Методические рекомендации по курсу: «Глобальные проблемы экологии»

Тазитдинова Р.М.

Методические рекомендации по курсу:

«Глобальные проблемы экологии»

   ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

   Тема: Определение токсичности проб снега по хемотоксической

реакции инфузорий

Цель: оценить степень загрязнения атмосферы по уровню ток­сичности проб снега с использованием метода биоиндикации.

Материалы и оборудование: кюветы, культура инфузорий, 5 % раствор поливинилового спирта, снеготалая вода, дистиллированная во­да, калькулятор, ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

В качестве тест-объекта в данной работе используются простей- тттие Paramecium caudatum - инфузории-туфельки. Эти простейшие име­ют размеры от 30 мкм до 1-2 мм, по форме напоминают туфельку. Оби­тают инфузории обычно в пресных реках и прудах. Все тело инфузорий покрыто множеством ресничек, которые выполняют функции передви­жения и подгона пищи к ротовому отверстию. По сравнению с другими простейшими инфузории имеют наиболее сложное строение и всегда находятся в непрерывном движении (передвигаются они со скоростью до 2,5 мм/с). Движение инфузорий целенаправленно и называется так­сисом. Возникает таксис под влиянием односторонне действующего стимула - света (фототаксис), температуры (термотаксис), различных химических веществ (хемотаксис), кислорода (аэротаксис), влажности (гидротаксис). Таксис может быть положительным (движение к источ­нику раздражения) и отрицательным (движение от источника раздраже­ния).

Метод определения токсичности основан на способности инфузо­рий реагировать на присутствие в водной среде веществ, представляю­щих опасность для их жизнедеятельности, отрицательным хемотакси­сом. Параметры хемотаксической реакции инфузорий определяются с помощью приборов серии «Биотестер» (в данной работе «Биотестер-2»). Хемотаксическая реакция стимулируется путем наслоения на взвесь инфузорий раствора исследуемого вещества. Для этого взвесь инфузо­рий и исследуемый раствор последовательно вносят в кювету (неболь­ших размеров прямоугольная стеклянная емкость). В кювете должна образовываться стабильная граница раздела двух жидкостей, для чего взвесь тестовых инфузорий предварительно можно обработать ней­тральным загустителем (поливиниловым спиртом). Граница раздела жидкостей не препятствует свободному перемещению инфузорий, но позволяет избежать смешивания взвеси инфузорий с раствором иссле­дуемого вещества.

В нормальных условиях инфузории будут концентрироваться в верхней части кюветы ближе к свободному кислороду воздуха (положи­тельный аэротаксис). Наличие же в исследуемом растворе токсических веществ приводит к иному характеру перераспределения инфузорий в кювете, а именно: чем выше токсичность пробы, тем меньше инфузорий будет перемещаться в верхнюю зону кюветы (отрицательный хемотак­сис).

Критерием токсического действия исследуемого вещества является степень различия в числе инфузорий, наблюдаемых в верхней зоне кю­веты в контрольной пробе (заведомо не содержащей токсических ве­ществ) по сравнению с исследуемой пробой.

Количество инфузорий, наблюдаемых в верхней зоне кюветы, по­зволяет определить прибор «Биотестер-2» принцип работы которого за­ключается в следующем. При помещении кюветы (контрольной или опытной) в кюветный модуль прибора через верхнюю часть кюветы пропускается монохроматический световой поток. Пройдя через кюве­ту, поток света преобразуется фотодиодами и фотометрическим преоб­разователем в электрический выходной сигнал, который, пройдя через аналого-цифровой преобразователь высвечивается в виде значений на информационном табло прибора. Эти значения характеризуют среднюю концентрацию движущихся инфузорий в верхней зоне кюветы, по­скольку при наличии движущихся клеток изменяется коэффициент про­пускания жидкой среды (инфузории отражают часть световых лучей и чем выше их концентрация, тем меньше световых лучей достигнет фо­тодиодов).

Практическая часть

Объектом исследования служат пробы снега, взятые в разных по степени антропогенной нагрузки участках города (вблизи автодороги, на территории промышленного предприятия, в глубине парковой зоны и т.д.).

Ход работы и обработка результатов

1.   В контрольную и опытную кюветы вносят по 2 мл взвеси тесто­вых инфузорий, в каждую кювету добавляют по 0,35 мл 5% раствора поливинилового спирта, содержимое кювет тщательно перемешивают.

2.   В опытную кювету на взвесь инфузорий аккуратно наслаивают 1,6 мл исследуемой жидкости (растаявшего снега), не допуская переме­шивания с нижним слоем. В контрольную кювету вместо исследуемой жидкости вносят 1,6 мл заведомо не токсичной жидкости, например, дистиллированной воды.

3.   Через 30 минут кюветы последовательно помещают в кюветный модуль и определяют концентрацию инфузорий в верхней зоне кюветы в условных единицах. В том случае если концентрация токсических ве­ществ настолько велика, что инфузории не выходят в верхнюю зону кюветы, то на передней панели прибора начинает мигать светодиод «ТРЕВОГА». Это означает, что исследуемую пробу необходимо разба­вить, а затем при проведении расчетов скорректировать результат с уче­том степени разведения.

