физиологической активности.

По объектам применения пестициды подразделяются на следующие группы:

ü акарициды – служащиедля борьбы с растительными клещами;

ü антигельминты – для борьбы с паразитическими червями на растениях и животных;

ü бактерициды – употребляемые для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений, животных и человека;

ü зооциды – для борьбы с вредными позвоночными;

ü инсектициды – предназначенные для уничтожения вредных насекомых;

ü гербициды – позволяющие уничтожать сорную растительность;

ü фунгициды – служащие для борьбы с фитопатогенными грибками;

ü альгициды – препараты, применяемые для уничтожения водорослей и сорной растительности в водоемах;

ü дефолианты – препараты для удаления листьев и ботвы;

ü десиканты – препараты, применяемые для подсушивания листьев перед уборкой;

ü ретарданты – препараты, применяемые для торможения роста и развития растений и повышения устойчивости растений к полеганию.

Пестициды классифицируют по составу и химическим свойствам, способности к бионакоплению, устойчивости к разложению, токсичности. Современная шкала экотоксикологической оценки пестицидов включает критерии:

• токсиколого-гигиенические (оценка по нормативам, воздействие на органолептические свойства, летучесть, токсичность для животных и человека, способность к кумуляции в их организме);

• эколого-агрохимические (персистентность [степень устойчивости к разложению] в почве, миграция по почвенному профилю, транслокация в растения, фитотоксическое действие через почву, реакция на действие инсоляции);

• экотоксикологические (коэффициент избирательности действия).

С экологической точки зрения имеются различные формы воздействия пестицидов. Демоэкологическая категория форм воздействия выражается совокупностью нарушающих воздействий на уровне популяций отдельных видов, чувствительных к какому-либо фитосанитарному веществу. Она проявляется в вымирании определенной части особей. Биоценотическая связана с уменьшением численности популяции вследствие уничтожения пестицидами тех растений или животных, которые служат им пищей. Экологические последствия могут проявляться также в росте численности той или иной популяции за счет исчезновения конкурирующего вида, имеющего аналогичные требования к пищевым ресурсам.

Степень опасности пестицида C_n, (баллы) устанавливаются по формуле (12):

C_n = (К_ч + К_n) - 1, (12)

где К_ч – класс опасности пестицида для человека в баллах (таблица 14);

К_n – класс опасности для природы в баллах (таблица 14).

Таблица 14– Класс опасности некоторых пестицидов (в баллах)

Пестицид	Класс опасности для
человека, К_ч	окружающей среды, К_n
Антио, 25% КЭ
ГХЦГ, 12% дуст
Золон, 35% КЭ
ПХК, 50% КЭ
Хлорофос, 80% СП
Гранозан, 2% дуст
Бордоская жидкость, 1% С
Сера коллоидная, 80% СП
ЦИНЕБ, 80% СП
Бетанал, 16% КЭ
ТХА, 90% РП
Эптам, 72% КЭ
Би-58, 40% КЭ
Каратэ, 5% КЭ
Фастак, 10% КЭ
Фурадан, 35% ТП
ТМТД, 80% СП
Арцерид, 60% СП
Скор, 25% КЭ
Бетанал АМ, 82% КЭ
Лонтрел, 30% ВР
Фюзилад С, 12,5% КЭ

Средневзвешенная степень опасности ассортимента пестицидов (С_ср) определяется по формуле (13):

(13)

где С_n1, С_n2, , С_ni – степень опасности i -го пестицида в баллах;

M₁, M₂, , M_i – масса i -го внесенного пестицида.

Усредненная нагрузка токсикантов на площадь, т.е. экотоксикологическая доза (Д_n, кг/га), вычисляется по формуле (14):

(14)

где ∑ M_i – общая масса внесенных пестицидов в кг;

S – площадь, га.

Прогноз загрязнения (П_з, условные кг/га) вычисляется по формуле (15):

(15)

где R –способность почвы к самоочищению в баллах:

R <0,2 – очень слабая;

R = 0,2 – 0,4 – слабая;

R = 0,41-0,6 – умеренная;

R = 0,61-0,8 – интенсивная;

R > 0,8 – очень интенсивная.

Параметр R отражает интенсивность деструкции пестицидов в зависимости от почвенно-климатических условий. Он изменяется от 0,1 балла для сухих степей и солончаков до 1 балла для окультуренных черноземов в зоне достаточного увлажнения.

Агроэкотоксикологический индекс (A_u) основывается на принципе ферментативной реакции, которая может использоваться при интерпретации деструкции пестицидов в биологических средах и вычисляется по формуле (16):

(16)