Основные понятия изучаемой темы. Биосфера и ее компоненты: нижние слои атмосферы, гидросфера, верхние слои литосферы

Биосфера и ее компоненты: нижние слои атмосферы, гидросфера, верхние слои литосферы. Виды веществ в биосферы: живое, биогенное, биокосное, косное. Уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, экосистемный, биосферный. Функции живого вещества в биосфере: концентрационная, окислительно-восстановительная, энергетическая, газовая, деструкционная.

Загрязнение окружающей среды и его виды: естественное и искусственное. Категории загрязнения: ингредиентное, параметрическое, биоценотическое, стациально-деструкционное. Особенности действия антропогенных факторов: нерегулярность действия, неограниченные возможности действия на организм.

Атмосфера, ее состав (постоянные, переменные и случайные примеси), слои атмосферы (тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера). Источники загрязнения атмосферы. Классификации загрязняющих веществ по агрегатному состоянию, степени потенциальной опасности, механизму образования. Стратосферный озон. Источники разрушения озонового слоя. Озоновые дыры. Монреальский протокол.

Гидросфера, ее состав, строение (пелагиаль, бенталь). Биогенные вещества. Сточные воды и основные загрязнители: минеральные, органические, биологические и бактериальные. Детергенты. Эвтрофикация водоемов.

Литосфера, ее состав, строение (земная кора, астеносфера, верхняя мантия, нижняя мантия, жидкое ядро, твердое ядро). Гумус. Разрушение почвенного покрова: эрозия, дефляция, засоление, опустынивание, заболачивание.

Антропогенное воздействие на растительный и животный мир. Воздействие сельскохозяйственной деятельности человека на природу. Водная среда как среда жизни. Почва как среда жизни. Наземно-воздушная среда как среда жизни. Организм как среда жизни. Экологические кризисы и экологические катастрофы. Оценка экологической ситуации в России. Экологические проблемы Южного Урала. Эволюция биосферы. Техносфера. Ноосфера.

Задание 1. Дополните предложения.

1. Нефть, каменный уголь, известняк – __________ вещество.

2. Растения, животные, микроорганизмы – __________ вещество.

3. Тонкая оболочка земли, населенная живыми организмами, называется __________.

4. Стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным фактором, называется __________.

5. Каменная оболочка земли называется __________.

6. Воздушная оболочка Земли называется __________.

7. Часть биосферы, преобразованная технической деятельностью человека, называется __________.

8. Древнейшая область биосферы – __________.

9. Всю массу живых организмов всех видов В. И. Вернадский называл __________.

10. Озоновый слой выполняет функцию __________.

11. Загрязнение атмосферы рядом промышленных производств оксидами серы и азота способствует образованию __________.

12. Концентрация углекислого газа в атмосферном воздухе составляет __________.

13. Содержание свободного кислорода в атмосфере равно __________.

14. Содержание азота в атмосфере составляет __________.

15. В Тихом океане жизнь встречается на глубине __________.

16. Эрозия – это __________.

17. Дефляция – это __________.

18. Ядовитая смесь дыма, тумана и пыли в атмосфере называется __________.

19. Сфера разума – это __________.

20. Наличие болезнетворных бактерий в питьевой воде относится __________ типу загрязнений.

21. Озоновый слой образуется в __________.

22. Эвтрофикация водоемов – это процесс, связанный с развитием __________.

23. Эвтрофикация – это __________.

24. Основным источником поступления кислорода в атмосферный воздух является __________.

25. В чем различие двух терминов «экологический кризис» и «экологическая катастрофа».

26. Приоритетным элементом в литосфере является __________.

27. Приоритетным элементом в гидросфере является __________.

28. Слои атмосферы: __________.

29. Слои гидросферы: __________.

30. Слои планеты Земля: __________.

31. Уровни организации живой материи: __________.

32. Суть газовой функции живого вещества в биосфере заключается в __________.

33. Суть концентрационной функции живого вещества в биосфере заключается в __________.