4.    Оценку токсичности исследуемой жидкости производят по сте­пени различия количества инфузорий, наблюдаемых в верхней зоне кюветы в контрольной и опытной пробе. Для чего определяют индекс токсичности (Т) по формуле:

^{Т (1}контроль ^— ^пытЗ / ¹контроль ^,

где

1к_онтроль и 1_опыт это средние показания прибора для контрольной и опытной проб соответственно.

Некоторые пробы могут содержать безопасные и даже привлека­тельные для инфузорий вещества. В таких случаях 1_опыт может даже не­сколько превышать 1_конт_роль. Полученные отрицательные значения ин­декса токсичности свидетельствуют об отсутствии токсичности и могут быть оценены как нулевые.

По результатам работы делают заключение, с учетом того, что ин­декс токсичности может принимать значения от 0 до 1. При этом допус­тимой степенью токсичности обладает проба со значениями Т меньше

0,               40. В том случае если Т превышает значение 0,71, то такая проба счи­тается высокотоксичной.

Контрольные вопросы

1.  Перечислите известные вам эффекты воздействия поллютантов различной природы на живые организмы.

2.   Какие виды простейших, кроме инфузорий, вы знаете?

3.  Что такое таксис? Какие виды таксиса вы знаете?

4.   Зачем тест-объекты перед постановкой пробы обрабатывают по­ливиниловым спиртом?

5.  Изобразите принцип работы прибора «Биотестер-2» в виде схе­мы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2

Тема: Биоиндикация качества окружающей среды

с использованием древесных растений.

Цель: определить степень загрязнения городской среды с помо­щью биоиндикационных показателей.

Материалы и оборудование: линейка, циркуль, транспортир, по­лиэтиленовый пакет, ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

В основе биоиндикации лежат реакции организмов на воздействие факторов окружающей среды. Антропогенные воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, с другой - обу­славливают антропогенную модификацию уже имевшихся природных факторов и тем самым изменение свойств биологических систем. Если эти новые параметры значительно отклоняются от соответствующих исходных величин, то возможна биоиндикация. Соответственно, орга­низмы, жизненные функции которых так тесно коррелируют с опреде­ленными факторами среды, что могут применяться при их оценке, на­зываются биоиндикаторами.

При биоиндикации изменение биологических систем всегда зави­сит как от антропогенных, так и от природных факторов среды. Они реагируют на воздействие среды в целом в соответствии со своей пред­расположенностью, то есть, такими внутренними факторами, как усло­вия питания, возраст, генетически контролируемая устойчивость и уже присутствующие нарушения. Интенсивность воздействия факторов ок­ружающей среды на организмы различна, также как и различны по сво­им свойствам сами организмы. Реакция каждого биологического объек­та индивидуальна и зависит от интенсивности, вида, времени и других показателей воздействия.

Одним из биоиндикационных показателей трансформации окру­жающей среды и ее воздействия на живой организм является наруше­нии симметрии. Состояние природных популяций билатерально сим­метричных организмов может быть оценено через анализ величины флуктуирующей ассиметрии, характеризующей мелкие ненаправленные нарушения стабильности развития и являющиеся интегральным ответом организма на состояние окружающей среды. Исходным является поло­жение, что минимальный уровень флуктуирующей ассиметрии должен иметь место лишь при оптимальных условиях развития. При стрессовых воздействиях этот показатель возрастает, отражая отклонения в процес­се онтогенеза. Предполагается известной генетически заданная норма развития, а любые отклонения признака от симметричности означают отклонения от этой нормы.

Растения, как продуценты экосистемы, в течении всей жизни при­вязанные к локальной территории и подверженные влиянию двух сред: почвенной и воздушной, наиболее полно отражают весь спектр стресси- рующих воздействий на систему. Биоиндикационные показатели отра­жают реакцию организма на все многообразие действующих на него факторов. Наиболее чувствительными из высших растений к атмосфер­ным изменениям, связанным с влиянием антропогенных факторов счи­таются хвойные (кедр, сосна, ель). Распространенность сосновых лесов в России обуславливает выбор этого объекта в качестве биоиндикатора загрязнения воздуха. Информативными по техногенному загрязнению являются морфологические и анатомические изменения, а так же про­должительность жизни хвои.

В целом, биоиндикационные методы являются весьма эффектив­ными при оценке экологического состояния территории, поскольку жи­вые системы очень чувствительны к изменениям внешней среды и об­ладают свойством реагировать раньше, чем эти изменения станут оче­видными. Преимущества биоиндикаторов состоит в том, что они сум­мируют все биологически важные данные об окружающей среде и от­ражают ее состояние в целом; устраняют трудную задачу применения дорогостоящих методов исследования; исключают невозможность реги­стрирования залповых и кратковременных выбросов токсикантов; ука­зывают пути и места скопления в экосистемах различного рода загряз­нений; позволяют судить о степени вредности веществ для живой при­роды и т.д.

