Приир. Учебники и учебные пособия для высших учебных заведений в. А. Медведский Т. В. Медведская сельскохозяйственная экология
 Скачать 1.54 Mb.
|
|
Круговорот веществ. В процессе жизнедеятельности все организмы находятся в по- стоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть это- го взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. В це- лом в биосфере происходит непрерывный процесс созидания живого вещества и аккумуляции энергии и одновременно разрушения слож- ных органических веществ и превращения их в исходные вещества: СО 2 , Н 2 О, Н 2 S, различные соли. Эти два процесса составляют сущность круговорота веществ, они неразделимы и биосфера может существо- вать лишь при одновременном их протекании. Различаются 2 круговорота – большой (геологический) и ма- лый (биологический). В процессе геологического круговорота с одного места в другое в масштабе всей планеты переносятся минеральные со- единения, а также изменяется агрегатное состояние Н 2 О (жидкая, твердая (лед, снег), газообразная (пар). Геологический круговорот наи- более четко проявляется в круговороте Н 2 О. Круговорот воды – про- цесс непрерывного, взаимосвязанного перемещения воды на земле, происходящий под влиянием солнечной энергии, силы тяжести и жиз- недеятельности организмов. Испарение воды происходит с поверхно- сти 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 кру- говорот веществ проходит медленнее и границы его часто шире гра- ниц биосферы, и живые организмы в геологическом круговороте иг- рают второстепенную роль. С появлением живых организмов на базе геологического кру- говорота возник биологический. Суть биологического круговорота 72 заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязан- ных процессов – создания органических веществ и их разрушения. На- чальный этап возникновения органического вещества обусловлен фо- тосинтезом зеленых растений. Растения извлекают из почвы в раство- ренном виде серу, фосфор, кальций, калий, магний, алюминий, и т.д.. Растительноядные животные поглощают уже соединения этих элемен- тов в виде пищи растительного происхождения. Хищники питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного со- става, включая белки, жиры, аминокислоты. В процессе разрушения микроорганизмами органического вещества отмерших растений и ос- татков животных в почву и водную среду поступают простые мине- ральные соединения доступные для усвоения растениями и начинается следующий виток биологического круговорота. Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между раз- личными структурными частями биосферы и определяющийся жизне- деятельностью 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 ста- дии: 1. Зеленые растения, поглощая углекислый газ из воздуха, создают органическое вещество; 2. Животные, питаясь растениями, из содержащихся в них соедине- ний углерода продуцируют другие соединения; 3. Микроорганизмы разрушают вещество мертвых растений и жи- вотных и освобождают углерод, который снова попадает в атмо- сферу в составе углекислого газа. Источником углерода также является углекислый газ, посту- пающий 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 иско- паемое состояние (торф, каменный уголь, нефть). О масштабности со- временного биологического круговорота углерода можно судить по тому обстоятельству, что растительные организмы, включая водорос- ли, ежегодно продуцируют около 1,5 трлн. тонн углерода органической массы. 73 На суше особенно мощным естественным источником по- ступления СО 2 в атмосферу являются вулканы. Биохимический цикл кислорода является планетарным про- цессом, связывающим атмосферу, гидросферу и литосферу. Все орга- нические вещества – это соединения О 2 , поэтому кислород является жизненно важным элементом почти для всех живых организмов (за исключением анаэробных бактерий). В количественном отношении О 2 - преобладающий компонент живой материи (тело человека по массе состоит из О 2 на 62,8%. 30% земного шара, 47% земной коры, 85,7% гидросферы и 70% живого вещества составляет по массе О 2 . Огромные его количества прочно химически связаны с другими элементами, об- разуя многочисленные минералы. В биосфере происходит быстрый обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками по- сле гибели. В течение веков растения главным образом производят свободный О 2 , а животные являются его потребителями путем дыха- ния. Господствующей формулой нахождения кислорода в атмосфере является молекула О 2 , в ничтожных количествах присутствует озон (О 3 ). Свободный кислород атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений, его общее количество отра- жает баланс между его продукцией и процессами окисления