34. Суть энергетической функции живого вещества в биосфере заключается в __________.

35. Суть окислительно-восстановительной функции живого вещества в биосфере заключается в __________.

36. Суть деструктивной функции живого вещества в биосфере заключается в __________.

37. Косное вещество – это __________.

38. Засоление почвы – это __________.

39. Заболачивание почвы – это __________.

40. Опустынивание почвы – это __________.

Задание 2. К каким живым организмам, обитающим в воде, относятся перечисленные ниже примеры. Найдите соответствие между видами живых организмов и их примерами.

Таблица 3.1 – Классификация живых организмов, обитающих в воде и их примеры

Виды живых организмов, обитающих в воде	Примеры
1. нектон 2. планктон 3. бентос	а) черепаха; б) пингвин; в) синий кит; г) морской котик; д) акула; е) водоросли; ж) яйца и личинки рыб; з) простейшие; и) краб; к) рак; л) устрица.

Задание 3. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха по состоянию листовых пластинок березы повислой.

В качестве индикатора уровня общей загрязненности территории используется широко распространенный вид – береза повислая (Betula pendula Roth.).

В качестве объекта исследования используются морфологические характеристики листовой пластинки – органа, обладающего довольно высокой экологической чувствительностью. Для этого необходимо с укороченных побегов растений части кроны березы повислой взять 25 листьев (с пяти деревьев по пять листьев). Величина флуктуирующей асимметрии определяется для 5 морфологических признаков, измеряемых с правой и левой половины листа, которая, с одной стороны, удобна для учета и дает возможность однозначной оценки, с другой – хорошо характеризует общие особенности листа. Это:

а) ширина левой и правой половины листа, измеренная посередине листовой пластинки;

б) длина второй от основания листа жилки второго порядка;

в) расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

г) расстояние между концами этих же жилок;

д) угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Данные представляются в виде таблицы 3.2.

Для определения интегрального показателя стабильности развития вычисляют относительную величину асимметрии для каждого признака.

Таблица 3.2 – Показатели асимметрии листьев

№ листа	Признаки
а	б	в	г	д
лев	прав	лев	прав	лев	прав	лев	прав	лев	прав

Для этого разность между промерами слева и справа делят на сумму этих промеров. Полученные относительные показатели величины асимметрии листьев представляют в виде таблицы 3.3.

Далее необходимо вычислить показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков. Полученные данные также представляют в таблице 3.3.

Затем определяется интегральный показатель стабильности развития. Для этого суммируют средние значения величины асимметрии и сумму делят на 25.

Для оценки степени нарушения стабильности развития используют пятибалльную шкалу, которая представлена в таблице 3.4.

Таблица 3.3 – Относительные показатели величины асимметрии листьев

№ листа	Признаки	Средняя величина асимметрии
а	б	в	г	д
Интегральный показатель стабильности развития

Таблица 3.4 – Шкала оценки отклонений в развитии организма от условной нормы по величине интегрального показателя флуктуирующей асимметрии

Балл	Величина показателя флуктуирующей асимметрии
I	< 0,040
II	0,040 – 0,044
III	0,045 – 0,049
IV	0,050 – 0,054
V	> 0,054

Первый балл шкалы – условная норма. Значение интегрального показателя асимметрии, соответствующее одному баллу, наблюдается для растений, произрастающих в достаточно благоприятных условиях, где уровень антропогенного загрязнения невысок. Пятый балл – критическое значение, наблюдаемое в крайне неблагоприятных условиях, угнетающих развитие растений.

Задание 4. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха по состоянию хвои сосны

Хвойные растения также чувствительны к загрязнению среды. Они особенно сильно страдают от сернистого газа. Продолжительность жизни хвои у сосны составляет 3 – 4 года. За это время она накапливает такое количество сернистого газа, которое может существенно превысить пороговые значения.

