Оценка степени экологической устойчивости ландшафта
6.1. Задание
1. Определить общее состояние ландшафта по уровню стабильности. Полученные результаты занести в таблицу 16.
2. Определить состояние ландшафта по уровню стабильности, исходя из характеристики экологического значения отдельных его биотических элементов. Полученные результаты занести в таблицу 16.
Таблица 16
Характеристика степени экологической устойчивости ландшафта
| Вариант | Коэффициент экологической стабилизации | |||
| КЭСЛ1 | Характеристика ландшафта | КЭСЛ2 | Характеристика ландшафта | |
| Первый | ||||
| Второй | ||||
| Третий |
6.2. Пояснения к заданию
С экологической точки зрения современный ландшафт – это целостная система взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов. Необходимой предпосылкой для грамотного управления процессами использования ландшафта является разработка теоретикометодологических основ решения конкретных практических задач. При этом к вопросам первоочередной важности относится оценка устойчивости современного ландшафта и его оптимизации. Ее можно рассматривать как способность сохранять свои структуру и функции при внешних воздействиях.
Под оптимальным понимают ландшафт, структуры и функции которого максимально соответствуют возможностям и потребностям нормального сбалансированного развития отдельных его компонентов или определенным целям его использования. В соответствии с этим оптимизация ландшафта – это комплекс мероприятий по сохранению или модификации существующих и формированию новых связей между различными составляющими ландшафта в целях его рационального использования, сохранению полезных свойств и предупреждению их возможной утраты, установлению максимально полного соответствия природного потенциала ландшафта социально-экономическим функциям, задаваемым ему человеком.
В оптимизации техногенных ландшафтов главное место занимает целенаправленное восстановление или реконструкция природно-техноген-ных комплексов, обеспечивающая возобновление и повышение их продуктивности, природоохранной, хозяйственной, санитарно-оздоровитель-ной и эстетической ценности.
Рассматривая вопросы устойчивости ландшафтов, очень важно располагать системой количественных оценок и характеристик изучаемых процессов. В этой связи заслуживает внимания возможность оценивать степень экологической устойчивости ландшафта с помощью коэффициента экологической стабилизации (КЭСЛ), интегрирующего качественные и количественные характеристики абиотических и биотических элементов ландшафта.
Первый метод оценки с помощью этого коэффициента основан на определении и сопоставлении площадей, занятых различными элементами ландшафта, с учетом их положительного или отрицательного влияния на окружающую среду:
(15)
где Fст – площади, занятые стабильными элементами ландшафта, га;
Fист – площади, занятые нестабильными элементами ландшафта, га.
Биотические элементы ландшафта оказывают неодинаковое влияние на его стабильность. Для оценки необходимо учитывать не только их площадь, но и внутренние свойства, а также качественное состояние (влажность и профиль биотипа, структуры биомассы, геологическое строение и т. д.).
(16)
где fi – площадь биотического элемента, га; kэз – коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов;
кг – коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа (1,0 – стабильный, 0,7 – нестабильный, например, рельеф песков, склонов, оползней); – площадь всей территории ландшафта, га.
Расчеты по КЭСЛ1 и КЭСЛ2 дают основную информацию о степени экологической устойчивости исследуемого ландшафта, необходимую для выбора соответствующих мероприятий по его защите и переформированию.
6.3. Справочные данные
1. Данные величины площади, занятой стабильными и нестабильными элементами ландшафта (табл. 17).
Таблица 17
Площадь, занятая стабильными и нестабильными элементами ландшафта
| Стабильный элемент ландшафта | Площадь, га | Нестабильный элемент ландшафта | Площадь, га | ||||
| Вариант | Вариант | ||||||
| Лес | Ежегодно обрабатываемая пашня | ||||||
| Зеленые насаждения | Земли с неустойчивым травяным покровом | ||||||
| Естественные луга | Склоны | ||||||
| Заповедники | Площадь под застройками и дорогами | ||||||
| Пахотные земли, занятые многолетними травами | Места добычи полезных ископаемых |
2. Данные площади всей территории ландшафта и площади его биотических элементов (табл. 18).
