Текст книги "Экология. Шпаргалка"

42. Агроэкосистемы и их основные особенности

Основной задачей создаваемых агроэкосистем является рациональное использование биологических ресурсов, вовлекающихся в сферу человеческой деятельности. Это прежде всего источники пищевых продуктов, лекарственных препаратов и технологического сырья, а также культивируемые человеком виды – объекты сельскохозяйственного производства (звероводство, рыбоводство, выращивание лесных культур и виды, используемые в промышленности).

Основные отличия сельскохозяйственных систем от природных экосистем (В. И. Коровкин, 2003 г.):

1) в них резко снижено разнообразие видов: снижение видов культивируемых растений снижает и видовое разнообразие животного населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля;

2) виды растений и животных, культивируемых человеком, эволюционируют за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека;

3) агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной;

4) чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи, всячески пресекаются человеком;

5) экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерские сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека. Таким образом, под влиянием человека происходит изменение состава, структуры и состояния естественных процессов и функций природных систем.

Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на местный влагооборот проявляется изменением величин испарения и поверхностного стока.

К нарушению биологического круговорота привели антропогенные изменения биоценозов, замена естественных сообществ искусственными. Так, в результате изъятия фитомассы с сельскохозяйственных территорий из биогеохимического оборота удаляется значительное количество азота, фосфора, кальция и других химических элементов. Это приводит к истощению почвы, которое нельзя восполнить только внесением удобрений, так как 50 % их смывается с полей. Геохимический круговорот изменяется еще и тем, что в него вовлекаются новые соединения, не образующиеся в природе (например, пестициды).

43. Пестициды и их классификация

Пестициды (от лат. pestis — «разрушение, зараза», cido — «убивать») – общее название ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве для защиты растений и животных. Данная группа представлена различными химическими соединениями, которые способны уничтожать, прекращать развитие живых организмов – бактерий, вирусов, грибов, насекомых, грызунов и др. Однако пестициды губительно влияют не только на вредные, но и на полезные организмы, поэтому разрабатываются и создаются новые вещества избирательного действия. Пестициды подразделяются на группы в зависимости от объекта воздействия:

1) инсектициды используются для уничтожения насекомых;

2) гербициды – для уничтожения сорных растений;

3) фунгициды – для борьбы с грибковыми заболеваниями растений;

4) зооциды – для уничтожения различных грызунов;

5) лимациды – для борьбы с моллюсками.

К пестицидам также относятся средства для удаления листьев – дефолианты, для высушивания листьев на корню – десиканты, для удаления лишних цветков и завязей – дефлоранты, средства для привлечения и уничтожения насекомых – аттрактинты, для отпугивания насекомых и грызунов – репелленты.

Наиболее широко применяются хлорорганические, фосфорорганические и ртутьорганические пестициды.

Хлорорганические пестициды – ДДТ, ГХЦГ, полихлорпинен, кельтан и другие. В 1970–1980 гг. применение ДДТ было запрещено, так как это химическое соединение очень трудно разрушается (выдерживает нагревание до 120 °C в течение 15 и почти не разрушается при кулинарной обработке) и обладает высокими кумулятивными свойствами, постепенно накапливается в почве, воде и пищевых продуктах.

Данные вещества способны накапливаться в тканях и жире животных, вызывать острые и хронические отравления с поражением печени, центральной нервной системы и других органов и систем.

Фосфорорганические (карбофос, фталофос, фасфамид и др.) наиболее широко применяются в сельском хозяйстве, так как, в отличие от хлорорганических пестицидов, практически не накапливаются в окружающей среде (разрушаются в течение месяца под действием солнечных лучей и воды). Данные соединения используются против вредителей зерновых и плодовых культур. В основе механизма их токсического действия лежит угнетение жизненно важных ферментов.