Под влиянием токсиканта у сосны происходят следующие изменения:

· уменьшение продолжительности жизни хвои;

· отмирание побегов;

· появление некрозов (омертвление тканей);

· изреживание кроны;

· уменьшение ширины годичных колец.

Хвоепад (листопад) у сосны происходит осенью. Зеленые хвоинки располагаются на прошлогодних и побегах этого года, а желтые на более старых, которым уже более 3 лет. Также у сосны происходит изреживание кроны, появляется много сухих веток, покрытых редкой короткой хвоей. Сернистый газ поглощается растением через устьица, растворяется в жидкой фазе клеток (цитоплазме) и вызывает отравление живых тканей (рисунок 3.1).

Скорость поступления фитотоксиканта сильно зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Увлажненные хвоинки поглощают сернистый газ в несколько раз больше, чем сухие. Растение интенсивно накапливает в тканях серу. Молодые хвоинки (молодые деревья) активнее поглощают сернистый газ, чем старые. Поэтому возраст сосновой хвои указывает на степень загрязнения. При концентрации сернистого газа 1:1000000 хвоя сосны опадает, фотосинтез полностью прекращается.

Некрозы – это омертвение в живом организме отдельных органов, их частей, тканей или клеток. Некрозы обычно появляются весной, сразу после образования хвои, а затем увеличиваются незначительно. Некротические реакции у деревьев, находящихся на продуваемых местах, выражены сильнее, чем в случае густого насаждения.

Различают следующие виды некрозов:

· краевой некроз (по краям хвоинки);

· срединный некроз;

· точечный – отмирание тканей листа в виде пятен, рассыпанных по всей поверхности хвоинки (рисунок 3.2).

Рисунок 3.1 – Влияние кислотных дождей на хвойные растения.

Рисунок 3.2 – Класс повреждения и усыхания хвои.

Изреживание кроны происходит в результате обесхвоенности (дефолиации), когда воздействие загрязняющих веществ (в том числе и сернистый газ) приводит к разрушению верхней части дерева.

Существует удобный способ определения возраста хвои с помощью мутовок (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – Схема определения продолжительности жизни хвои сосны.

Этапы проведения работы:

· подготовительный – выбор на территории объектов исследования;

· обследование состояния хвои сосен, произрастающих в намеченных точках.

При обследовании повреждений хвои основными параметрами являются некрозы и длина хвоинок. В точке обследования необходимо отобрать молодые деревья примерно одинакового возраста, произрастающие на открытом месте (обочине, опушке леса). Из них отобрать 5 деревьев высотой 1 – 2 метра, отстоящие друг от друга на расстояние 10 – 15 метров. И с каждого дерева взять по 20 хвоинок. При этом объектом обследования является верхушечная часть ствола, хвоинки участка бокового побега предыдущего года (второй сверху мутовки).

Определяется класс повреждения и усыхания по рисунку 3.2 (данные заносятся в таблицы 3.5 и 3.6).

Таблица 3.5 – Определение класса повреждения хвои

Класс повреждения хвои
Степень повреждения	Хвоинки без пятен	Хвоинки с небольшим числом пятен	Хвоинки с большим числом черных и желтых пятен, некоторые из них крупные, во всю ширину хвоинки
шт	%	шт	%	шт	%

Таблица 3.6 – Определение класса усыхания хвои

Класс усыхания хвои
Степень усыхания	У хвоинки нет сухих участков	Усох кончик хвоинки на 2 – 5 мм	Усохла треть хвоинки	Вся хвоинка желтая или более половины ее длины сухая
шт	%	шт	%	шт	%	шт	%

Продолжительность жизни хвои оценивается при обследовании верхушечной части ствола за последние годы: каждая мутовка, считая сверху – это год жизни. Определяется, сколько лет сохраняется хвоя (максимальный возраст хвои), причем, если на самом нижнем из охвоенных участков часть хвоинок опала, то оценивается примерная долю сохранившихся. Таким образом, полный возраст хвои определяется числом участков ствола с полностью сохраненной хвоей плюс доля сохраненной хвои на следующем за ним участке. Данные сводятся в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 – Определение продолжительности жизни хвои