Оценка стабильности биологических систем любого уровня крайне необходима, особенно для определения степени антропогенного воздей­ствия.

 Практическая часть 1.        Биоиндикация качества окружающей среды с использовани­ем Березы повислой (Betula pendula Roth.)

В качестве модельного объекта выбирается обычный, широко рас­пространенный вид, в данном случае береза повислая (Betula pendula Roth.).

Начинать сбор материала необходимо после завершения интенсив­ного роста листьев, что соответствует июню и до их опадания осенью. Выборка производиться с растений, находящихся в сходных экологиче­ских условиях. Для анализа используются только средневозрастные растения, избегая молодые и старые. Выборка листьев производится с 10 близкорастущих деревьев по 10 листьев с каждого, всего 100 листьев с одной точки. Листья берутся из нижней части кроны, на уровне под­нятой руки, с максимального количества доступных веток. Используют­ся листья с укороченных побегов. Каждая выборка снабжается этикет­кой, где указывается дата, место сбора, кто произвел отбор. Листья и этикетка помещаются в полиэтиленовый пакет.

Измерения

С одного листа снимают показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны:

1   - ширина половинки листа. Для измерения лист складывают по­перек пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разги­бают и по образовавшейся складке производят измерения;

2   - длина второй жилки второго порядка от основания листа;

3  - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

4   - расстояние между концами этих жилок;

5    - угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка (рис. 5-1).

Рис. 5-1. Измеряемые параметры листа

Измерение угла демонстрирует рисунок 5-2. При этом транспортир (поз. 1 рис. 5-2) располагают так, чтобы центр основания окошка транс­портира (поз. 2 рис. 5-2) находился на месте ответвления второй жилки второго порядка (поз. 4 рис. 5-2). Так как жилки не прямолинейны, а из­вилисты, то угол измеряют следующим образом: участок центральной жилки (поз. 3 рис. 5-2), находящийся в пределах окошка транспортира (поз. 2 рис. 5-2) совмещают с центром транспортира, который равен 90^о, а участок жилки второго порядка (поз. 4 рис. 5-2) продлевают до гра­дусных значений транспортира (поз. 5 рис. 5-2), используя линейку. Данные измерений заносятся в таблицу 5-1.

Таблица 5-1 Значения измерений__________________________ Дата Исполнитель Место сбора № листа 1 признак 2 признак 3 признак 4 признак 5 признак л п л п л п л п л п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Вычисления

Величина ассиметричности оценивается с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак

(средняя арифметическая отношения разности к сумме параметров лис­та слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для его расчета вы­полняют следующие действия:

Находим относительное различие (Y) между значениями признака слева (Х_л) и справа (Х_п) для каждого признака. Для этого находят раз­ность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму.

Находим Y по формуле:

Хл - Хп

Y        = ................................... (1)

Хл + ^Хп

Найденное значение вписывают в таблицу 5-2.

Подобные вычисления производят по каждому признаку, в резуль­тате чего получается 5 значений Y_1-5 для одного листа. Такие же вычис­ления делают для каждого листа.

Таблица 5-2

Вспомогательная таблица для вычислений биоиндикационных показателей № лис­та 1 признак (1) - Y 2 признак (1) - Y 3 признак (1) - Y 4 признак (1) - Y 5 признак (1) - Y Среднее отно­сительное различие на признак (2) - Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (3) - Х

2.    Во втором действии находят значение среднего относительно различия между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого сумму относительных различий надо разделить на число признаков. На­ходим Z по формуле:

Yi + Y2 + Y3 + Y4 + Y5

Z = ..................................................  (2), где

N

N - число признаков и, в нашем случае, равна 5. Подобные вычис­ления проводят для каждого листа. Найденные значения заносят в таб­лицу 5-2.

3.     В третьем действии вычисляется среднее относительное разли­чие на признак для выборки (Х). Для этого все значения Z складывают и делят на число этих значений по формуле:

XZ                 Zi + Z2 +         Z_n

Х =................ =......................................... (3), где

n                                  n

n - число значений Z, т.е. число листьев.

Этот показатель характеризует степень ассиметричности организ­ма. Для данного показателя разработана пятибалльная шкала отклоне­ния от нормы, в которой i балл - условная норма, а 5 баллов - критиче­ское состояние (табл. 5-3).

Таблица 5-3 Балльные значения показателя ассиметричности________________ Балл Значения показателя ассиметричности 1 балл До 0,055 2 балла 0,0055 - 0,06 3 балла 0,06 - 0,065 4 балла 0,065 - 0,07 5 баллов Более 0,07

По результатам работы сделайте выводы о состоянии окружающей среды, полученным в результате анализа биоиндикационных показате­лей.

2.     Биоиндикация качества окружающей среды с использова­нием хвойных деревьев

В условиях отсутствия техногенного воздействия в лесных экоси­стемах основная масса хвои сосны не повреждена и лишь малая часть хвоинок имеет светло - зеленые пятна и некротические точки микро­скопических размеров, равномерно рассеянные по всей поверхности. В

загрязненной атмосфере появляются повреждения и снижается продол­жительность жизни хвои сосны.