Ртутьорганические соединения (например, меркуран, фализан и др.) применяются для обработки посевного материала, а также для защиты сельскохозяйственных культур от грибковых заболеваний и вредителей. Эти препараты обладают кумуляцией и стойкостью.

При острых отравлениях данными соединениями наблюдаются расстройства сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта и др.

44. Экологические последствия применения пестицидов

Возрастающее применение и производство пестицидов сопровождается их накоплением в первую очередь в почве. Степень накопления соединений в почве зависит от многих факторов (особенностей почвы, свойств яда и др.).

В детоксикации пестицидов участвуют окислительные, гидролитические и фотохимические процессы. В разложении пестицидов главная роль принадлежит почвенным микроорганизмам (например, актиномицеты и некоторые почвенные грибы и бактерии в качестве источника углерода используют гербицид – далапон). Но некоторые хлорорганические соединения достаточно стойки и сохраняются в почве без изменений в течение нескольких лет, в результате этого пестициды попадают сначала в растительные, а затем в животные организмы, включая человека.

Из почвы пестициды попадают в водоемы и реки путем смывания дождевыми и талыми водами с обработанных лесов и полей. Также водоемы загрязняются сточными водами предприятий, производящих пестициды, при внесении препаратов для уничтожения водорослей, моллюсков и др.

Распределение пестицидов в толще воды зависит от формы применения и физико-химических свойств препаратов. На скорость детоксикации пестицидов в воде влияет pH и температура воды, уровень общего загрязнения. В настоящее время пестициды находят практически во всех водоемах и реках Земли.

Воды загрязненных рек несут пестициды в моря и океаны.

Стойкие пестициды нарушают водные экосистемы. Некоторые водные животные могут накапливать пестициды в организме (например, креветки, моллюски, лососи, дельфины и др.). По результатам исследований содержание ДДТ в организмах морских рыб, например тунца и хека больше, чем в организмах речных.

Из мест интенсивной химизации сельского хозяйства пестициды поступают в атмосферу. В атмосферном воздухе населенных пунктов находили ДДТ, линдрин, карбофос и др.

Данные соединения адсорбируются твердыми частицами и разносятся на значительные расстояния воздушными потоками (в 1966 г. ДДТ был обнаружен в Антарктиде), в результате происходит вторичное загрязнение почвы, продовольственных посевов, водоемов и пастбищ.

Научные исследования свидетельствуют, что, помимо почвы, воды и атмосферы, пестицидами загрязнены продукты питания. Хлорорганические пестициды находят в продуктах растительного и животного происхождения, фосфорорганические – в основном в растительных организмах. Так, обнаружена зависимость концентрации ДДТ в молоке коров от содержания его в кормах. Пестициды обладают высокой биологической активностью и способны отрицательно влиять на организм человека. Поступая различными путями в организм человека, они могут вызывать отравления (острые и хронические).

45. Минеральные удобрения. применение и их влияние на экологию

Минеральные удобрения – неорганические соединения, в основном соли, содержащие необходимые для растений элементы питания. Выделяют азотные (аммиачные, аммонийные, нитратные, аммонийно-нитратные и амидные), фосфорные (водорастворимые – суперфосфаты, нерастворимые – шлаки, труднорастворимые – фосфоритная мука), калийные (сильвинит и др.), комплексные (нитрофоска и др.), известковые (жженая и гашеная известь и др.) и бактерийные (азотбактерин, фосфоробактерин и др.) удобрения.

По влиянию на реакцию почвенного раствора минеральные удобрения делятся на физиологически кислые, щелочные и нейтральные.

