ekologiyax

Задача № 1
ТЕМА: Методические подходы к изучению динамики популяций по
кривым выживания
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ ТЕМЫ
Все живые организмы существуют только в форме популяций. В общем
случае популяцией называют совокупность особей одного вида, населяющих
определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная
степень обмена генетической информацией.
Популяция обладает не только биологическими свойствами
составляющих ее организмов, но и собственными, присущими только группе
особой в целом. Рождаемость, смертность, плотность населения и другие
свойства могут иметь смысл только на групповом уровне. Основными
экологическими характеристиками популяции считаются:
- величина по занимаемому пространству и численности особей;
- структура возрастная, половая, пространственная, экологическая и др.;
- динамика.
Под численностью популяции понимают эффективную величину
численности, т.е. число размножающихся животных, которое всегда меньше
общего числа особей, составляющих популяцию. Численность не
произвольна, а изменяется в пределах определенного диапазона и зависит
от постоянно действующих
регулирующих экологических факторов.
Все популяции стоят перед проблемой предела роста. Причина этого в том,
что ни одна среда не может неопределенно долго поддерживать
непрерывно увеличивающееся число особей. Хищничество, болезни,
конкуренция за ресурсы управляют численностью популяции.
Динамика численности популяции может быть описана моделью
экспоненциального роста (рис.1) (возрастание величины, когда скорость
роста пропорциональна значению самой величины), при котором
увеличение
в размере
происходит на все большие величины в
определенных интервалах времени (J-образная кривая роста). Однако этого
не происходит, потому что природные условия не идеальны, а ресурсы
ограничены. Максимальный размер популяции одного вида, который
природная экологическая система способна поддерживать в определенных
условиях неопределенно долго, называют емкостью экосистемы для данного
вида.
Когда численность популяции достигает или превышает пределы
среды (емкость), скорость роста популяции постепенно снижается до нуля, а
J-образная кривая начинает изгибаться и выходит на плато, принимая вид Sобразной кривой. Такое изменение численности популяции описывается
моделью логистического роста (рис. 2).
Рисунок 1. Модели экспоненциального роста
Рисунок 2. Модель логистического роста.
Переход от J-образной к S-образной кривой может быть плавным или
может наблюдаться резкое падение численности популяции (коллапс
популяции). Он возникает, когда численность размножающейся популяции
превысит емкость экосистемы или когда изменения условий окружающей
среды внезапно понижают емкость экосистемы. При этом огромное число
особей, неспособных мигрировать в другие места, погибает.
Под рождаемостью понимают численно выраженную способность
популяции к увеличению. Рождаемость может быть нулевой,
положительной, но не может быть отрицательной. Однако скорость роста
может иметь любой знак. Смертность можно выразить в количестве особей,
погибших за определенный период времени. Учитывая в тех или иных
практических задачах численность популяции, мы всегда имеем дело с
выжившими на данный момент времени особями. Поэтому выживаемость
фактически и характеризует состояние популяции. Под выживаемостью
следует понимать долю особей в популяции, доживших до определенного
момента времени или до возраста размножения.
По основным демографическим параметрам составляют таблицы
выживания, которые служат основой анализа и прогнозирования
популяционной динамики. Для этого наблюдают группу особей и
регистрируют возраст их гибели. По этим данным для каждого возрастного
интервала
вычисляют
смертность
и
среднюю
ожидаемую
продолжительность жизни. Знание демографических показателей популяций
необходимо для составления прогнозов динамики численности, а в
популяции человека – для планирования организации медицинской помощи,
социально-экономических программ.
Кривая выживания представляет собой график зависимости от
времени числа выживших на данный момент особей для некоторой
начальной группы новорожденных. Каждому биологическому виду
свойственна своя характерная кривая выживания. При построении графика
по оси абсцисс откладывают относительный возраст, а по оси ординат –
абсолютное число выживших особей или их процент от исходного числа по
формуле:
(Число выживших/Численность исходной популяции)х100%
Различают три типа кривых выживания (рис. 3), которые показывают
закономерность отмирания особей в популяции:
Рисунок 3. Кривые выживания.
- Тип I – Подобная выпуклая кривая характерна для видов с малым влиянием
на смертность факторов окружающей среды (человек, крупные
млекопитающие, однолетние растения). Так же данная кривая
характеризует высокий уровень медицинского обслуживания и
лекарственного обеспечения населения.