Для проведения исследований выбираются ключевые участки, со­гласно существующей геоэкологической ситуации на территории, с уче­том расположения промышленных предприятий, розы ветров, наличия автомагистралей. Определяется условно - фоновый участок. На вы­бранных территориях отбирается по 200 - 300 пар хвоинок с боковых побегов в средней части кроны 5 - 10 деревьев. Вся хвоя делится на три части (неповрежденная хвоя, хвоя с пятнами и хвоя с признаками усы­хания) и подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Далее полученные данные переводятся в проценты (за 100 % - все изученные хвоинки, соответственно вычислить какую часть от этого числа состав­ляют каждая группа).

Данные заносятся в таблицу (табл. 5-4) с указанием даты отбора проб на каждом ключевом участке.

Таблица 5-4 Определение состояния хвои сосны обыкновенной _______________ для оценки загрязненности атмосферы____________________________________ Показатель Номера ключевых участков Общее число обследованных хвоинок Количество хвоинок с пятнами Процент хвоинок с пятнами Количество хвоинок с усыханием Процент хвоинок с усыханием Дата отбора проб

Сравнение полученных результатов по разным участкам с условно­фоновым позволит сделать вывод о состоянии и степени изменения воз­душного бассейна изученной территории.

Полученные результаты могут быть основой мониторинговых ис­следований состояния воздушного бассейна территории.

Контрольные вопросы

1.  Приведите примеры видов - эдификаторов.

2.  Приведите примеры адаптаций животных и растений нашей об­ласти к сезонным изменениям в природе.

3.  Укажите растение - индикатор кремниевых земель: а) папорот­ник - орляк; б) бузина красная; в) ежа сборная; г) душица обыкновенная.

4.  Укажите растение - нитрофил: а) бодяк полевой; б) крапива дву­домная; в) ландыш майский; г) пырей ползучий.

5.  Укажите растение - кальцефил: а) фиалка удивительная; б) фи­алка трехцветная; в) эдельвейс; г) чистотел большой.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3

Тема: Определение количества антропогенных загрязнений, попадающих в

окружающую среду в результате работы автотранспорта

Цель: Изучить экспресс-методику определения степени загрязне­ния атмосферного воздуха токсическими веществами, содержащимися в выхлопных газах городского автотранспорта.

Материалы и оборудование: часы, ручки, тетрадь, каль­кулятор.

Теоретическое введение

Двигатели внутреннего сгорания автомобилей являются основным источником загрязнения атмосферы в городах и густонаселённых ре­гионах. В частности, в масштабах нашей страны доля транспорта в сум­марных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу от всех источни­ков достигает 45%, в выбросах парниковых газов - примерно 10%, в сбросах вредных веществ со сточными водами - около 3%.

Основными вредными примесями, содержащимися в выхлопных газах двигателей, являются: оксид углерода, оксиды азота, различные углеводороды, включая и канцерогенный 3,4-бенз(а)пирен, альдегиды, сернистые газы. Бензиновые двигатели, кроме того, выделяют продук­ты, содержащие свинец, хлор, бром, а иногда и фосфор, а дизельные - значительные количества сажи и частичек копоти ультрамикроскопи- ческих размеров. Каждая машина с бензиновым двигателем, прошедшая 15 тыс. км, потребляет 4350 кг кислорода и выбрасывает 530 кг СО, 93 кг углеводородов, 27 кг оксида азота. 75% свинца, содержащегося в вы­сокооктановом бензине, переходит в атмосферу, то есть каждый авто­мобиль ежегодно выбрасывает в воздух до 1 кг свинца. В целом, отра­ботанные газы двигателей внутреннего сгорания содержат более 200 вредных веществ и наименований.

Практическая часть

Выберите несколько различных участков автотрассы длиной около 100 м. Определите число единиц автотранспорта проходящих по вы­бранному участку в течение 30 или 60 мин. При этом учитывайте, сколько автомобилей определенного типа (легковые, грузовые, автобу­сы, дизельные грузовые автомобили) проехало по выбранному участку. В том случае если наблюдение заняло 30 мин, полученный результат умножьте на 2.

Рассчитайте среднее число учтенных автомобилей для каждого ти­па автотранспорта в зависимости от количества выбранных участков трассы, после чего заполните следующую таблицу 6-1:

Таблица 6-1 Среднее число учтенных автомобилей____________________ Тип автотранспорта Всего за 30 мин Всего за 1 час Легковые автомобили Грузовые автомобили Автобусы Дизельные грузовые автомобили

Количество выбросов вредных веществ, поступающих от авто­транспорта в атмосферу, можно оценить расчетным методом. Исходны­ми данными для расчета количества выбросов являются:

-     число единиц автотранспорта, проезжающего по выделенному участку дороги в единицу времени;

-    нормы расхода топлива автотранспортом.

Средние нормы расхода топлива при движении в условиях города приведены в таблице 6-2.