В результате роста объема производства и применения минеральных удобрений окружающая среда загрязняется фосфором, азотом и калием. Длительное использование физиологически кислых соединений (азотных) приводит к повышению кислотности почвы и нежелательному накоплению анионных (фтора, хлора) и катионных остатков. Только 50 % вносимых минеральных удобрений усваиваются растениями, а остальная часть со стоком попадает в реки и озера, создавая неблагоприятные условия для водных организмов. Вода с повышенным содержанием нитратов представляет опасность для здоровья животных и человека. Внесение минеральных удобрений в больших количествах может привести к накоплению нитратов в растениях, а содержание нитратов в растениях более 0,5 % вызывает отравления у животных. Для организма человека нитраты безопасны, но под действием некоторых видов кишечных бактерий они могут переходить в нитриты, обладающие токсичностью. Нитриты способны соединяться с гемоглобином крови и переводить его в метгемоглобин, препятствующий переносу кислорода по кровеносной системе.

Загрязнение окружающей среды фосфорными удобрениями невелико. Повышенное поступление фосфора в водоемы может вызвать обеднение его флоры и фауны.

При длительном применении фосфорных удобрений в большом количестве в почве накапливаются содержащиеся в них в небольших дозах тяжелые металлы (уран и др.). Помимо урана, в состав фосфорных удобрений входят фтор, торий, стронций и редкоземельные металлы. Поэтому применение фосфорных удобрений должно контролироваться.

Внесение повышенных доз калийных удобрений в почву приводит к нарушению массового соотношения калия и натрия к массе кальция и магния в пастбищных кормах и заболеванию скота.

Для профилактики негативного воздействия минеральных удобрений на организм человека и животных и предохранения природной среды от загрязнения необходимо строго соблюдать определенные правила (производства, транспортировки, хранения и применения).

46. Проблемы рационального использования сельскохозяйственных земель России

Россия – одно из самых больших по площади государств мира, общая площадь которого составляет 1710 млн га. Сельскохозяйственные угодья занимают 221,1 млн га, из которых только 125,3 млн га являются пашнями. Это обусловлено тем, что более половины территории страны находится в районах с ограниченными запасами тепла.

На каждого россиянина приходится около 0,8 га пашни, но данная величина с каждым годом уменьшается в результате отвода сельскохозяйственных земель для нужд транспорта, промышленности, строительства и др.

В настоящее время в нашей стране распаханы почти все земли, удобные для земледелия, однако возможности для расширения пахотных угодий пока еще есть. Освоение новых земель потребует значительных капиталовложений, поэтому необходимо рационально использовать и сохранять уже имеющиеся сельскохозяйственные угодья.

В России на больших площадях пашни интенсивны процессы дефляции и водной эрозии почв. Под действием водной эрозии смывается наиболее плодородный гумусовый горизонт почв, что вызывает снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Институт географии Российской академии наук провел детальное эрозионное районирование страны и разработал методы противоэрозионных мероприятий.

Многие поля России нуждаются во внесении минеральных удобрений (химической мелиорации почв). При использовании азотных, калийных и фосфорных удобрений на полях с подзолистыми и дерново-подзолистыми почвами урожайность возрастает в 2,5 раза. В результате внесения азотных и фосфорных удобрений на серых лесных почвах, а также оподзоленных и выщелоченных черноземах урожайность увеличивается почти в 3 раза.

В целях повышения эффективности сельскохозяйственного производства во многих областях страны применяют орошение и осушение. На площадь орошаемых земель приходится около 6 млн га, а площадь осушенных составляет более 5 млн га. Основные орошаемые земли находятся в Ростовской области, Нижнем Поволжье, в Ставропольском и Краснодарском краях.

В осушении нуждаются земли нечерноземной зоны России.

Нечерноземной зоной является крупный сельскохозяйственный район, состоящий из 52 млн га сельскохозяйственных земель. Данная территория всегда отличалась низким уровнем сельскохозяйственного производства, для его подъема необходимы разнообразные виды мелиорации земель (внесение удобрений, известкование, снегозадержание и др.).

Природные условия России имеют зональный характер, поэтому мелиоративные мероприятия зависят от этой географической закономерности. Например, орошение, борьба с эрозией требуются в лесостепной и степной зоне, а осушение – в лесной зоне.

