СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ учебник

4. Средообразующая функция. В результате деятельности живого вещества изменяются физико-химические характеристики среды: влажность, температура, газовый состав. Именно благодаря живым организмам в атмосфере произошло накопление кислорода. Живые организмы оказывают влияние на углекислый газ, азот, метан, водород. Считается, что 50% всего водорода атмосферы образовано в результате деятельности живого вещества.

Состав почвенного воздуха формируют бактерии. Живое вещество определяет и состав природных вод.

5.Транспортная функция. Это перемещение веществ в биосфере во всех направлениях.

Круговорот веществ.

В процессе жизнедеятельности все организмы находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. В целом в биосфере происходит непрерывный процесс созидания живого вещества и аккумуляции энергии и одновременно разрушения сложных органических веществ и превращения их в исходные вещества: СО2, Н2О, Н2S, различные соли. Эти два процесса составляют сущность круговорота веществ, они неразделимы и биосфера может существовать лишь при одновременном их протекании.

Различаются 2 круговорота – большой (геологический) и малый (биологический). В процессе геологического круговорота с одного места в другое в масштабе всей планеты переносятся минеральные соединения, а также изменяется агрегатное состояние Н2О (жидкая, твердая (лед, снег), газообразная (пар). Геологический круговорот наиболее четко проявляется в круговороте Н2О. Круговорот воды – процесс непрерывного, взаимосвязанного перемещения воды на земле, происходящий под влиянием солнечной энергии, силы тяжести и жизнедеятельности организмов. Испарение воды происходит с поверхности водоемов, почвы и растений. Вода, находящаяся в парообразном состоянии возвращается затем в виде осадков. Над океаном выпадает 78% общего количества осадков, над сушей – 22%. Геологический круговорот веществ проходит медленнее и границы его часто шире границ биосферы, и живые организмы в геологическом круговороте играют второстепенную роль.

С появлением живых организмов на базе геологического круговорота возник биологический. Суть биологического круговорота

заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов – создания органических веществ и их разрушения. Начальный этап возникновения органического вещества обусловлен фотосинтезом зеленых растений. Растения извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, кальций, калий, магний, алюминий, и т.д.. Растительноядные животные поглощают уже соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты. В процессе разрушения микроорганизмами органического вещества отмерших растений и остатков животных в почву и водную среду поступают простые минеральные соединения доступные для усвоения растениями и начинается следующий виток биологического круговорота.

Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между различными структурными частями биосферы и определяющийся жизнедеятельностью микроорганизмов, называется биохимическим циклом.

К главным циклам относятся биохимические циклы углерода, кислорода, азота, серы, фосфора.

Круговорот углерода - это один из важнейших круговоротов в биосфере. В биологическом круговороте углерода выделаются три стадии:

1.Зеленые растения, поглощая углекислый газ из воздуха, создают органическое вещество;

2.Животные, питаясь растениями, из содержащихся в них соединений углерода продуцируют другие соединения;

3.Микроорганизмы разрушают вещество мертвых растений и животных и освобождают углерод, который снова попадает в атмосферу в составе углекислого газа.

Источником углерода также является углекислый газ, поступающий в атмосферу при дыхании растений в темное время суток. Часть углерода накапливается в виде мертвых органических веществ там, где отсутствуют условия для их разложения, и переходит в ископаемое состояние (торф, каменный уголь, нефть). О масштабности современного биологического круговорота углерода можно судить по тому обстоятельству, что растительные организмы, включая водоросли, ежегодно продуцируют около 1,5 трлн. тонн углерода органической массы.

На суше особенно мощным естественным источником поступления СО2 в атмосферу являются вулканы.

Биохимический цикл кислорода является планетарным процессом, связывающим атмосферу, гидросферу и литосферу. Все органические вещества – это соединения О2, поэтому кислород является жизненно важным элементом почти для всех живых организмов (за исключением анаэробных бактерий). В количественном отношении О2 - преобладающий компонент живой материи (тело человека по массе состоит из О2 на 62,8%. 30% земного шара, 47% земной коры, 85,7% гидросферы и 70% живого вещества составляет по массе О2. Огромные его количества прочно химически связаны с другими элементами, образуя многочисленные минералы. В биосфере происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В течение веков растения главным образом производят свободный О2, а животные являются его потребителями путем дыхания. Господствующей формулой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О2, в ничтожных количествах присутствует озон (О3). Свободный кислород атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений, его общее количество отражает баланс между его продукцией и процессами окисления и гниения различных веществ. Количество выделяемого кислорода равно количеству поглощаемого.

