Приир. Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений в. А. Медведский Т. В. Медведская сельскохозяйственная экология
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
1 УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ В.А.Медведский Т.В.Медведская СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов сельскохозяйственных высших учебных заведений по специальности «Ветеринарная медицина» и «Зоотехния» Витебск, 2003 2 УДК 574 (075) ББК 48 М 42 Рецензенты: зав. отделом вирусных и прионных инфекций БелНИИ экспериментальной ветеринарии им. Вышелесского, доктор ветери- нарных наук, профессор Красочко П.А., зав. кафедрой зоогигиены, экологии и микробиологии Белорусской сельскохозяйственной акаде- мии, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Садомов Н.А. М 42 В.А.Медведский, Т.В.Медведская Сельскохозяйственная экология: Учеб. пособие /В.А.Медведский, Т.В.Медведская.-Витебск, ВГАВМ, 2003.- 246с. (Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений). ISBN 5-238-00195-9 3 УДК 574 (075) ББК 48 © Медведский В.А. Медведская Т.В., 2003 ISBN 5-238-00195-9 © ВГАВМ 4 ВВВЕДЕНИЕ В настоящее время термин "экология" известен всем и пони- мают люди его по-разному. В первую очереди это слово вызывает ассоциацию с негативными последствиями, которые вносит человек в окружающую среду. Главными задачами в сфере природопользования и охраны ок- ружающей среды являются переход к экологически ориентированному принципу хозяйствования, снижение антропогенной нагрузки до ми- нимального уровня и рациональное использование природных ресур- сов. Проблема качества и экологической безопасности продоволь- ственного сырья и продуктов питания с каждым годом приобретает все большую актуальность. Экологически чистыми считаются пищевые продукты, выработанные из растительного и животного сырья, произ- веденного в условиях, при которых на всех этапах получения, хране- ния и транспортирования в них не попадают вредные и нежелательные компоненты из окружающей среды. Эти продукты должны быть про- изведены по технологиям, исключающим их загрязнение, и реализова- ны без промежуточного негативного воздействия отрицательных эко- логических факторов. Положение дел с качеством и безопасностью продовольствия значительно обострилось в связи с резко возросшим потоком импорт- ной продукции, которая не обеспечена сегодня действенной системой контроля, а также системой поставок продукции. Зарегистрированы десятки случаев ввоза продовольствия не только опасного по своим качественным характеристикам, но и ставшего причиной тяжелых ин- токсикаций и заболевания людей. Не являются исключением и продукты животноводства. Со- вершенно справедливо отмечается, что нет других пищевых продуктов, проблемы качества которых стояли бы так остро и были так важны, как качество молока и мясных продуктов, поскольку, во-первых, они яв- ляются продуктами, входящими в обязательный рацион питания здо- ровых и больных людей всех возрастов (молоко является главной со- стовляющей продуктов питания детей с рождения). Во-вторых, мясо и молоко может быть переносчиком опасных заразных заболеваний, пе- редаваемых от животного к человеку, а также от человека к человеку. В третьих, молоко – такой продукт внутренней секреции животного, который выводит из его организма (в чистом или модифицированном 5 виде) почти все вещества, попадающие в него. Кроме того, молоко и молочные продукты легко аккумулируют в себе крайне нежелательные или вредные вещества, попадающие в них в результате нарушения са- нитарных правил и регламентов основных и вспомогательных техно- логических процессов переработки молока. В последние годы в силу ряда причин, связанных с загрязне- нием окружающей среды, снижением санитарных требований, предъ- являемых к производству продуктов животноводства (качество кормов, состояние скота, ферм и т.д.), в молочных продуктах появляются такие крайне нежелательные элементы как остатки различных биоцидов (пестициды, гербициды и т.п.), соли тяжелых металлов, афлатоксины, антибиотики, соматические клетки, опасные формы микроорганизмов, нитратов, а в некоторых случаях – радиоактивных изотопов. Значи- тельная часть этих компонентов переходит в продукты. В настоящее время для Беларуси наиболее актуальна экологи- ческая проблема, связанная с использованием атомной энергии (за- грязнение окружающей среды радионуклидами в результате аварии на Чернобыльской АЭС). Важными экологическими проблемами респуб- лики являются: - негативное влияние на природную среду хозяйственной дея- тельности человека: а) промышленные выбросы, загрязняющие воздух и водную среду; б) вырубка лесов, ведущая к понижению уровня грун- товых вод, разрушению природных ландшафтов; в) мелиорация, про- воцирующая эрозию почв; г) чрезмерное использование органических и минеральных удобрений в сельском хозяйстве и как следствие – за- грязнение почв и воды; - ограниченность и истощаемость природных ресурсов; - отсутствие средств для финансирования природоохранных ме- роприятий; - отсутствие утилизации