47. Значение лесов в природе и жизни человека. Антропогенные воздействия на растительные сообщества и их последствия

Лес является важной составляющей частью окружающей среды. Как экосистема лес выполняет различные функции и является незаменимым природным ресурсом.

Влияние лесов на окружающую природную среду проявляется в том, что леса:

1) основной поставщик кислорода на Земле;

2) снижают воздействие засухи, сдерживая подвижные пески;

3) влияют на водный режим и регулируют баланс воды;

4) смягчают климат;

5) поглощают часть атмосферных загрязнений;

6) защищают почвы от ветровой и водной эрозии, оползней и др.;

7) положительно влияют на психическое и физическое здоровье человека.

Одно из проявлений глобальных изменений на планете в результате деятельности человека (возникновение и развитие скотоводства и земледелия) – деградация лесов. Выделяют прямые и косвенные антропогенные воздействия . К первой группе относят сплошную вырубку лесов, уничтожение лесов и других растительных сообществ для создания хозяйственной инфраструктуры, лесные пожары и выжигание растительности, туризм. Загрязнение промышленными выбросами, содержащими различные токсиканты (оксиды углерода и азота, тяжелые металлы и др.), негативно влияет на важные

ассимиляционные функции растений, органы дыхания животных и приводит к различным заболеваниям. Высокое содержание в воздухе диоксида серы ингибируют процессы фотосинтеза и дыхания растений, что вызывает их гибель.

К косвенному воздействию относят изменение условий обитания в результате загрязнения человеком атмосферного воздуха, водных ресурсов, почвы пестицидами и минеральными удобрениями, а также внесение человеком в растительные сообщества чуждых видов растений – интродуцентов.

Помимо лесов, человек оказывает отрицательные воздействия и на другие растительные сообщества путем выкашивания, выпаса скота, сбора ягод и лекарственных растений и др.

Антропогенное воздействие на биотические сообщества вызывает серьезные экологические последствия на биосферном и на популяционном уровнях. Так, на обезлесенных территориях возникают сели и оползни, глубокие овраги, ухудшается состав атмосферы, изменяется водный режим, исчезают многие виды растений и животных и др. В засушливых районах уничтожение древесно-кустарниковой растительности приводит к опустыниванию территорий.

На жизнедеятельность растений отрицательно влияют выхлопные газы автомобилей, которые содержат 60 % всех вредных веществ в воздухе. Так, под их воздействием у вяза и дуба уменьшаются хлоропласты, уменьшается число и размер листьев, продолжительность жизни.

В результате разрушения человеком природных сообществ многие виды растений или исчезли, или находятся под угрозой исчезновения.

48. Воздействие промышленности и транспорта на окружающую среду

Промышленность оказывает отрицательное воздействие на всю биосферу в целом, однако наиболее часто страдают от промышленной деятельности атмосфера и гидросфера. Большая часть загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу, участвует в химических реакциях. Так, при взаимодействии с водой, многие вещества образуют растворы кислот в атмосфере и выпадают в виде осадков, повышая кислотность почв и водоемов. Это приводит к снижению плодородия почв и деградации растительного покрова. В водоемах гибнут водная растительность, рыба, микроорганизмы. От кислотных осадков разрушаются здания, металлические конструкции и др.

В результате действия солнечных лучей на содержащиеся в воздухе газовые примеси (оксиды азота, сернокислого газа и др.) образуются твердые частицы, увеличивающие газовое загрязнение атмосферы. Промышленные газы вызывают у человека различные заболевания дыхательной системы, разрушают хлорофилл в растениях.

Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются пыль, оксиды серы и углерода. Большую часть соединений серы выбрасывают в атмосферу предприятия черной и цветной металлургии и тепловые станции.

Промышленные сбросы отходов в водоемы и реки вызывают качественное истощение гидроресурсов. Также растет загрязнение морских вод нефтепродуктами, химическими веществами, сточными водами городов, расположенных на берегах морей и океанов, что влечет гибель морских организмов.