Азот – главный газ атмосферы (80% свободного). В связанном состоянии встречается в форме неорганических соединений, например, натриевой селитры NaNO3 и калийной KNO3, аммиака NH3 (продуктов гниения). В виде органических соединений азот содержится во всех организмах. В атмосфере Земли он находится в виде N2 – химически инертного газа. Большинство организмов не способны усваивать свободный азот из воздуха. Растения извлекают азот из почвы с неорганическими веществами – солями аммония и нитратами (нитраты – соли азотной кислоты, нитриты – соли азотистой кислоты) Животные усваивают органически связанный азот при потреблении растительной или животной пищи.

В круговорот атмосферный азот вовлекается главным образом благодаря азотфиксации. Свободный азот фиксируют синезеленые водоросли, азотбактерии. Отмершая органика перерабатывается сапрофитами (грибы, бактерии). В итоге связанный в органике азот высвобождается и возвращается в молекулярной форме в атмосферу.

Ноосфера.

В основе современных представлений о взаимоотношении человека и природы лежит разработанная в начале XX века В.И.Вернадским концепция ноосферы, как нового геологического этапа развития биосферы, на котором человек впервые становится круп-

нейшей геологической силой. Сфера взаимодействия общества и

природы, в пределах которой разумная деятельность предстает главным, определяющим фактором развития биосферы и человечества, называется ноосферой.

В представлении В.И.Вернадского, человек – часть живого вещества, подчиненного общим законам организованности биосферы, вне которой оно существовать не может. Человек является частью биосферы, утверждал выдающийся ученый. Ноосфера представляет собой качественно новый этап эволюции биосферы, в котором создаются новые формы ее организованности как новое единство, возникающее в результате взаимодействия природы и общества.

В.И.Вернадский считал основной предпосылкой перехода биосферы в ноосферу научную мысль. Материальным ее выражением в преобразуемой человеком биосфере является труд.

Учение о биосфере и ее высшей стадии – ноосфере в настоящее время приобрело особое, практическое значение в связи с тем, что локальное воздействие человека на биосферу стало носить глобальный характер. Международная программа «человек и биосфера» посвящена поиску оптимальных путей решения экологических проблем, обеспечения разумной хозяйственной деятельности человека, не нарушающей функций биосферы.

Человек издавна воздействовал на окружающую природную среду, но на протяжении долгого времени возможности его были ограничены.

Быстрый рост населения, резкое увеличение потребления ресурсов, появление мощной техники значительно усилило воздействие человека на природную среду, достигнув глобальных масштабов.

Человек ежегодно извлекает из земных недр более 200 млрд. тонн руд, горючих и строительных материалов, сбрасывает в море и

реки более 750 млн. тонн нефтепродуктов, выбрасывает в атмосферу более 25 млрд. тонн оксидов углерода, 1,5 млн. тонн фреонов, 190 млн. тонн диоксида серы и т.д.

Интенсивно проводилось сведение лесов под пашню и пастбища. Из-за неправильного использования земель ежегодно возникает около 6 млн. га. «рукотворных» пустынь. Ежегодно на планете теряется 26 млрд. тонн плодородного слоя пахотных земель.

Однако наиболее сложной экологической проблемой является интенсивное загрязнение окружающей среды. Выделяют 3 типа загрязнения природной среды:

1.физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное);

2.химическое (аэрозоли, химические вещества, пластмассы, пестициды)

3.биологическое (биогенное, микробиологическое, генная

инженерия).

Особую опасность представляют предприятия химической, цветной, нефтеперерабатывающей, топливной промышленности; различные виды транспорта (особенно автомобили); сельское хозяйство (мин. удобрения, пестициды); АЭС.

Загрязнители поглощаются живыми организмами и, перемещаясь по пищевым цепям, увеличивают свои концентрации, оказывая вредное воздействие на природные экосистемы и живые организмы.

Среди экологических проблем биосферы особую опасность представляет ее радиоактивное загрязнение. Оно может быть вызвано главным образом антропогенными факторами: разработка радиоактивных руд, ядерные взрывы в мирных целях, испытание ядерного оружия, аварии на АЭС.

Авария на Чернобыльской АЭС (1986г.) является крупнейшей экологической катастрофой. Суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг (для сравнения – при взрыве атомной бомбы над Хиросимой было выброшено 740г) радионуклидов. 70% выброса радиоактивных веществ пришлось на территорию Белоруссии, причем большая часть их выпала в радиусе 300 – 400 км от станции. Площадь погибших сосновых лесов составила 600 га, а пораженных более 15 тыс. га. Чернобыльскими радионуклидами были загрязнены бассейны рек Дуная, Днепра, Днестра, Дона, Волги и др. Огромные экономические потери от данной катастрофы: долгосрочное изъятие из

хозяйственного оборота 144 тыс. га сельхозугодий, 492 тыс. га лесов, затраты на отселение жителей. В пострадавших районах резко повысилась заболеваемость анемией, сердечно-сосудистыми, легочными болезнями, участились вспышки инфекций.