№ дерева	Продолжительность жизни

Таблица 3.8 – Определение класса загрязнения воздуха

Максимальный возраст хвои	Класс повреждения хвои на побегах 2-го года жизни
	I	I – II	III
	I	II	III – IV
	II	III	IV
	–	IV	V – VI

Условные обозначения класса загрязнения воздуха: I – идеально чистый; II – чистый; III – относительно чистый («норма»); IV – загрязненный («тревога»); V – грязный («опасно»); VI – очень грязный («вредно»).

Для сравнения морфологических признаков проводятся измерения хвоинок на побегах при помощи линейки.

Статистический анализ включал в себя расчет средней арифметической, составление вариационных рядов и определение частоты встречаемости каждого класса хвоинок (таблица 3.9).

Таблица 3.9 – Состояние хвои сосны обыкновенной произрастающей в районах с разной антропогенной нагрузкой

Район исследования	Длина хвоинки, см
max	min	средняя
улица

Для сравнения районов между собой необходимо составить для каждого района исследования вариационный ряд. Нужно разбить хвоинки в зависимости от их длины на 7 классов и высчитать частоту встречаемости каждого класса в разных выборках (таблица 3.10).

Таблица 3.10 – Частота встречаемости (%) хвои разных классов длин в районах исследования

Класс	Длина хвои, см	Район исследования	Район исследования
штук	%	штук	%
Итого:

Предполагается, что при благоприятных условиях среды длина хвои будет максимальной. Причем, преобладание хвои 1 и 7 классов свидетельствует об экологическом неблагополучии. И наоборот, преобладание хвои 3 – 4 классов говорит об удовлетворительном состоянии окружающей среды.

Под влиянием специфических экологических условий вблизи источников загрязнения у растений могут изменяться внешний вид (облик), морфологические особенности и анатомическая структура. У хвойных пород уменьшается длина хвои и увеличивается число хвоинок на побеге, рано опадает хвоя старших возрастов, уменьшается ассимиляционная поверхность. Иногда при состоянии экологического неблагополучия появляются некрозы. Цвет повреждений бывает самым разным: красновато-бурым, желто-коричневым, буровато-сизым.

Исследования состояния хвои сосен, произрастающих в районах обследования, показали следующие результаты: улица «____________». Максимальный возраст хвои – ___ лет; ___ % хвоинок – без пятен, на ___ % небольшое число мелких пятен жёлтого цвета, у ___ % много пятен по всей длине, сухих участков на ___ % хвоинках, но ___ % хвоинок – полностью сухие. Класс повреждения хвои – ___ –___. Средние длины хвоинок составили ___ см, преобладают ___ и ___ классы длин хвои (___ – ___ см).

Полученные в ходе исследований результаты размещаются в таблице 3.11.

Таблица 3.11 – Данные обследования состояния хвои сосен

Район обследования	Класс повреждения хвои	Класс усыхания хвои	Возраст хвои (год)	Класс загрязнения воздуха
Улица

Вывод включает в себя:

· анализ полученных в ходе исследований результатов показал: состояние атмосферного воздуха на исследуемой территории можно оценить ________________________;

· высокую степень загрязненности воздуха по сравнению с контрольным районом, можно объяснить влиянием __________________.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите виды веществ, встречающихся в биосфере. Приведите примеры.

2. На какую высоту (глубину) распространились живые организмы в биосфере?

3. Какие геосферы входят в состав биосферы?

4. Перечислите слои атмосферы.

5. В каком слое атмосферы сосредоточена максимальная концентрация озона?

6. Назовите основные способы разрушения почвенного покрова.

7. Каким образом живые организмы приспособились жить в наземно-воздушной, водной, почвенной среде обитания и другом живом организме.

8. В чем различие между понятиями «экологический кризис» и «экологическая катастрофа».

9. При каких условиях биосфера перейдет в стадию развития ноосфера.