и гниения различных веществ. Количество выделяемого кислорода равно количе- ству поглощаемого. Азот – главный газ атмосферы (80% свободного). В связанном состоянии встречается в форме неорганических соединений, например, натриевой селитры NaNO 3 и калийной KNO 3 , аммиака NH 3 (продуктов гниения). В виде органических соединений азот содержится во всех организмах. В атмосфере Земли он находится в виде N 2 – химически инертного газа. Большинство организмов не способны усваивать сво- бодный азот из воздуха. Растения извлекают азот из почвы с неоргани- ческими веществами – солями аммония и нитратами (нитраты – соли азотной кислоты, нитриты – соли азотистой кислоты) Животные ус- ваивают органически связанный азот при потреблении растительной или животной пищи. В круговорот атмосферный азот вовлекается главным образом благодаря азотфиксации. Свободный азот фиксируют синезеленые во- доросли, азотбактерии. Отмершая органика перерабатывается сапро- фитами (грибы, бактерии). В итоге связанный в органике азот высво- бождается и возвращается в молекулярной форме в атмосферу. 74 Ноосфера. В основе современных представлений о взаимоотношении че- ловека и природы лежит разработанная в начале XX века В.И.Вернадским концепция ноосферы, как нового геологического эта- па 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 челове- чества, 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 био- сферы, 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 настоя- щее 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, обеспе- чения разумной хозяйственной деятельности человека, не нарушающей функций биосферы. Человек издавна воздействовал на окружающую природную среду, но на протяжении долгого времени возможности его были огра- ничены. Быстрый рост населения, резкое увеличение потребления ре- сурсов, 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 75 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 паст- бища. Из-за неправильного использования земель ежегодно возникает около 6 млн. га. «рукотворных» пустынь. Ежегодно на планете теряет- ся 26 млрд. тонн плодородного слоя пахотных земель. Однако наиболее сложной экологической проблемой является интенсивное загрязнение окружающей среды. Выделяют 3 типа загряз- нения природной среды: 1. физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное, ра- диоактивное); 2. химическое (аэрозоли, химические вещества, пластмас- сы, пестициды) 3. биологическое (биогенное, микробиологическое, генная инженерия). Особую опасность представляют предприятия химической, цветной, нефтеперерабатывающей, топливной промышленности; раз- личные виды транспорта (особенно автомобили); сельское хозяйство (мин. удобрения, пестициды); АЭС. Загрязнители поглощаются живыми организмами и, переме- щаясь 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 радиоактив- ных руд, ядерные взрывы в мирных целях, испытание ядерного ору- жия, аварии на АЭС. Авария на Чернобыльской АЭС (1986г.) является крупнейшей экологической катастрофой. Суммарный выброс радиоактивных ве- ществ в атмосферу составил 77 кг (для сравнения – при взрыве атом- ной 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 76 хозяйственного оборота 144 тыс. га сельхозугодий, 492 тыс. га лесов, затраты на отселение жителей. В пострадавших районах резко повыси- лась заболеваемость анемией, сердечно-сосудистыми, легочными бо- лезнями, участились вспышки инфекций. В результате нерациональной деятельности человека за по- следние столетия безвозвратно истреблено много видов животных. Спуск недостаточно очищенных промышленных отходов в во- доемы губят в них жизнь Вырубка лесов без учета их воспроизведения приводит к об- мелению рек и эрозии почв. Увеличивается потребность в воде для бытовых и промыш- ленных нужд. Перед человеком нависла угроза водного голода. Становится проблемой недостаток минерального сырья. Не- умеренно используя энергетические ресурсы, человек истощает их за- пасы и наносит урон окружающей среде. Бесконтрольно используются горючие вещества в современ- ной технике. Это грозит опасностью нарушения атмосферных процес- сов в местном и мировом масштабе. 5. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ. В общем смысле под ресурсами понимают любые источники и предпосылки получения людям необходимых материальных благ. Эко- логов в первую очередь интересуют ресурсы природные, тоесть вся совокупность естественных продуктов природы, используемых чело- веком 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 ис- пользованным в процессе естественного роста накапливаются новые, то невозобновимые ресурсы представляют собой какой-то определен- ный конечный запас, который может быть использован в течение того или иного промежутка времени полностью и восстановление его не- возможно. К группе возобновимых природных ресурсов прежде всего относятся биологические ресурсы – растительность и животный мир. Это лесные ресурсы, ресурсы сельскохозяйственных растений, домаш- 77 них и диких животных. К возобновимым ресурсам относятся некото- рые минеральные ресурсы, например соли, выпадающие в осадок в соленых озерах и морских лагунах. Однако в результате неправильной деятельности человека во- зобновимые ресурсы могут стать невозобновимыми. Например, исчез- ли отдельные виды животных (тур, тарпан, стеллерова корова). К невозобновимым ресурсам относятся залежи полезных ис- копаемых, т.е. богатства недр земли. При добыче полезных ископае- мых необходимо стремиться к более полному извлечению их из недр и к уменьшению потерь при переработке и использовании. Неисчерпаемые ресурсы – это космические ресурсы (солнеч- ная радиация, морские приливы, ветер, текущая вода). Однако неис- черпаемость этих ресурсов относительна. На первый взгляд эти ресур- сы таят в себе неисчерпаемые возможности. Однако многие так назы- ваемые неисчерпаемые ресурсы оказываются, в конце концов, конеч- ными 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 про- мышленных целей ограничен. При сильном загрязнении природной среды становятся ограниченными и малодоступными даже солнечная энергия, чистый воздух. Природная среда стала заметно меняться за последние десяти- летия в связи с возросшим масштабом взаимодействия человечества на внешнюю среду и эксплуатацию природных богатств. Научно- технический 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 про- мышленность 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, доломи- та). Беларусь хорошо обеспечена водой. Глубинные исследования недр 78 открыли перспективы республики на такие виды полезных ископае- мых, 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 ме- сторождений, 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 раз- рушения 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 ре- шение задач по рациональному управлению природными ресурсами. Их выполнение требует не только обширных и глубинных знаний за- кономерностей и механизмов функционирования экологических сис- тем, но и целенапрвленного формирования нравственного фундамента общества, осознания людьми своего единства с природой, необходи- мости перестройки системы общественного производства и потребле- ния. Для сознательного и квалифицированного управления эконо- микой 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 ликвидиро- вать его последствия. В промышленности для этого применяются сис- темы очистки сточных вод, оборотное водоснабжение, газоулавли- вающие установки, на выхлопных трубах автомобилей устанавливают- ся специальные фильтры. Переход на новые, более «чистые» источни- ки энергии также способствует уменьшению загрязнения природной 79 среды. Так, сжигание на ГРЭС или ТЭЦ природного газа вместо угля позволяет резко снизить выбросы диоксида серы. Во многих случаях загрязнение атмосферы и водоемов затра- гивает интересы нескольких или многих стран. Для уменьшения его последствий необходимо международное сотрудничество. В качестве примера такого сотрудничества следует назвать соглашение о сниже- нии производства хлорфторуглеродов, в котором участвуют большин- ство государств мира, в том числе Россия и страны СНГ. Рациональное использование минеральных ресурсов. Из-за несовершенства технологии добычи и переработки минеральных ре- сурсов нередко наблюдается разрушение биоценозов, загрязнение ок- ружающей среды, нарушение климата и биогеохимических циклов. К рациональным подходам к извлечению и переработке природных ми- неральных ресурсов относятся: - максимально полное и комплексное извлечение из месторо- ждения всех полезных компонентов; - рекультивация (восстановление) земель после использова- ния месторождений; - экономное и безотходное использование сырья в произ- водстве; - глубокая очистка и технологическое использование отхо- дов производства; - вторичное использование материалов после выхода изде- лий из употребления; - использование технологий, позволяющих проводить кон- центрацию и извлечение рассеянных минеральных ве- ществ; - использование природных и искусственных заменителей дефицитных минеральных соединений; - разработка и широкое внедрение замкнутых циклов про- изводства; - 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 миро- вом масштабе. Создание новых технологий должно сочетаться с гра- мотной экологической экспертизой всех, особенно широкомасштаб- ных, проектов в промышленности, строительстве, транспорте, сель- |