В результате нерациональной деятельности человека за последние столетия безвозвратно истреблено много видов животных.

Спуск недостаточно очищенных промышленных отходов в водоемы губят в них жизнь

Вырубка лесов без учета их воспроизведения приводит к обмелению рек и эрозии почв.

Увеличивается потребность в воде для бытовых и промышленных нужд. Перед человеком нависла угроза водного голода.

Становится проблемой недостаток минерального сырья. Неумеренно используя энергетические ресурсы, человек истощает их запасы и наносит урон окружающей среде.

Бесконтрольно используются горючие вещества в современной технике. Это грозит опасностью нарушения атмосферных процессов в местном и мировом масштабе.

5.ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ.

Вобщем смысле под ресурсами понимают любые источники и предпосылки получения людям необходимых материальных благ. Экологов в первую очередь интересуют ресурсы природные, тоесть вся совокупность естественных продуктов природы, используемых человеком для удовлетворения материальных и культурных потребностей.

По характеру использования природные ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Исчерпаемые ресурсы в свою очередь делятся на исчерпаемые возобновимые и невозобновимые. Если использование возобновимых ресурсов может носить непрерывный характер, тоесть на смену использованным в процессе естественного роста накапливаются новые, то невозобновимые ресурсы представляют собой какой-то определенный конечный запас, который может быть использован в течение того или иного промежутка времени полностью и восстановление его невозможно. К группе возобновимых природных ресурсов прежде всего относятся биологические ресурсы – растительность и животный мир. Это лесные ресурсы, ресурсы сельскохозяйственных растений, домаш-

них и диких животных. К возобновимым ресурсам относятся некоторые минеральные ресурсы, например соли, выпадающие в осадок в соленых озерах и морских лагунах.

Однако в результате неправильной деятельности человека возобновимые ресурсы могут стать невозобновимыми. Например, исчезли отдельные виды животных (тур, тарпан, стеллерова корова).

К невозобновимым ресурсам относятся залежи полезных ископаемых, т.е. богатства недр земли. При добыче полезных ископаемых необходимо стремиться к более полному извлечению их из недр и к уменьшению потерь при переработке и использовании.

Неисчерпаемые ресурсы – это космические ресурсы (солнечная радиация, морские приливы, ветер, текущая вода). Однако неисчерпаемость этих ресурсов относительна. На первый взгляд эти ресурсы таят в себе неисчерпаемые возможности. Однако многие так называемые неисчерпаемые ресурсы оказываются, в конце концов, конечными из-за того, что среда их происхождения становится зачастую непригодной для сложившегося хозяйства и жизни человека. Так, запас воды на земном шаре огромен, но пресной воды для пищевых и промышленных целей ограничен. При сильном загрязнении природной среды становятся ограниченными и малодоступными даже солнечная энергия, чистый воздух.

Природная среда стала заметно меняться за последние десятилетия в связи с возросшим масштабом взаимодействия человечества на внешнюю среду и эксплуатацию природных богатств. Научнотехнический прогресс характеризуется гигантским ростом потребления энергетических ресурсов, каменного угля, нефти, горюче-смазочных материалов, торфа, сланцев. Используется атомная энергия. Быстрыми темпами идет интенсификация сельского хозяйства, эксплуатация сельскохозяйственных угодий. Высокими темпами развивается промышленность органического синтеза, применение цветных металлов, рост транспортных средств, электронной и космической техники.

Научно-технический прогресс несет человечеству много благ и одновременно немало нежелательных последствий.

Беларусь, как компактный природно-экономический район, имеет значительные энергетические ресурсы (залежи нефти, газа, угля, торфа), ценные минеральные ресурсы (залежи каменных и калийных солей, стекольных и формовочных песков, тугоплавких глин, доломита). Беларусь хорошо обеспечена водой. Глубинные исследования недр

открыли перспективы республики на такие виды полезных ископаемых, как железная руда, руды цветных металлов. Надо иметь ввиду, что потребность промышленности в различных видах минерального сырья должна удовлетворяться не только за счет открытия новых месторождений, но и за счет более экономичного потребления полезных ископаемых. При добыче необходимо стремиться к наиболее полной отработке месторождений, снижать потери при добыче, извлекать весь комплекс пород, представляющих ценность для промышленности, т.е. необходимо рационально использовать природные ресурсы, так как богатства природы могут быть исчерпаны, а внешняя среда из-за разрушения и загрязнения станет непригодной для обитания.

Рациональное управление природными ресурсами.