Кроме промышленности, на окружающую среду негативно влияет и транспорт. Морской транспорт загрязняет моря отходами топлива, хозяйственными и бытовыми стоками. Часто происходят морские аварии, особенно аварии нефтеналивных судов, при которых большое количество нефтепродуктов попадает в море. Основные виды загрязнения океана – нефтяные пятна и комочки, дисперсная нефть. Результатом нефтяных аварий является гибель птиц, моллюсков, рыб.

Автомобильный транспорт способствует попаданию в атмосферу продуктов неполного сгорания топлива – смолы, оксиды углерода, соединения серы и азота. Автомобили планеты потребляют в 4 раза больше кислорода, чем требуется человечеству для дыхания.

Авиатранспорт. Воздушные лайнеры создают большие шумовые зоны.

Авиация способствует распространению инфекций и эпидемий. Участились случаи столкновений самолетов с птицами, в результате таких аварий гибнут и птицы, и люди. Лайнеры загрязняют верхние слои атмосферы выхлопными газами.

Железнодорожный транспорт. Локомотивы, работающие на дизельном топливе, выделяют в воздух отработанные газы. Посредством железнодорожного транспорта также перевозятся экологически опасные грузы (взрывчатые, химические, радиоактивные вещества).

49. Источники загрязнения биосферы радиоактивными веществами

В результате создания и испытания ядерного оружия происходит радиоактивное загрязнение обширныхтерриторий. В настоящее время производство атомных бомб и их испытание осуществляются в Азии, Северной Америке и Европе. В водах морей и океанов плавают подводные лодки с атомными реакторами, в воздух постоянно поднимаются самолеты с атомными бомбами, при аварии которых подвергаются радиоактивному загрязнению все компоненты биосферы.

Ядерный конфликт между странами чреват возникновением экологической катастрофы, так как общая мощность ядерного оружия мира превышает миллион бомб, равных по мощности сброшенной на Хиросиму.

С 1945 г. ведется интенсивное радиоактивное загрязнение биосферы (до 2000 г. в мире произведено около 2 тыс. испытательных взрывов), что привело к увеличению уровня естественного радиоактивного фона географической оболочки планеты. При ядерных взрывах образуются изотопы с коротким периодом полураспада и изотопы с длительным периодом полураспада (от нескольких десятилетий до нескольких тысяч лет). Первые (например, барий– 140) представляют наибольшую опасность, так как находятся вблизи места ядерного взрыва и дальше не распространяются. К изотопам с длительным периодом полураспада относится, например, углерод-14, период полураспада которого составляет более 5 тыс. лет. При накоплении его в растительных и животных организмах возникают генетические мутации, проявляющиеся через несколько поколений.

Основными источниками, поддерживающими естественный радиоактивный фон, являются космические лучи, радиоактивные элементы, содержащиеся в горных породах, радиоактивные газы почв.

Живые организмы защищены толщей воздуха от избыточного излучения космоса. Интенсивность космического излучения зависит от высоты над уровнем моря, напряженности электромагнитного поля Земли, поэтому она возрастает при увеличении высоты над уровнем моря и от экватора к полюсам.

В состав земной коры входят радиоактивные элементы (радий, уран, торий и др.), содержание которых максимально в кислых магматических породах. Их интенсивность меняется в зависимости от типа ландшафта – чем толще осадочные слои, лежащие над гранитами и базальтами, тем ниже естественный радиоактивный фон; водная толща океана защищает от ионизирующего излучения базальтов дна. На уровень радиоактивного фона также оказывает влияние снеговой покров.

В почвах содержание радиоактивных веществ определяется материнскими породами. При радиоактивном распаде тория и радия в почвах образуются радиоактивные газы.

Кроме внешнего облучения все организмы испытывают внутреннее облучение, обусловленное радиоактивными веществами, содержащимися в пище (например, калий-40).