Таблица 18
Площадь территории ландшафта и его биотических элементов
| Вариант | Площадь всей территории ланд-шафта, га | Площадь биотического элемента ландшафта, га | Вариант | Коэффициент экологического значения биотического элемента | ||
| Застройка | ||||||
| Пашня | 0,14 | |||||
| Хвойный лес | 0,38 | |||||
| Лесополосы | 0,43 | |||||
| Огороды | 0,50 | |||||
| Луга | 0,62 | |||||
| Пастбища | 0,68 | |||||
| Водоемы | 0,79 | |||||
| Лиственный лес | 1,0 |
3. Характеристика ландшафта, исходя из величины коэффициента экологической стабилизации (табл. 19).
Таблица 19
Оценка ландшафта по данным коэффициента КЭСЛ1 и КЭСЛ2
| Коэффициент экологической стабилизации (КЭСЛ1 и КЭСЛ2) | |||
| КЭСЛ1 | Характеристика ландшафта | КЭСЛ2 | Характеристика ландшафта |
| 0,5 | Нестабильность хорошо выражена | 0,33 | Нестабильный |
| 0,51–1,00 | Состояние нестабильное | 0,34 – 0,50 | Малостабильный |
| 1,00–3,00 | Состояние условно стабильное | 0,51 – 0,66 | Среднестабильный |
| 3,00 и более | Стабильность хорошо выражена | Более 0,66 | Стабильный |
6.4. Основные понятия и определения
Ландшафт, оптимальный ландшафт, оптимизация ландшафта, экологическая устойчивость ландшафта, коэффициент экологической стабилизации.
ЗАДАЧИ
1. Постройте график роста численности домовых мышей в течение 8 месяцев в одном амбаре. Исходная численность составляла две особи (самец и самка). Известно, что в благоприятных условиях пара мышей приносит 6 мышат каждые 2 месяца. Через два месяца после рождения мышата становятся половозрелыми и сами приступают к размножению. Отношение самцов и самок в потомстве 1:1.
2. Прочитайте приведенные ниже описания особенностей размножения некоторых видов рыб примерно одинакового размера. На основе этих данных сделайте заключение о плодовитости каждого вида и сопоставьте названия видов с числом откладываемых рыбами икринок: 10 000 000,
500 000, 3 000, 300, 20, 10. Почему в выстроенном вами ряду видов рыб наблюдается падение плодовитости?
Дальневосточный лосось (кета) откладывает относительно крупную икру в специально вырытую ямку на дне реки и засыпает ее галькой. Оплодотворение у этих рыб наружное.
Треска откладывает мелкую, плавающую в толще воды, икру. Такая икра называется пелагической. Оплодотворение у трески наружное.
Африканские тиляпии (из окунеобразных) собирают отложенную и оплодотворенную икру в ротовую полость, в которой вынашивают ее до вылупления молоди. Рыбы в это время не питаются. Оплодотворение у тиляпий наружное.
У мелких кошачьих акул оплодотворение внутреннее, они откладывают крупные яйца, покрытые роговой капсулой и богатые желтком. Акулы маскируют их в укромных местах и некоторое время охраняют.
У катранов, или колючих акул, живущих в Черном море, также внутреннее оплодотворение, но их зародыши развиваются не в воде, а в половых путях самок. Развитие происходит за счет питательных запасов яйца. У катранов рождаются зрелые, способные к самостоятельной жизни детеныши.
Обыкновенная щука откладывает мелкую икру на водные растения. Оплодотворение у щук наружное.
3. Почему человек из птиц преимущественно разводит лишь представителей отряда курообразных и гусеобразных? Известно, что по качеству мяса, скорости роста, размерам, степени привыкания к человеку им не уступают ни дрофы, ни стрепеты, ни кулики, ни голуби.