Ограниченность ресурсов Земли является в конце ХХ в. одной из наиболее актуальных проблем человеческой цивилизации. В связи с этим, одним из важнейших условий современности можно считать решение задач по рациональному управлению природными ресурсами. Их выполнение требует не только обширных и глубинных знаний закономерностей и механизмов функционирования экологических систем, но и целенапрвленного формирования нравственного фундамента общества, осознания людьми своего единства с природой, необходимости перестройки системы общественного производства и потребления.

Для сознательного и квалифицированного управления экономикой и природопользованием необходимо:

-определить цели управления;

-разработать программу их достижения;

-создать механизмы реализации поставленных задач.

Стратегия развития промышленности, энергетики и борь-

ба с загрязнениями. Главным стратегическим направлением развития промышленности является переход на новые вещества, технологии, которые позволяют уменьшить выбросы загрязнителей. Используется общее правило, что предотвратить загрязнение легче, чем ликвидировать его последствия. В промышленности для этого применяются системы очистки сточных вод, оборотное водоснабжение, газоулавливающие установки, на выхлопных трубах автомобилей устанавливаются специальные фильтры. Переход на новые, более «чистые» источники энергии также способствует уменьшению загрязнения природной

среды. Так, сжигание на ГРЭС или ТЭЦ природного газа вместо угля позволяет резко снизить выбросы диоксида серы.

Во многих случаях загрязнение атмосферы и водоемов затрагивает интересы нескольких или многих стран. Для уменьшения его последствий необходимо международное сотрудничество. В качестве примера такого сотрудничества следует назвать соглашение о снижении производства хлорфторуглеродов, в котором участвуют большинство государств мира, в том числе Россия и страны СНГ.

Рациональное использование минеральных ресурсов. Из-за несовершенства технологии добычи и переработки минеральных ресурсов нередко наблюдается разрушение биоценозов, загрязнение окружающей среды, нарушение климата и биогеохимических циклов. К рациональным подходам к извлечению и переработке природных минеральных ресурсов относятся:

-максимально полное и комплексное извлечение из месторождения всех полезных компонентов;

-рекультивация (восстановление) земель после использования месторождений;

-экономное и безотходное использование сырья в производстве;

-глубокая очистка и технологическое использование отходов производства;

-вторичное использование материалов после выхода изделий из употребления;

-использование технологий, позволяющих проводить концентрацию и извлечение рассеянных минеральных веществ;

-использование природных и искусственных заменителей дефицитных минеральных соединений;

-разработка и широкое внедрение замкнутых циклов производства;

-применение энергосберегающих технологий и т.д. Некоторые из современных производств и технологий отвеча-

ют многим из этих требований, но вместе с тем нередко они еще не стали нормой производственной сферы и природопользования в мировом масштабе. Создание новых технологий должно сочетаться с грамотной экологической экспертизой всех, особенно широкомасштабных, проектов в промышленности, строительстве, транспорте, сель-

ском хозяйстве и других видах деятельности человека. Проводимая специальными независимыми органами, такая экспертиза позволит избежать многих просчетов и непредсказуемых последствий реализации этих проектов для биосферы.

Стратегия развития сельского хозяйства. В конце ХХ сто-

летия объем мировой сельскохозяйственной продукции растет быстрее, чем население. Однако этот рост сопровождается, как известно, существенными издержками: сведением лесов для расширения посевных площадей, засолением и эрозией почв, загрязнением среды удобрениями, пестицидами и т.д.

В дальнейшем развитии сельского хозяйства стратегическим направлением является повышение урожайности, позволяющее обеспечить растущее население продовольствием без увеличения посевных площадей. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур может быть достигнуто за счет расширения орошения. Большое значение, особенно при недостатке водных ресурсов, должно придаваться капельному орошению, при котором вода рационально используется путем непосредственной ее подачи к корневой системе растений. Другой путь – выведение и возделывание новых сортов сельскохозяйственных культур. Возделывание новых сортов, например, зерновых культур, более продуктивных и устойчивых к болезням, дало в последние десятилетия ХХ в. основной прирост сельскохозяйственной продукции. Этот успех селекционеров был назван «зеленой революцией».

Урожайность повышается при чередовании возделываемых культур (севооборотах) применительно к зональным условиям, а нередко и при переходе от монокультуры к смешанным посевам, например, совместному выращиванию зерновых культур с бобовыми, особенно на кормовые цели.

Известно, что природные многовидовые ассоциации растений значительно реже страдают от вспышек развития насекомыхвредителей, возбудителей болезней, чем популяции монокультур в агроценозах. Это объясняется высокой концентрацией сельскохозяйственных культур, что делает их удобным объектом для многочисленных хищников, паразитов, возбудителей заболеваний и других вредных организмов, освобождающихся от конкуренции, присущей им в естественной обстановке. Отсюда – важным путем повышения урожайности является снижение потерь от вредителей, болезней и сорняков путем интегрированной системы защиты сельскохозяйственных культур,