- Тип II – Почти прямая, чаще логистическая кривая, отражающая
равномерную смертность во всех возрастах. Характерна для видов,
производящих относительно защищенное потомство (птицы, рептилии).
Данная кривая характеризует средний уровень медицинского обслуживания
и лекарственного обеспечения населения.
- Тип III – Вогнутая кривая, встречающаяся чаще всего, поскольку высокая
смертность в ранних возрастах характерна для большинства видов в природе
(беспозвоночные, рыбы). Так же данная кривая характеризует низкий
уровень медицинского обслуживания и лекарственного обеспечения
населения.
СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
На основании данных ситуационной задачи составить таблицу
выживания для популяции. Построить кривую выживания.
Для этого необходимо рассчитать показатели динамики популяции по
соответствующим формулам:
1) Доля выживших особей до начала возрастного интервала х:
lx=nx/n0
где:
n0 – число особей начального возраста;
2) Число особей, погибших от начала интервала х до начала интервала х+1:
dx= nx – (nx+1)
3) Смертность в интервале х:
qx = dx/ nx
4) Среднее число особей, которые были живыми в интервале от х до х+1:
Lx = (nx + (nx+1))/2
5) Сумма живых особей:
Tx = Σ Lx
6) Средняя ожидаемая продолжительность жизни в интервале х:
Ex = Tx/nx
7) Чистая скорость воспроизведения популяции:
R0 = Σ (Lxmx)
Воз-
Число выжи-вших
раст
Ср.
число
потомков
0
54
0
3
38
25
4
32
39
5
27
46
6
25
31
7
18
19,5
8
14
13
9
9
2
11
1
0
- Построить кривую выживания популяции, определить ее тип.
- Сделать вывод о популяции по кривой выживания.
- Построить таблицу выживаемости популяции.
Оформление:
lx доля
выживш
их
0
1
и т.д.
dx
число
погибш
их / nx
qx
Lx
Tx
Еx
смертнос число сумм ожидаем
ть
живы
а
ая
х
живы продолж.
х
жиз.
Ro скорость
воспроизводс
тва
Задача № 2
ТЕМА: Эколого-гигиеническая оценка почвы
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ ТЕМЫ
Гигиеническая оценка почвы проводится с целью определения ее
качества и степени безопасности для человека, а также разработки
мероприятий по снижению химических и биологических загрязнений.
Гигиенические свойства почвы во многом зависят от ее механического
состава. С учетом размера частиц выделяют каменистую часть (диаметр
частиц более 3 мм), песок (0,2-3 мм), глину (0,001-0,01 мм), коллоидную
фракцию гумуса (меньше 0,0001 мм). Наиболее важное значение при
механическом анализе почвы имеет определение процентного состава
физической глины, физического песка и илистой фракции (Ø < 0,001 мм), от
количества которых зависят физические свойства почвы. По соотношению
этих фракций можно судить о степени загрязнения почвы, установить
генетическое
происхождение
и
агрономическую
ценность,
ее
влагопроницаемость, влагоемкость, воздушный и тепловой режим и ряд
других свойств. Так, увеличение фракции с размером частиц менее 0,01 мм
сопровождается переходом почвы от песчаной к глинистой. При
значительном содержании указанной фракции (более 75-80%) создается
большое сопротивление почвы при фильтрации, она плохо аэрируется, плохо
отдает воду и т. д. Увеличение фракции с размером частиц более 0,01 мм,
наоборот, способствует хорошей фильтрации, отдаче воды, почва хорошо
аэрируется, в ней интенсивно проходят процессы самоочищения (табл. 1).
Таблица 1
Классификация почв по механическому составу
Содержание глинистых
частиц (Ø<0,01 мм), %
Содержание песчаных
частиц (Ø>0,01 мм), %
Больше 80
Меньше 20
Название почв по
механическому
составу
Тяжелоглинистые
80-50
20-50
Глинистые
50-40
50-60
Тяжелосуглинистые
40-30
60-70
Среднесуглинистые
30-20
70-80
Легкосуглинистые
20-10
80-90
Супесчаные
10-5
90-95
Песчаные
Меньше 5
Больше 95
Рыхлопесчаные
Характер и степень загрязнения почвы может оказать влияние на
качество лекарственных препаратов, полученных из растительного сырья.