бытового мусора. Огромный ущерб несет растительному и животному миру за- грязнение природных вод, в том числе источников питьевого водо- снабжения, из-за неразумного использования химических удобрений и ядохимикатов, которое особенно возросло в последние три десятиле- тия. Применение удобрений за последние 10 лет возросло с 121 до 846 тыс. т, неорганических азотных – с 31 до 734 тыс. т (с 4 до 92 кг/га). Как следствие, на большей части территории республики из-за нитрат- ного загрязнения выведено из строя большинство колодцев. Нитратное 6 загрязнение грунтовых вод зафиксировано на большей –части находя- щейся под сельхозугодьями территории республики (а это почти 8 млн. га). Оно превышает в 2-15 раз предельно допустимые нормы, а в от- дельных случаях уже достигло глубин 20-40 м. Потребление продуктов и воды с повышенными концентра- циями нитратов (предельно допустимые концентрации не превышают 45 мг/л) разрушающе действует на сердечно-сосудистую и иммунную системы, вызывает тяжелую болезнь крови – гемоглобинемию. В рай- онах интенсивного применения ядохимикатов высока детская смерт- ность, отмечаются грубые изменения генетического аппарата, что ве- дет к появлению вредных мутаций и уродств. Загрязнение почв, воздуха и природных вод в наше время при- обрело широкие масштабы, что стало реальной угрозой всему живому. Низшие растительные и животные организмы составляют начальные звенья биологических цепей и цепей питания. Они отличаются чрезвы- чайно высокими уровнями накопления тяжелых металлов, ядохимика- тов, разнообразных токсических веществ. У высокоорганизованных животных и у человека эти токсиканты оказывают жестокое кумуля- тивное воздействие на генетический аппарат и нервную систему. В решении экологических проблем велика роль специалистов сельского хозяйства – зооинженеров и врачей ветеринарной медицины, и поэтому издание учебника по сельскохозяйственной экологии просто необходимо для их подготовки. Вышедшие в последние годы учебники и учебные пособия отечественных и зарубежных авторов в большинстве своем посвящены частным вопросам общей экологии, не отражают проблем сельскохо- зяйственной экологии, путей решения этих проблем. При подготовке учебного пособия нами широко использова- лись материалы научной и познавательной литературы, отчеты эколо- гических комиссий, учебников и учебных пособий отечественных и зарубежных авторов. Список дополнительной литературы, приведены в конце посо- бия, рассчитан на то, чтобы дать студентам возможность глубже разо- браться в экологии, беречь все живое на земле. 7 КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИИ В настоящее время экология является одной из наиболее раз- вивающихся биологических и сельскохозяйственных наук. Термин «экология» впервые использовал немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году. В своей книге «Всеобщая морфология организмов» он дал свое определение экологии, как науке: «Это познание экономики при- роды, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая не- пременно неантоганистические и антоганистические взаимоотношения растений и животных, контактирующих друг с другом». Э.Геккель от- носил экологию к биологическим наукам и наукам о природе, интере- сующимся всеми сторонами жизни биологических организмов. Основ- ное направление, сформулированное Э.Геккелем, соответствует совре- менному пониманию аутэкологии – экологии отдельных видов. В России это направление в основном сформировалось в 30-е годы трудами Н.И.Калабухова и А.Д.Слонима. Одновременно с этим в первой половине 20 века начались широкие работы по изучению на- дорганизменных биологических систем. Концепция биоценозов, как многовидовых сообществ живых организмов, функционально связан- ных друг с другом, создана в основном трудами К.Мебиуса (1877), С.Форбса (1887) и др. К.Мебиус одним из первых применил к исследо- ванию объектов живой природы особый подход, который получил в наши дни название системного подхода. Этот подход ориентирует ис- следователя на раскрытие целостных свойств объектов и обеспечи- вающих их механизмов, на выявление многообразных связей в биоло- гической системе и разработку эффективных методов ее изучения. В 1927 году Ч.Элтон опубликовал первый учебник-монографию по эко- логии, в котором выделил своеобразие биоценотических процессов, определил понятие трофической ниши и сформулировал правило эко- логических пирамид. В своей монографии он впервые отчетливо выде- лил направление популяционной экологии. Практически все исследо- вания экосистемного уровня строились на том, что межвидовые взаи- моотношения в биоценозах осуществляются между популяциями кон- кретных видов. К этому же периоду относится деятельность знаменитого рус- ского ученого В.В. Докучаева. Его учение о природных зонах имело исключительное значение для развития экологии. В целом его работы 8 легли в основу геоботанических исследований, положили начало уче- нию о ландшафтах. Огромное влияние на развитие экологии оказали работы вы- дающегося русского геохимика В.