Таблица 6-2 Средние нормы расхода топлива______________________ Тип автотранспорта Средние нормы расхода топлива (л на 100 км) Удельный расход топлива Ya (л на 1 км) Легковые автомобили 11-13 0,11-0,13 Грузовые автомобили 29-33 0,29-0,33 Автобусы 41-44 0,41-0,44 Дизельные грузовые автомобили 31-34 0,31-0,34

Значения эмпирических коэффициентов (К), определяющих выброс загрязняющих веществ от автотранспорта в зависимости от вида горю­чего, приведены в таблице 6-3. Таблица 6-3 __________________ Значения эмпирических коэффициентов___________________ Виды топлива Значение коэффициента (К) угарный газ Углеводороды Диоксид азота Бензин 0,6 0,1 0,04 Дизельное топливо 0,1 0,03 0,04

Коэффициент К численно равен количеству вредных выбросов со­ответствующего компонента при сгорании в двигателе автомашины ко­личества топлива, равного удельному расходу (л/км).

Обработка результатов

Рассчитайте общий путь, пройденный установленным числом ав­томобилей каждого типа за 1 час (L_a, км) по формуле:

La= Na x L, где

N_a - число автомобилей каждого типа; L - длина участка, км; а - обозначение типа автомобиля.

Рассчитайте количество топлива разного вида (Qa), сжигаемого при этом двигателями автомашин, по формуле:

Qa = Ya x L_a , где

Y  - удельный расход топлива (л/км); L - длина участка, км; а - обо­значение типа автомобиля.

Определите общее количество сожженного топлива каждого вида и занесите результат в таблицу 6-4.

Рассчитайте объем выделившихся загрязняющих веществ в литрах по каждому виду топлива, перемножая соответствующие значения DQ и эмпирических коэффициентов К. Занесите результат в таблицу 6-5.

Рассчитайте массу выделившихся вредных веществ (m, г) по фор­муле:

m = V x M/22,4, где

М - молекулярная масса (для СО - 28, для NO₂ - 46, средняя моле­кулярная масса для углеводородов - 43).

Таблица 6-4

Общее количество сожженного топлива Тип автотранспорта Qa Бензин Дизельное топливо Легковые автомобили грузовые автомобили автобусы дизельные грузовые автомобили Всего (EQ)

Таблица 6-5 Объем выделившихся загрязняющих веществ_________________ Виды топлива Количество вредных веществ, л угарный газ Углеводороды Диоксид азота Бензин Дизельное топливо Всего (V)

Определите среднесуточную концентрацию вредных веществ (С_сс, мг/ м ) в атмосферном воздухе района, с учетом того, что объем исполь­зуемого воздуха вблизи участка дороги длиной 100 метров составляет примерно 20 000 м . Следует так же учитывать большую интенсивность движения автотранспорта в дневное время.

Сопоставьте полученные результаты с ПДК_СС для каждого из вредных веществ и сделайте вывод о степени антропогенного загрязне­ния атмосферы исследованного района.

Контрольные вопросы

1.  Какие вещества относятся к загрязнителям воздуха?

2.  Какой вклад вносит автотранспорт в загрязнение объектов окру­жающей среды в городах?

3.   Сравните загрязняющие вещества, выделяемые бензиновыми и дизельными двигателями. Какой тип топлива наносит больший вред ок­ружающей среде?

4.   Какие прямые критерии оценки состояния атмосферы вы знаете?

Что такое ПДКсс? Назовите значение ПДКсс основных загрязните­лей атмосферы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4

Тема: Изучение демографических показателей

Цель: Научиться собирать данные о продолжительности жизни, смертности и рождаемости людей; строить с использованием этих данных кривые выживаемости для разных периодов; объяснять на ос­нове графиков, как изменилась продолжительность жизни (за послед­ние 80-100 лет) и как это повлияло на рост населения.

Материалы и оборудование: калькулятор, ручка, тетрадь, рулон бумажной ленты, карандаш, ножницы, миллиметровая бумага, линейка.

Теоретическое введение

Современный этап развития человечества характеризуется уско­ренным ростом народонаселения. Рост населения Земли приобрел стре­мительные темпы и получил название демографического взрыва. В на­стоящее время на планете каждую минуту рождаются примерно 180 че­ловек, каждую секунду рождается 21 и умирают 19 человек. Таким об­разом, население Земли увеличивается на 2 человека в секунду, на 250 тысяч ежедневно. За год прирост составляет приблизительно 80 млн., причем он практически весь приходится на развивающие страны. Так, темпы роста населения Кении (Восточная Африка) - около 4 % в год - более высокие, чем в любой другой стране мира. В то же время самые крупные страны - США, Россия характеризуются уменьшением годово­го прироста до 0,5 % и этот показатель продолжает падать, а в Европе он близок к нулевому.

В наше время удвоение численности людей на планете происхо­дит за 35 лет, а производство пищи растет на 2,3 % в год и удваивается за 30 лет.

Демографы обычно пользуются общими коэффициентами рождае­мости и смертности. Общий коэффициент рождаемости отражает число живорожденных детей на 1000 жителей за год к середине данного года (к 1 июля). Общий коэффициент смертности - число смертей за год на 1000 жителей к середине данного года. В России коэффициент смерт­ности с начала 90-х годов превышал коэффициент рождаемости. Этот феномен получил название «Российского креста».