4. Распределите перечисленные факторы среды по трем категориям – абиотические, биотические и антропогенные: хищничество, вырубка лесов, влажность воздуха, температура воздуха, паразитизм, свет, строительство зданий, давление воздуха, конкуренция, выброс углекислого газа заводом, соленость воды.
5. Выберите фактор, который можно считать ограничивающим в предлагаемых условиях.
1. Для растений в океане на глубине 6 000 м: вода, температура, углекислый газ, соленость воды, свет.
2. Для растений в пустыне летом: температура, свет, вода.
3. Для скворца зимой в подмосковном лесу: температура, пища, кислород, влажность воздуха, свет.
4. Для речной щуки в Черном море: температура, свет, пища, соленость воды, кислород.
5. Для кабана зимой в северной тайге: температура, свет, кислород, влажность воздуха, высота снежного покрова.
6. Три основных типа приспособления организмов к неблагоприятным условиям среды: подчинение, сопротивление и избегание этих условий. К какому способу можно отнести:
а) осенние перелеты птиц с северных мест гнездования в южные районы зимовок;
б) зимнюю спячку бурых медведей;
в) активную жизнь полярных сов зимой при температуре минус
40 оС;
г) переход бактерий в состояние спор при понижении температуры;
д) нагревание тела верблюда днем с 37 оС до 41 оС и остывание его к утру до 35 оС;
е) нахождение человека в бане при температуре в 100 оС, при этом его внутренняя температура остается прежней – 36,6 оС;
ж) переживание кактусами в пустыне жары в 80 оС;
з) переживание рябчиками сильных морозов в толще снега?
7. Назовите типы биотических отношений, которые могут проявляться при взаимодействии пары организмов: а) корова – человек; б) большой пестрый дятел – ель; в) кишечная палочка – человек; г) рыба прилипала – акула; д) тля – рыжий муравей; е) наездник-трихограмма – яйца капустной белянки; ж) муха ктырь – комнатная муха; з) человек – кровососущий комар; и) грызун песчанка – саксаульная сойка; к) лось – белка; л) ель – гусеница сибирского шелкопряда; м) волк – ворон.
8. Из предложенного списка составьте пары организмов, которые в природе могут находиться в мутуалистических (взаимовыгодных) отношениях между собой (названия организмов можно использовать только один раз): пчела, гриб подберезовик, актиния, дуб, береза, рак-отшельник, осина, сойка, клевер, гриб подосиновик, липа, клубеньковые азотфиксирующие бактерии.
9. Из предложенного списка составьте пары организмов, между которыми в природе могут образовываться трофические (пищевые) связи (названия организмов можно использовать только один раз): цапля, ива, тля, амеба, заяц-русак, муравей, водные бактерии, кабан, лягушка, смородина, росянка, муравьиный лев, комар, тигр.
10. Для каждой предложенной пары организмов подберите ресурс (из приведенных ниже), за который они могут конкурировать: ландыш – сосна, полевая мышь – обыкновенная полевка, волк – лисица, окунь – щука, канюк – сова-неясыть, барсук – лисица, рожь – василек синий, саксаул – верблюжья колючка, шмель – пчела.
Ресурсы: нора, нектар, семена пшеницы, вода, зайцы, свет, мелкая плотва, ионы калия, мелкие грызуны.
11. На территории площадью 100 км2 ежегодно производили рубку леса. На момент организации на этой территории заповедника было отмечено 50 лосей. Через 5 лет численность лосей увеличилась до 650 голов. Еще через 10 лет количество лосей уменьшилось до 90 и стабилизировалось в последующие годы на уровне 80–110 голов.
Определите плотность поголовья лосей: а) на момент создания заповедника; б) через 5 лет после создания заповедника; в) через 15 лет после создания заповедника. Объясните, почему сначала численность лосей резко возросла, а позже упала и стабилизировалась.
12. Охотоведы установили, что весной на площади 20 км2 таежного леса обитало 8 соболей, из которых 4 – самки (взрослые соболи не образуют постоянных пар). Ежегодно одна самка в среднем приносит трех детенышей. Средняя смертность соболей (взрослых и детенышей) на конец года составляет 10 %. Определите численность соболей в конце года; плотность весной и в конце года; показатель смертности за год; показатель рождаемости за год.