Высокое содержание токсических веществ в лекарственных растениях
оказывает отрицательное влияние не только на биологическую активность
препарата, но и непосредственно на организм человека.
Оценка химических показателей загрязнения почвы
I. Санитарно-химические показатели санитарного состояния почв:
Основным санитарно-химическим показателем является санитарное
число, которое косвенно характеризует процесс гумификации почвы и
позволяет оценить самоочищающую способность почвы от органических
загрязнений.
Санитарное число - частное от деления количества почвенного белкового
азота (азота гумуса) в мг в 100,0 абсолютно сухой почвы к общему
содержанию органического азота в тех же единицах. Почва считается чистой,
если санитарное число приближается к 1.
II. Биогеохимические показатели:
Основным критерием гигиенической оценки загрязнения почв
химическими веществами является предельно допустимая концентрация
(ПДК) или ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) химических
веществ в почве (табл. 3).
Коэффициент
концентрации
химического
вещества
(Кс). Кс определяется отношением фактического содержания определяемого
вещества в почве (Сi)
в мг/кг почвы к ПДК (табл. 3) с учетом регионального фонового (Спдк):
Kc = Ci / Cпдк
Суммарный показатель загрязнения (Zс), который равен сумме
коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей и
выражен формулой:
Zc = Σ (Kci + … + Kcn) – (n
- 1),
где n - число определяемых суммируемых веществ;
Ксi - коэффициент концентрации i-го компонента загрязнения.
Оценка степени
опасности загрязнения
почвы химическими
веществами проводится по санитарному числу, суммарному показателю
загрязнения (табл. 2).
Таблица 2
Оценка степени химического загрязнения почвы
Категории
Санитарное
Суммарный показатель загрязнения
загрязнения
число
(Zc)
Чистая
0,98 и >
Допустимая
0,98 и >
< 16
Умеренно опасная
0,85 - 0,98
16 - 32
Опасная
0,7 - 0,85
32 - 128
Чрезвычайно
< 0,7
> 128
опасная
Таблица 3
Предельно-допустимые концентрации экзогенных химических веществ
Наименование веществ
ПДК, мг/кг
Класс
опасности
1
2
3
Металлы
Ванадий
150
3
Кобальт (подвижная форма)
5,0
2
Медь (подвижная форма)
3,0
2
Никель
4,0
2
Ртуть
2,1
1
Свинец
32
1
Хром
6,0
2
Цинк
23
1
Нитраты
130
2
Мышьяк
2,0
1
Сероводород
0,4
3
Фосфор (суперфосфат)
200
3
Фториды (водорастворимая форма)
10
1
0,3
2
2
3
Изопропилбензол
0,5
2
Ксилолы
0,3
3
Стирол
0,1
3
Толуол
0,3
3
Неорганические соединения
Ароматические углеводороды
Бензол
1
Удобрения и ПАВ (поверхностно-активные вещества)
Жидкие комплексные удобрения с
80
3
добавками марганца
Азотно-калийные удобрения
120
3
ПАВ
0,2
3
Бенз(а)пирен
0,02
1
ДДТ
0,05
1
Оценка показателей санитарно-эпидемиологической безопасности
почвы
Санитарно - бактериологические показатели
1. Косвенные, характеризуют интенсивность биологической нагрузки на
почву. Это - санитарно-показательные организмы группы кишечной
палочки (коли-индекс) и фекальные стрептококки (индекс энтерококков).
2. Прямые санитарно-бактериологические показатели эпидемической
опасности почвы - обнаружение возбудителей кишечных инфекций
(возбудители
кишечных
инфекций,
патогенные
энтеробактерии,
энтеровирусы). Концентрация колифага в почве на уровне 10 КОЕ/г и более
свидетельствует об инфицировании почвы энтеровирусами.
II. Санитарно - паразитологические показатели
Число яиц геогельминтов (аскарид, власоглавов, токсокар, анкилостомид и
др.), яиц биогельминтов (описторхов, дифиллоботриидов и др.), а также цист
кишечных патогенных простейших (криптоспоридий, изоспор, лямблий,
балантидий, дизентерийной амебы).
