Ассимиляция веществ организмами. Автотрофные и гетеротрофные организмы

Абиотические факторы делят на физические,или климатические (свет, температура воздуха и воды, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).

Биотические факторы — разнообразные формы влияния одних организмов на жизнедеятельность других. При этом одни организмы могут служить пищей для других (например, растения —для животных, жертва — для хищника), быть средой обитания (например, хозяин —для паразита), способствовать размножению и расселению (например, птицы и насекомые-опылители — для цветковых растений), оказывать механические, химические и другие воздействия.

Антропогенные (антропические) факторы — это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

Большинство экологических факторов —температура, влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях, обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.

Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Биогеохимический цикл (круговорот) азота и фосфора в биосфере.

 

В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов,

встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах: углерод, водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из атмосферы благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий и возвращается в неё другими бактериями. Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными. В природе нет ничего бесполезного или вредного, даже

от вулканических извержений есть польза, так как с вулканическими газами в воздух поступают нужные элементы, например, азот.

Азот входит в состав земной атмосферы в несвязанном виде в форме двухатомных молекул. Приблизительно 78%всего объема атмосферы приходится на долю азота. Кроме того, азот входит в состав растений и животных организмов в форме белков. Растения синтезируют белки, используя нитраты из почвы. Нитраты образуются там из атмосферного азота и аммонийных соединений, имеющихся в почве. Процесс превращения атмосферного азота в форму, усвояемую растениями и животными, называется связыванием (или фиксацией) азота. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в NH4, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется в азотную кисл-оту. Она вступая в реакцию с находящимся в почве карбонатами (например с СаСО3), образует нитраты: 2HN03 + СаСО3 = Са(NО3)2 + СО2 + Н20 Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигание дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать O2 от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) пере-ходит в недоступную (свободный азот). Т.о., далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы возмещения потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращаясь в почве в нитраты. Другим источником попадания азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образования характерных вздутий — «клубеньков». Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важных элементов питания растений.

Фосфор входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутрь клеток. В различных минералах P содержится в виде неорганического фосфатиона (PO43-). Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают PO43- из водного раствора и включают фосфор в состав различных органических соединений, где он выступает в форме т.н. органического фосфата. По пищевым цепям P переходит от растений ко всем прочим организмам экосистемы. При каждом переходе велика вероятность окисления содержащегося P соединения в процессе клеточного дыхания для получения органической энергии. Когда это происходит, фосфат в составе мочи или ее аналога вновь поступает в окружающую среду, после чего снова может поглощаться растениями и начинать новый цикл. В отличие, например, от CO2, который, где бы он ни выделялся в атмосферу, свободно переносится в ней воздушными потоками, пока снова не усвоится растениями, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет «свободного возврата» в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что-то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это очень небольшая часть общего количества, оказывающаяся к тому же вблизи побережья. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Типы антропогенной нагрузки на атмосферный воздух. Оценка негативных воздействий конкретных объектов техносферы (предприятий, транспорта и т.д.) на воздушную среду.

 

Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды, неотъемлемой частью среды обитания человека, растений и животных. Атмосферный воздух является наиболее значимым компонентом (фактором) среды обитания человека, при загрязнении которого влияние на здоровье (состояние защитного ресурса) человека наиболее выражено.

Загрязнение окружающей среды, в первую очередь атмосферного воздуха, является мощным фактором в формировании здоровья населения, оказывая собой негативное влияние на репродуктивную функцию и естественное воспроизводство населения, на заболеваемость, смертность, в первую очередь, социально незащищенных и ослабленных групп населения (дети, женщины, пожилые).

Среди постоянных составных частей воздуха основное значение имеет кислород, необходимый для дыхания всех живых существ.

Преобладающей составной частью воздуха является азот, который входит в состав белков и азотистых соединений. Азот принадлежит к инертным газам, он играет роль разбавителя кислорода, так как жизнь в чистом кислороде невозможна.

Углекислый газ, или двуокись углерода, поступает в атмосферу в результате процессов дыхания, брожения, гниения и окисления органических веществ при их распаде, сгорании горючих ископаемых.

Поступление различного рода загрязняющих веществ (далее – ЗВ), кроме естественных (природных) процессов связано с деятельностью человека (так называемое «антропогенное воздействие», от «antropos» – человек).

В первую очередь, антропогенная нагрузка на атмосферный воздух связана с развитием технического процесса, развитием промышленности. Интенсивное развитие различных отраслей промышленности обусловило чрезвычайно широкий контакт с токсикантами не только работников, занятых во вредных производствах, но и всего населения, в том числе детского.

Основными факторами, обуславливающими состояние окружающей среды населенного пункта, являются количество и состав выбросов в атмосферный воздух.

Наибольший вклад в антропогенное загрязнение атмосферного воздуха вносят следующие источники:

– выбросы автомобильного транспорта. Их вклад в суммарный выброс достигает в среднем 47%, а ряде регионов значительно выше (г. Новосибирск, г. С–Петербург, Пензенская, Белгородская и др. области), особенно в летнее время, до 50–70%. В Москве доля выброса вредных веществ от автотранспорта составляет около 90% всего валового выброса в атмосферу. В Калиниградской области – более 82%; в Воронежской области выбросы от автотранспорта в 5,5 раза превысили выбросы от стационарных источников.