Практическая часть

Рост народонаселения и суммарный коэффициент рождаемости.

I.

Работа выполняется парами.

1)   Отрезки бумажной ленты будут соответствовать ступеням поло­возрастной пирамиды. Пусть отрезок длиной 1(2) см соответствует 1000 человек. Условимся, что в каждой возрастной группе одинаковое коли­чество мужчин и женщин.

2)   Отложите по вертикальной оси возрастную шкалу. Для этого на­клейте вертикально полоску ленты. Разметьте на ней возрастные интер­валы по 10 лет. Их длина должна соответствовать ширине ленты. Воз­раст увеличивается снизу вверх: 0-9 лет и т.д. до 90-100 лет.

3)   Предположим, что две популяции А и Б, включающие каждая 5000 человек возрастом 0-9 лет, 4000 от 10 до19 лет и 3000 от 20 до 29 лет, заселяют две недавно открытые и пригодные для жизни планеты. С помощью бумажной ленты представьте состав обеих популяций справа

и слева от возрастной шкалы.

4)   Вам нужно построить кривую роста популяций, учитывая рождение детей, увеличение возраста, смерть от старости. Для этого составьте для каждой популяции следующую таблицу 7-1.

Таблица 7-1 Демографические показатели_______________________ Годы Число но­ворожден­ных Число умерших Естественный при­рост (новорожденные минус умершие) Общая численность (тыс. человек) 0 10 20 и т.д.

II.

Предположим, что в каждой популяции продолжительность жизни составляет 60 лет. В популяции А суммарный коэффициент рождаемо­сти составляет 4, а в популяции Б - 2. Допустим, что воспроизведение происходит в возрастной группе 20-29 лет. Передвигайте все полоски бумажной ленты на одно деление (интервал в 10 лет) вверх, добавляя снизу новую полоску, обозначающую новорожденных. Имейте в виду, что их число равняется половине количества людей с возрастом 20-29 лет (число женщин, способных к деторождению), умноженной на коэф­фициент рождаемости. Когда полоски пересекают отметку средней про­должительности жизни, их убирают (люди старше 60 лет умирают).

Для каждого 10-летнего интервала занесите соответствующие дан­ные и таблицу. Не забывайте удалять самые верхние полоски (пересе­кающие линию 60 лет). Сделайте записи для девяти интервалов (перио­да 90 лет). При построении графика откладывайте по оси абсцисс годы, а по оси ординат - численность людей. Обе кривые представьте на од­ном графике.

Ответьте на следующие вопросы:

1) Сравните рост численности двух популяций.

A.  Прекратится ли когда-нибудь рост популяции А? Через какое

время ее численность удвоится?

Б. Удвоится ли численность популяции Б?

B.  Как влияет суммарный коэффициент рождаемости на рост

населения?

2)  Сравните половозрастные границы двух популяций.

А. Какова форма пирамиды и кривой роста популяции А? Б. Какова форма пирамиды и кривой роста популяции Б?

3)   Сравните эти половозрастные пирамиды с ситуацией в развитых и развивающихся странах.

4)   Рост населения и продолжительность жизни. Повторите работу, добавив полоски еще для трех возрастных групп, чтобы показать увели­чение продолжительности жизни до 90 лет. Заполните таблицу и пред­ставьте данные графически.

5)   Как повлияет на рост двух популяций увеличение пострепродуктивной продолжительности жизни? Будет ли популяция А расти намного быстрее? Будет ли непрерывно расти популяция Б?

6)   За счет чего главным образом растет население (увеличение продолжительности жизни или коэффициента рождаемости)?

Сделайте общий вывод по работе.

Контрольные вопросы

1.  Как влияют на численность населения коэффициенты рождаемо­сти, смертности и миграция?

2.  Как влияет на численность населения среднее количество детей у женщин в репродуктивном возрасте?

3.  Как влияет на численность населения процентное соотношение мужчин и женщин в каждой возрастной группе?

4.  Какие современные методы регулирования численности населе­ния вам известны?

5.  Влияет ли проблема продолжительности жизни на проблему пе­ренаселения?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.           Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учеб. для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1999. - 455с.

2.            Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек - Экономика - Био­та - Среда: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перерб. и доп. - М.: ЮНИТИ

-    ДАНА, 2000. - 566с.

3.            Безель В.С. Экологическая токсикология: популяционный и биоце- нотический аспекты / Под ред. Е.Л. Воробейчика - Екатиренбург : Изд - во «Гощицкий», 2006. - 280с.

4.            Биоиндикация загрязнений наземных экосистем: Пер. с нем./ Под ред. Р. Шуберта. - М.: Мир, 1988. - 350с.

5.            Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и био­тестирование: учебное пособие для студентов высших учебных за­ведений / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева и др.; под ре­дакцией О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 288с.

6.            Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. - М.: Наука, 1994. - 672с.