13. В лесу ученые равномерно расставили ловушки на зайцев-беляков. Всего было поймано 50 зверьков. Их пометили и отпустили. Через неделю отлов повторили. Поймали 70 зайцев, из которых 20 были уже с метками. Определите, какова численность зайцев на исследуемой территории, считая, что меченые в первый раз зверьки равномерно распределились по лесу.
14. Постройте возрастные пирамиды, отражающие возрастной состав населения России (140 млн жителей) и Индонезии (190 млн жителей), используя данные, приведенные в таблице 20.
Таблица 20
Возрастной состав населения России и Индонезии
| Возрастная группа | Россия | Индонезия |
| От 0 до 10 лет | 20 млн | 48 млн |
| От 11 до 20 лет | 22 млн | 37 млн |
| От 21 до 30 лет | 22 млн | 32 млн |
| От 31 до 40 лет | 21 млн | 25 млн |
| От 41 до 50 лет | 20 млн | 19 млн |
| От 51 до 60 лет | 13 млн | 13 млн |
| От 61 до 70 лет | 15 млн | 9 млн |
| От 71 до 80 лет | 6 млн | 6 млн |
| От 81 и старше | 1 млн | 1 млн |
Сравните построенные пирамиды и ответьте на вопросы.
А. Численность населения какой страны растет?
Б. Численность населения какой страны стабильна с тенденцией к сокращению?
В. Почему в возрастной пирамиде населения России группа от 51 до 60 лет имеет численность меньшую, чем соседние группы?
Г. Население какой страны близко к простой замене численности одного поколения другим?
Д. Рассчитайте долю (в %) молодежи (возраст от 0 до 30 лет) в России и в Индонезии.
Е. В какой стране демографический потенциал выше?
15. Постройте график роста численности населения на земном шаре. До ХIХ в. она росла медленно и в 1700 г. составила 0,6 млрд человек. Рубеж первого миллиарда был преодолен в 1830 г., второго – в 1939 г., третьего – в 1960 г., четвертого – в 1975 г., пятого – в 1987 г. В 1994 г. численность людей на Земле достигла 5,5 млрд, а в 1998 г. – 5,9 млрд.
16. Постройте график изменения заготовок шкурок зайца-беляка на севере европейской части России последовательно за 27 лет (объем заготовок приводится в баллах).
Баллы: 2, 1, 2, 3, 3, 4, 5, 15, 30, 80, 100, 60, 55, 0, 1, 1, 1, 2, 8, 90, 100, 100, 130, 10, 2, 1, 2.
Сколько лет длится один цикл в динамике численности зайца-беляка?
17. Рассчитайте индекс сходства двух фитоценозов (растительных компонентов биоценозов), используя формулу Жаккара:
К = С · 100 % / (А+В) – С, (17)
где А – число видов данной группы в первом сообществе, В – число видов данной группы во втором сообществе, а С – число видов, общих для двух сообществ. Индекс выражается в процентах сходства.
Первый фитоценоз – сосняк-черничник: сосна обыкновенная, черника, брусника, зеленый мох, майник двулистный, седмичник европейский, ландыш майский, гудиера ползучая, грушанка круглолистная.
Второй фитоценоз – сосняк-брусничник-зеленомошник: сосна обыкновенная, брусника, зеленый мох, ландыш майский, грушанка средняя, зимолюбка, вереск обыкновенный, кукушник, плаун булавовидный.
18. Рассчитайте индекс сходства двух фитоценозов (растительных компонентов биоценозов), используя формулу Жаккара (см. предыдущее задание): первый располагается в заповеднике, другой – в соседнем лесу, где отдыхают люди.
Список видов первого фитоценоза: дуб черешчатый, липа, лещина, осока волосистая, мужской папоротник, подмаренник Шультеса, сныть обыкновенная.