Особая опасность выбросов от автотранспорта, с гигиенической точки зрения, обусловлена следующими причинами:

1) в этих выбросах содержится  большое количество ЗВ – окись  углерода, диоксид азота, углеводороды, альдегиды, сажа; в том числе вещества, обладающие канцерогенным эффектом  – среди них, тетраэтилсвинец, свинец  и бенз(а)пирен;

2) выброс данных ЗВ от автотранспорта  осуществляется непосредственно  в «зону дыхания» – 1,0–1,2 метра, что, во–первых, обуславливает медленное  их рассеивание в атмосфере, а, во–вторых, способствует достаточно  быстрому их поступлению в  организм человека, в значительной степени – в организм ребенка.

– выбросы предприятий теплоэнергетики (ТЭЦ, котельные). Степень загрязнения ими атмосферного воздуха зависит от ряда факторов, среди которых большое значение имеют вид топлива и тип его сжигания. В основном используют три вида топлива: твердое (уголь), жидкое (мазут) и газообразное (природный) газ.

а) Сжигание твердого топлива образуются продукты полного (двуокись углерода, водяные пары, окислы азота, сернистый и серный ангидриды) и неполного (окись углерода, смолистые вещества, сажа) сгорания.

б) Сжигание мазута сопровождается образование соединений из группы углеводородов, а также – окиси углерода, двуокиси азота и серы, пятиокиси ванадия. При сжигании мазута основным источником загрязнения атмосферного воздуха является образование окислов серы.

в) Сжигание натурального (природного) газа является наиболее целесообразным и наименее опасным с точки зрения гигиены и экологии.

– предприятия стройиндустрии. Эти предприятия объединяют ряд производств: цемента, гипса, асфальта, железобетона, кирпича, деревообработка, керамзитового гравия, песка, щебеня и др.

Несмотря на разнообразие, все эти производства обладают рядом общих особенностей, имеющих определенное значение в гигиене:

1) сырьем для этих производств  служат сыпучие природные материалы. Их доставка, хранение, использование связаны с загрязнением атмосферного воздуха пылью различного состава.

2) Большие объемы сырья и конечной  продукции требуют транспортных  перевозок. В связи с этим в  дополнение к вышеуказанным выбросам добавляются выбросы автотранспорта.

3) сырье этих производств, как  правило, подвергается сушке и  обжигу, что требует сжигания  топлива.

4) природные строительные материалы  всегда содержат примеси (фтор, мышьяк, свинец, ртуть и др.), которые при  сушке и обжиге переходят в состав выбросов.

Особенно неблагоприятны в гигиеническом отношении асфальтнобитумные заводы (АБЗ), готовая продукция которых должна использоваться в горячем виде, что требует размещения их вблизи мест непосредственного использования продукции, т.е. рядом с городской застройкой.

Техногенные негативные факторы в техносфере формируются из-за наличия отходов производства и быта, из-за использования технических средств, из-за концентрации энергетических ресурсов и др. Наибольшую концентрацию негативные факторы техносферы имеют в сфере производства.

Производственная среда - это пространство, в котором совершается трудовая деятельность человека. Это часть техносферы обладает повышенной концентрацией негативных факторов. Основными носителями травмирующих и вредных факторов в производственной среде являются машины и другие технические устройства, химически и биологически активные предметы труда, источники энергии, нерегламентированные действия работающих, нарушения режимов и организации деятельности, а также отклонения от допустимых параметров микроклимата рабочей зоны.

Экстенсивные формы хозяйствования, которые имели место во многих развитых в научно-техническом отношении странах, привели к значительной деградации окружающей среды. Загрязнителями атмосферы являются практически все отрасли промышленности, и в первую очередь, электроэнергетика,

металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, угольная, химическая. Антропогенные выбросы насчитывают десятки тысяч индивидуальных веществ. Однако в больших количествах, измеряемых миллионами тонн, выбрасываются в атмосферу, прежде всего, оксид и диоксид углерода, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды, пыль, аммиак. Из 52 Гт глобальных антропогенных выбросов в атмосферу 90% приходится на углекислый газ и пары воды. Кроме приведенных выше веществ и пыли в атмосферу выбрасываются и другие, более токсичные вещества. Так, вентиляционные выбросы заводов электронной промышленности содержат пары плавиковой, серной, хромовой и других инеральных кислот, органические растворители и т. п. в настоящее время насчитывается более 500 вредных веществ, загрязняющих атмосферу, их количество увеличивается. Каждой отрасли промышленности присущ характерный состав и масса веществ, поступающих в атмосферу. Это определяется, прежде всего, составом веществ, применяемых в технологических процессах, и экологическим совершенством последних. В настоящее время экологические показатели теплоэнергетики, металлургии, нефтехимического производства и ряда других производств изучены достаточно подробно. Меньше исследованы показатели машиностроения и приборостроения, их отличительными особенностями являются: широкая сеть производств, приближенность к жилым зонам, значительная гамма выбрасываемых веществ, среди которых могут содержаться вещества 1 и 2-го класса опасности, такие как пары ртути, соединения свинца и т. п.