7.            Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная: Учеб. для студентов высш. учеб. зав. Пособие для учителей. - М.: Агар, 1999.

-    427с.

8.            Гриневич В.И., Куприяновская А.П., Костров В.В. Сборник задач и упражнений по курсам «Основы экологии» и «Химия окружающей среды»: Учеб. пособие / Иван. гос. хим.- технол. ун - т. - Иваново, 1999. - 132с.

9.            Захаров В.М. Ассиметрия животных (популяционно - феногенети­ческий подход). - М.: Наука, 1987. - 216с.

10.       Захаров В.М., Кларк Д.М. Биотест: Интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов. - М.: Московское отделение Меж­дународного фонда «Биотест», 1993. - 68с.

11.       Ковалевский А.Л. Основные этапы формирования биогеохимиче- ских методов.// Проблемы биогеохимической и геохимической экологии: Труды биогеохимической лаборатории. - М.: Наука, 1999.

-    Т.2. - С.68 - 79.

12.       Константинов Е.Л. Анализ уровня стабильности развития березы бородавчатой (Betula pendula Roth.) как метод биоиндикации каче­ства среды. / Проблемы общей биологии и прикладной экологии: Сб. тр. молодых ученых. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, Вып.1, 1997. - С. 107 - 108.

13.       Маврищев В.В. Общая экология. Курс лекций / В.В. Маврищев. - Мн.: Новое знание, 2005. - 299с.

14.       Маврищев В.В. Основы экологии: учебник/ В.В. Маврищев. - 2-е изд. - Мн.: Высш. шк., 2005. - 416с.

15.       Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. Т1 : Пер. с англ. / Под ред. Ягодина Г.А. - М.: Издательская группа «Прогресс», «Пангея», 1993. - 256с.

16.       Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. Т2 : Пер. с англ. / Под ред. Ягодина Г.А. - М.: Издательская группа «Прогресс», «Пангея», 1993. - 336с.

17.       Общая экология: Тесты / Сост. Л.И. Сергиенко. - Волгоград : Изд- во Волгоградского гос. ун-та, 2000. - 20с.

18.        Панин М.С. Химическая экология: Учебник для вузов / Под ред.

С.Е. Кудайбергенова - Семипалатинский гос. ун - т им. Шакарима.

-    Семипалатинск, 2002. - 852с.

19.       Пономарева О.Н. Задания и упражнения по экологии. - Пенза: «Росток», 1996. - 89с.

20.        Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и ги­потезы) - М.: Журнал «Россия молодая», 1994. - 367с.

21.        Рогова Т.В., Шайхутдинова Г.А., Павлов А.В. Популяционная эко­логия: Методическое пособие для проведения учебной полевой практики. - Казань: Казанский государственный университет, 2007.

-     52с.

22.        Трифонова Т.А. Прикладная экология: учебное пособие для Вузов / Т.А. Трифонова, Н.В. Семенова, Н.В. Мищенко. - 3-е изд. - М.: Академический Проект; Гаудеамус, 2007. - 384с.

23.        Шилов И.А. Экология: Учеб. для биол. и мед. спец. вузов / И.А. Шилов. - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2003. - 512с.

24.        Чернова Н.М. и др. Основы экологии / Н.М. Чернова, В.М. Галу- шин, В.М. Константинов. - М.: Просвещение, 1995. - 240с.

25.        Экологический мониторинг: Учебно - методическое пособие для вузов/ Под ред. Т.Я. Ашихминой. - Изд.4-е. - М.: Академический проект; Альма Матер, 2008. - 416с.

26.        http://www.ecolife.org.ua/data/index.php

27.        http://ekoman.narod.ru

28.        http://ecoportal.ru

Краткое описание документа:

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1

Тема: Определение токсичности проб снега по хемотоксической

реакции инфузорий

Цель: оценить степень загрязнения атмосферы по уровню ток­сичности проб снега с использованием метода биоиндикации.

Материалы и оборудование: кюветы, культура инфузорий, 5 % раствор поливинилового спирта, снеготалая вода, дистиллированная во­да, калькулятор, ручка, тетрадь.

Теоретическое введение

В качестве тест-объекта в данной работе используются простей- тттие Parameciumcaudatum- инфузории-туфельки. Эти простейшие име­ют размеры от 30 мкм до 1-2 мм, по форме напоминают туфельку. Оби­тают инфузории обычно в пресных реках и прудах. Все тело инфузорий покрыто множеством ресничек, которые выполняют функции передви­жения и подгона пищи к ротовому отверстию. По сравнению с другими простейшими инфузории имеют наиболее сложное строение и всегда находятся в непрерывном движении (передвигаются они со скоростью до 2,5 мм/с). Движение инфузорий целенаправленно и называется так­сисом. Возникает таксис под влиянием односторонне действующего стимула - света (фототаксис), температуры (термотаксис), различных химических веществ (хемотаксис), кислорода (аэротаксис), влажности (гидротаксис). Таксис может быть положительным (движение к источ­нику раздражения) и отрицательным (движение от источника раздраже­ния).