Список видов нарушенного фитоценоза: дуб черешчатый, яблоня домашняя, липа, одуванчик лекарственный, подорожник большой, осока волосистая, земляника лесная, сныть обыкновенная, крапива двудомная, горец птичий, лопух большой, череда.
Выпишите названия видов, которые исчезли из сообщества дубравы под действием вытаптывания. Выпишите названия видов, которые появились в дубраве благодаря вытаптыванию и другим процессам, сопутствующим отдыху людей в лесу. Используя дополнительную литературу, запишите напротив каждого названия вида его краткую экологическую характеристику (предпочитаемые биотопы, отношение к антропогенным факторам и др.).
19. Составьте пять цепей питания. Все они должны начаться с растений (их частей) или мертвых органических остатков (детрита). Промежуточным звеном в первом случае должен быть дождевой червь; во втором – личинка комара в пресном водоеме; в третьем – комнатная муха; в четвертом – личинка майского жука; в пятом – инфузория-туфелька. Все цепи питания должны заканчиваться человеком. Предложите наиболее длинные варианты цепей. Почему количество звеньев не превышает 6–7?
20. Укажите пастбищные (1) и детритные (2) пищевые цепи:
а) диатомовые водоросли – личинка поденки – личинка ручейника;
б) бурая водоросль – береговая улитка – кулик – сорока;
в) мертвое животное – личинка падальной мухи – травяная лягушка – уж обыкновенный;
г) нектар – муха – паук – землеройка – сова;
д) коровий помет – личинка мухи – скворец – ястреб-перепелятник;
е) листовая подстилка – дождевой червь – землеройка – горностай.
21. Зная правило десяти процентов, рассчитайте, сколько нужно травы, чтобы вырос один орел весом 5 кг (пищевая цепь: трава – заяц – орел). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.
22. Зная правило десяти процентов, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы выросла одна щука весом 10 кг (пищевая цепь: фитопланктон – зоопланктон – мелкие рыбы – окунь – щука). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.
23. Зная правило десяти процентов, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один медведь весом в 300 кг (пищевая цепь: фитопланктон – зоопланктон – мелкие рыбы – лосось – медведь). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня.
24. Вес самки одного из видов летучих мышей, питающихся насекомыми, не превышает 5 грамм. Вес каждого из двух ее новорожденных детенышей – 1 грамм. За месяц выкармливания детенышей молоком вес каждого из них достигает 4,5 грамма. На основании правила экологической пирамиды определите, какую массу насекомых должна потребить самка за это время, чтобы выкормить свое потомство. Чему равна масса растений, сохраняющаяся за счет истребления самкой растительноядных насекомых?
Чем можно объяснить большое различие суточной потребности в энергии (на единицу массы тела) у человека и у мелких птиц или мелких млекопитающих?
25. Для того чтобы выжить, серой жабе необходимо съедать в день
5 г слизней – вредителей сельскохозяйственных культур. На площади в
1 га обитает около 10 жаб. Рассчитайте массу вредителей, которых уничтожат жабы на небольшом поле площадью 10 га за теплое время года (с мая по конец сентября – 150 дней).
26. Общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли составляет около 1100 млрд т. Установлено, что за один год растительность ассимилирует почти 1 млрд т углерода. Примерно столько же его выделяется в атмосферу. Определите, за сколько лет весь углерод атмосферы пройдет через организмы (атомный вес углерода – 12, кислорода – 16).
27. Рассмотрите таблицу 21, в которой показано количество выбрасываемых в атмосферу Москвы основных загрязняющих веществ в 1992 г.