И.Вернадского. Он посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере и разработал теорию, которая легла в основу современного учения о биосфере. В 1926 году В.И.Вернадский опубликовал книгу под названием «Биосфера», в ко- торой впервые была показана планетарная роль совокупности всех ви- дов живых организмов – «живого вещества». Впервые вся живая обо- лочка планеты предстала как единое целое. В современных условиях одним из наиболее значимых факто- ров, определяющих состояние биосферы, стала деятельность человека и ученые-экологи вновь обратились к научному исследованию В. И. Вернадского. Ведь именно он говорил еще в далекие 20-е годы о мощ- ном воздействии человека на окружающую среду и о преобразовании современной биосферы. Для измененной биосферы, находящейся под контролем разума человека он предложил термин «ноосфера» – сфера разума. В развитие общей экологии большой вклад внес Д.Н.Кашкаров, Г.Гаузе, который провозгласил свой знаменитый прин- цип конкурентного исключения, В.Н.Сукачев, обосновавший пред- ставление о биогеоценозе. В 50-90 гг. 20-го столетия вопросам экологии посвящены ра- боты отечественных и зарубежных исследователей, ученых, таких, как Ю.Одум, М.И.Будыко, В.Тишлер, В.А.Радкевич, Н.Ф.Реймерс, А.Г.Банников, А.С.Степановских и другие. Предмет экологии. Из всего многообразия существующих сегодня определений экологии можно сделать вывод, что экология включает в себя все три уровня организации биологических систем: организменный, популяци- онный и экосистемный. Исходя из этого можно сформулировать сле- дующее определение: 9 Экология – это комплексная наука, изучающая взаимоот- ношения организмов и образуемых ими сообществ между собой и со средой их обитания. Современная экология – это комплексная дисциплина, далеко выходящая за рамки биологической науки. Она включает в себя сле- дующие направления: - общая экология - геоэкология; - глобальная экология; - экология человека; - прикладная экология; - сельскохозяйственная экология. Общая экология, как биологическая дисциплина, подразделя- ется на следующие направления: - аутэкология, устанавливающая пределы существования организмов (особей) в среде их обитания и исследующая реакции на воздействие среды; - демэкология изучает условия существования популяций как элементарных надорганизменных группировок; - эйдэкология изучает вид, как надорганизменную биологи- ческую систему; - синэкология изучает сообщества животных, растений и микроорганизмов. Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяция, сообщество, экосистема, биосфера) и их динамика во времени и пространстве. Популяция – это группа организмов одного вида, занимающая определенную территорию и в той или иной мере изолированная от других групп организмов. Сообщество – группа организмов различных видов, обитаю- щих на определенной территории и взаимодействующих посредством трофических и пространственных взаимоотношений. Экосистема – сообщество организмов с окружающей и физи- ческой средой, взаимодействующих между собой и образующих эко- логическую единицу. Различные экосистемы вместе образуют биосферу – вклю- чающую все живые организмы и всю физическую среду, с которой они 10 взаимодействуют. Океан, поверхность суши и нижние слои атмосферы – все это входит в биосферу. Задачи и проблемы экологии. Наиболее важной и актуальной проблемой современной эко- логии необходимо признать определение роли и места человека в гло- бальных биосферных процессах. Перед человечеством на сегодняшний день стоит одна главная задача – предотвращение экологической ката- строфы. Что касается задач современной экологии, то и здесь нет еди- нообразного подхода. Общеэкологические задачи должны осуществ- ляться на конкретно-научном уровне. Изучая взаимосвязи животного с окружающей абиотической средой, экология решает разные задачи на каждом системном уровне организации жизни. На организменном уровне рассматриваются проблемы адаптации организмов, механизмы, обеспечивающие устойчивость их функционирования. На популяционном уровне – это исследования форм взаимоот- ношений между организмами, обеспечивающих существование попу- ляции как целостной, саморегулирующейся системы. Основное здесь – определение тех свойств популяции, которые обеспечивают возмож- ность ее неограниченно длительного существования в постоянно изме- няющихся условиях среды. Главная цель – сбережение целостной тка- ни живого вещества. Не изучение взаимосвязи отдельного организма со средой, а изучение взаимосвязей и приспособительных реакций по- пуляции с условиями их существования должно стать основной зада- чей экологии. Следует отметить, что популяционный уровень наиболее ва- жен из-за возможности управления популяциями со стороны человека. Воздействие на отдельный организм никакого эффекта не дает, по- скольку он смертен и его отдельно взятые индивидуальные свойства во взаимоотношениях между особями и средой в целом ничего не из- менят. Но если воздействию подвергается вся популяция, то в случае ее гибели возможно ограничение (или уничтожение) какого то природ- ного ресурса, важного для человека. На экосистемном (биогеоценотическом) уровне основной за- дачей является исследование закономерностей функционирования и продукционных процессов многовидовых биоценозов вместе с их не- органическим окружением. 