III. Санитарно - энтомологические показатели
Наличие синантропных мух и их личинок является прямым показателем
загрязнения почвы и позволяет судить о загрязнении почвы отдельными
видами отбросов и неудовлетворительном состоянии очистки в целом или
определенных ее этапов (табл. 4). На территории населенных мест в
общественных и частных домовладениях, пищевых и торговых
предприятиях, пунктах общественного питания, в зоопарке, местах
содержания служебных и спортивных животных), мясо- и молочных
комбинатах и т.п. наиболее вероятными местами выплода мух являются
скопления разлагающихся органических веществ и почвы вокруг них на
расстоянии до 1 м.
Таблица 4
Оценка степени эпидемической опасности почвы
Категория ОМЧ, г
Индекс Титр
Патоген. Яйца геоЛичинки
загрязнени
БГКП анаэроб бактери гельминтов, /куколки
я почв
ов, г
и
экз/кг
мух в
I.
Чистая
Умеренно
опасная
Опасная
Менее
1000
Десятки
тысяч
Сотни
тысяч
Чрезвычай Миллион
но опасная ы
1 - 10
≥ 0,1
0
0
почве с S
20×20 см
0
10 100
100 1000
0,10,001
0,0010,0001
0
до 10
до 10 / 0
0
до 100
до 100 /
10
1000 и
выше
< 0,0001 0
> 100
> 100 / >
10
Здоровой почвой называют легкопроницаемую, крупнозернистую
незагрязненную почву, если содержание глины и песка в ней составляет 1:3,
отсутствуют возбудители болезней, яйца гельминтов, а микроэлементы
содержатся в количествах, не вызывающих эндемические заболевания.
Результаты обследования почв учитывают при разработке
мероприятий по их рекультивации, профилактике инфекционной и
неинфекционной заболеваемости, схем районной планировки и в др. целях
(табл. 5).
Таблица 5
Рекомендации по использованию почв, в зависимости от степени их
загрязнения
Категории
Рекомендации по использованию почв
загрязнения
почв
Чистая
Использование без ограничений
Допустимая
Использование без ограничений, исключая объекты
повышенного риска
Умеренно
Использование в ходе строительных работ под отсыпки
опасная
котлованов и выемок, на участках озеленения с подсыпкой
слоя чистого грунта не менее 0,2 м Использование под любые
культуры при условии контроля качества с/х продукции
Опасная
Ограниченное использование под отсыпки выемок и
котлованов с перекрытием слоем чистого грунта не менее
0,5 м. При наличии эпидемиологической опасности использование
после
проведения
дезинфекции
(дезинвазии) по предписанию органов госсанэпидслужбы с
последующим лабораторным контролем Использование под
технические культуры. Использование под с/х культуры ограничено с учетом
растений концентраторов
Чрезвычайно
опасная
Вывоз и утилизация на специализированных полигонах. При
наличии эпидемиологической опасности - использование
после
проведения
дезинфекции
(дезинвазии)
по
предписанию органов госсанэпидслужбы с последующим
лабораторным контролем Использовать под технические культуры
или исключить из с/х использования. Лесозащитные полосы
СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. На основании данных ситуационной задачи оценить:
1) физические свойства почвы и ее способность к самоочищению;
2) степень загрязнения почвы химическими веществами;
3) санитарное состояние почвы.
2. Дать заключение о степени загрязнения и опасности почвы данного
участка, указать рекомендации о возможном использовании данной почвы.
Показатель
Вариант
Механический состав
Посторонние примеси, %
Частицы песчаные>0,01 мм,%
Частицы глинистые>0,01мм,%
Химический состав
Общее содержание органического азота в 100,0
г почвы, мг
Содержание азота гумуса в 100,0 г
Свинец, мг/кг
Медь, мг/кг
Фториды, мг/кг
6
0,5
87
12,5
12
9
2,6
0,9
0,25
Ксилолы, мг/кг
Нитраты, мг/кг
1350
ПАВ, мг/кг
0,1
ДДТ, мг/кг
12
Бенз(а)пирен, мг/кг
Показатели санитарно-эпидемиологической безопасности
почвы
Общее число бактерий в 1 г.
3,1•104
Коли-титр, г
0,006
Титр анаэробов, г
0,008
Число яиц гельминтов
17
Число личинок и куколок мух на 25 м²
12