Метод определения токсичности основан на способности инфузо­рий реагировать на присутствие в водной среде веществ, представляю­щих опасность для их жизнедеятельности, отрицательным хемотакси­сом. Параметры хемотаксической реакции инфузорий определяются с помощью приборов серии «Биотестер» (в данной работе «Биотестер-2»). Хемотаксическая реакция стимулируется путем наслоения на взвесь инфузорий раствора исследуемого вещества. Для этого взвесь инфузо­рий и исследуемый раствор последовательно вносят в кювету (неболь­ших размеров прямоугольная стеклянная емкость). В кювете должна образовываться стабильная граница раздела двух жидкостей, для чего взвесь тестовых инфузорий предварительно можно обработать ней­тральным загустителем (поливиниловым спиртом). Граница раздела жидкостей не препятствует свободному перемещению инфузорий, но позволяет избежать смешивания взвеси инфузорий с раствором иссле­дуемого вещества.

В нормальных условиях инфузории будут концентрироваться в верхней части кюветы ближе к свободному кислороду воздуха (положи­тельный аэротаксис). Наличие же в исследуемом растворе токсических веществ приводит к иному характеру перераспределения инфузорий в кювете, а именно: чем выше токсичность пробы, тем меньше инфузорий будет перемещаться в верхнюю зону кюветы (отрицательный хемотак­сис).

Критерием токсического действия исследуемого вещества является степень различия в числе инфузорий, наблюдаемых в верхней зоне кю­веты в контрольной пробе (заведомо не содержащей токсических ве­ществ) по сравнению с исследуемой пробой.

Количество инфузорий, наблюдаемых в верхней зоне кюветы, по­зволяет определить прибор «Биотестер-2» принцип работы которого за­ключается в следующем. При помещении кюветы (контрольной или опытной) в кюветный модуль прибора через верхнюю часть кюветы пропускается монохроматический световой поток. Пройдя через кюве­ту, поток света преобразуется фотодиодами и фотометрическим преоб­разователем в электрический выходной сигнал, который, пройдя через аналого-цифровой преобразователь высвечивается в виде значений на информационном табло прибора. Эти значения характеризуют среднюю концентрацию движущихся инфузорий в верхней зоне кюветы, по­скольку при наличии движущихся клеток изменяется коэффициент про­пускания жидкой среды (инфузории отражают часть световых лучей и чем выше их концентрация, тем меньше световых лучей достигнет фо­тодиодов).

Практическая часть

Объектом исследования служат пробы снега, взятые в разных по степени антропогенной нагрузки участках города (вблизи автодороги, на территории промышленного предприятия, в глубине парковой зоны и т.д.).

Ход работы и обработка результатов

1.В контрольную и опытную кюветы вносят по 2 мл взвеси тесто­вых инфузорий, в каждую кювету добавляют по 0,35 мл 5% раствора поливинилового спирта, содержимое кювет тщательно перемешивают.

2.В опытную кювету на взвесь инфузорий аккуратно наслаивают 1,6 мл исследуемой жидкости (растаявшего снега), не допуская переме­шивания с нижним слоем. В контрольную кювету вместо исследуемой жидкости вносят 1,6 мл заведомо не токсичной жидкости, например, дистиллированной воды.

3.Через 30 минут кюветы последовательно помещают в кюветный модуль и определяют концентрацию инфузорий в верхней зоне кюветы в условных единицах. В том случае если концентрация токсических ве­ществ настолько велика, что инфузории не выходят в верхнюю зону кюветы, то на передней панели прибора начинает мигать светодиод «ТРЕВОГА». Это означает, что исследуемую пробу необходимо разба­вить, а затем при проведении расчетов скорректировать результат с уче­том степени разведения.

4.Оценку токсичности исследуемой жидкости производят по сте­пени различия количества инфузорий, наблюдаемых в верхней зоне кюветы в контрольной и опытной пробе. Для чего определяют индекс токсичности (Т) по формуле:

^{Т (1}контроль ^— ^пытЗ / ¹контроль ^,

где

1к_онтроль и 1_опыт это средние показания прибора для контрольной и опытной проб соответственно.

Некоторые пробы могут содержать безопасные и даже привлека­тельные для инфузорий вещества. В таких случаях 1_опыт может даже не­сколько превышать 1_конт_роль. Полученные отрицательные значения ин­декса токсичности свидетельствуют об отсутствии токсичности и могут быть оценены как нулевые.

По результатам работы делают заключение, с учетом того, что ин­декс токсичности может принимать значения от 0 до 1. При этом допус­тимой степенью токсичности обладает проба со значениями Т меньше

0,40. В том случае если Т превышает значение 0,71, то такая проба счи­тается высокотоксичной.

Контрольные вопросы

1.Перечислите известные вам эффекты воздействия поллютантов различной природы на живые организмы.

2.Какие виды простейших, кроме инфузорий, вы знаете?

3.Что такое таксис? Какие виды таксиса вы знаете?

4.Зачем тест-объекты перед постановкой пробы обрабатывают по­ливиниловым спиртом?

5.Изобразите принцип работы прибора «Биотестер-2» в виде схе­мы.