11 На биосферном (глобальном) уровне выявляются причины и механизмы изменения элементов биосферы в результате воздействия человеческой деятельности. Двоякое положение человека в биосфере (с одной стороны, это гетеротрофный живой организм, с другой -– вы- сокоразвитое живое существо, наделенное разумом и вооруженное достижениями научно-технической революции) диктует необходи- мость предельной осторожности и взвешенности решений при любой ее попытке вмешательства в исторически сложившиеся взаимосвязи и процессы живой природы. Проблемы и задачи частной экологии предполагают решение вопросов сохранения физико-химического баланса в биосфере. Осуще- ствление этих задач возможно на нескольких уровнях: технологиче- ском, экономическом, юридическом и др. К основным проблемам следует отнести: - изменения климата Земли, парниковый эффект (антропо- генное потепление), разрушение озонового экрана; - загрязнение атмосферы, кислотные осадки; - демографический взрыв, относительное перенаселение Земли в некоторых регионах; чрезмерную урбанизацию; - загрязнение почв, уменьшение их площадей; - загрязнение океана и поверхностных вод суши; - радиоактивное загрязнение локальных участков; - опустынивание, уменьшение площадей тропических и се- верных лесов; - отсутствие утилизации промышленных, сельскохозяйст- венных и бытовых отходов; - ухудшение качества продуктов питания, в результате не- правильного использования пестицидов, кормовых доба- вок, ветеринарных препаратов и др.; - отсутствие средств для финансирования природоохранных мероприятий. В настоящее время большинство международных экологиче- ских конфликтов условно можно разделить на четыре категории: рас- пределение водных ресурсов, загрязнение морей, чистота воздуха, чис- тота воды. Современная экология является научной базой рационального использования и воспроизводства природных ресурсов, охраны окру- жающей среды. Последовательное решение насущных экологических 12 проблем должно привести к снижению негативного воздействия обще- ства на отдельные экосистемы и природу в целом, включая человека. Методы экологических исследований. В экологии используются методы исследования и понятия, применяемые в других науках. Многие же методы исследований свой- ственны исключительно экологии. Например, если исследования эко- логии особей (аутэкология) иногда близки исследованиям в области физиологии, то изучение популяций и биоценозов относится всецело к экологии. Основные методы экологических исследований: полевые, экс- периментальные исследования с использованием экосистемного, попу- ляционного, эволюционного и исторических подходов, изучение со- обществ и анализ местообитаний. Первостепенное значение имеют полевые исследования, т.е. изучение популяций видов и их сообществ в естественной обстановке. Полевые методы позволяют установить результаты влияния на орга- низм определенного комплекса факторов окружающей среды, выяс- нить общую картину развития вида в конкретных условиях. Однако полевые методы не всегда дают точный ответ на по- ставленные вопросы. Поэтому применяют экспериментальные методы, которые позволяют вычленить и проанализировать роль отдельных факторов при постоянстве всех остальных в искусственно созданных и контролируемых условиях. В экологическом эксперименте трудно воспроизвести весь комплекс природных условий, но можно изучить влияние отдельных факторов на вид, популяцию или сообщество. Модель – это абстрактное описание того или иного явления реального мира, позволяющее делать предсказания относительно этого явления. Модель должна быть статистической и строго математиче- ской для того, чтобы получить надежные прогнозы. Модель должна включать три основные компонента: анализируемое пространство (границы системы); субсистемы (компоненты), считающиеся важными для общего функционирования; рассматриваемый временной интервал. В последнее время широкое распространение получило моде- лирование биологических явлений, т.е. воспроизводство в искусствен- ных системах различных процессов, происходящих в живой природе. Примером биологических моделей может служить аппарат искусст- венного дыхания, кровообращения, искусственные почки, протезы. 13 При описании биологических явлений применяются методы математического моделирования. Они используются для экологическо- го прогнозирования. Составление экологического прогноза является сложной и ответственной задачей и невозможно без всестороннего математического анализа всех аспектов взаимоотношений живых ор- ганизмов и многочисленных факторов внешней среды. В последнее время среди прогнозистов широко распространилось понятие «мони- торинг», которое включает не только наблюдение за состоянием окру- жающей среды, но и контроль, и управление за ее состоянием. 14 |