Таблица 21
Поступление в атмосферу Москвы загрязняющих веществ (в тыс. т/г)
| Пыль | 24,3 | - |
| Оксид серы (IV) | 51,3 | - |
| Оксид углерода (II) | 28,4 | 711,0 |
| Оксиды азота | 111,0 | 38,1 |
| Летучие органические соединения | 49,6 | - |
| Нефтепродукты | 3,6 | 162,2 |
| Прочие | 4,6 | - |
Рассчитайте, какое количество загрязняющих веществ в год
(в тыс. т) выделяют в атмосферу Москвы транспорт и стационарные источники (заводы, фабрики и т.п.). Кто загрязняет атмосферу больше: транспорт или стационарные источники? Во сколько раз? Рассчитайте, сколько килограммов атмосферных загрязняющих веществ приходится в год на одного жителя Москвы (население Москвы составляет 10 млн человек).
28. Ежегодно вследствие аварий на нефтепроводах и танкерах, промышленных и транспортных выбросов, мойки автомашин, судов, цистерн и трюмов танкеров в Мировой океан попадает 14 млн т нефти. Один грамм нефти (нефтепродуктов) способен образовать пленку на площади 10 м2 водной поверхности. Определите площадь ежегодного загрязнения мировых водоемов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Беспамятных, Г. П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г. П. Беспамятных, Ю. А. Кротов. – Л.: Химия, 1985. – 528 с.
2. Вавельский, М. М. Защита окружающей среды от химических выбросов промышленных предприятий / М. М. Вавельский, Ю. М. Чебан. – Кишинев: Штиинца, 1990. – 211 с.
3. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки
экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. – М.: Экономика, 1986. – 91 с.
4. Вронский, В. А. Прикладная экология / В. А. Вронский. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1996. – 512 с.
5. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их
осадков для орошения и удобрения. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 54 с.
6. Демина, Т. А. Учет и анализ затрат предприятий на природоохранную деятельность / Т. А. Демина. – М.: Финансы и статистика, 1990. – 112 с.
7. Журавлев, В. П. Охрана окружающей среды в строительстве /
В. П. Журавлев, Н. С. Серпокрылов, С. Л. Пушенко. – М.: Изд-во АСВ, 1995. – 328 с.
8. Лаврова, Т. А. Сборник задач по экономике природопользования / Т. А. Лаврова. – С-Пб.: Изд-во С-Пб. УЭФ, 1995. – Ч. 2. – 80 с.
9. Русин, И. И. Экономика природопользования: учеб.-метод. пособие для студентов эконом, фак. гос. ун-тов / И. И. Русин. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 48 с.
10. Стадницкий, Г. В. Экология / Г. В. Стадницкий, А. И. Родионов. – С.-Пб.: Химия,1996. – 240 с.
11. Старикова, Г. В. Экология / Г. В. Старикова, В. В. Поветкин. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. – 95 с.
12. Степановских, А. С. Общая экология / А. С. Степановских. – Курган: ГИПП «Зауралье», 1996. – 464 с.
13. Степановских, А. С. Охрана окружающей среды / А. С. Степановских. – Курган: ГИПП «Зауралье», 1998. – 512 с.
14. Шишкин, А. И. Математическое моделирование и прогнозирование загрязнения поверхностных вод суши / А. И. Шишкин, Н. И. Дружинин. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – 390 с.
15. Энос, А. Р. Биология окружающей среды. Проблемы и решения / А. Р. Энос, С. Э. Р. Бейли. – М.: Колос, 1997. – 184 с.
16. Экология: учеб. пособие / Под ред. С. А. Боголюбова. – М.: Знание, 1997. – 288 с.
17. Экология: учебник для технических вузов / Л. И. Цветкова, М. И. Алексеев [и др.]; под ред. Л. И. Цветковой. – М.: Изд-во АСВ; С.-Пб.:
Химиздат, 1999. – 488 с.
Редактор Е.С. Воронкова
Компьютерная верстка – В.С. Николайчук
ИД № 06039 от 12.10.2001 г.
Сводный темплан 2009 г.
Подписано в печать 19.05.2009 г. Формат 60´84 1/16. Бумага офсетная.
Отпечатано на дупликаторе. Уч. изд.-л. 2,25. Усл.-печ. л. 2,25.
Тираж 100 экз. Заказ 390.
Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, т. 23-02-12
Типография ОмГТУ