Понятие об экологии, экосистемах и биосфере

- в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции);

- «жёсткое», как правило техническое, управление природными процессами чревато цепными реакциями, значительная часть которых оказывается экологически, социально и экономически неприемлемыми.

1.3 Биота и косные вещества. Косное вещество, по В.И. Вернадскому, – это совокупность веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвовали и не участвуют, например, магматические, частично метаморфические породы, космическая пыль, метеориты. К косному веществу относят многие минеральные ресурсы суши и океана, используемые без участия в круговоротах прочей биоты, а только в антропогенных превращениях (ресурсных циклах).

К этим же веществам относятся минералы и материнские (горные) породы, образованные минералами. В результате выветривания минералов и пород освобождаются химические элементы, служащие элементами питания для растений и микроорганизмов. Таким образом, косная природа является источником элементов питания для живых организмов. Выветрившаяся горная (рыхлая) порода становится опорой для растений и домов животных и микроорганизмов, определяя условия жизни всего живого.

Минералы и породы образовались в результате геологических (эндогенных и экзогенных) процессов. Химический состав минералов и пород является важным фактором (условием) среды обитания. К неживой природе относят физические условия существования живой природы: свет, температура, влага (осадки). Организмы постоянно взаимодействуют с элементами неживой природы, а также оказывают влияние друг на друга. Все организмы при взаимодействии с неживой природой поддерживают известное динамическое равновесие или гомеостаз.

Живые организмы и неживая природа существуют и развиваются совместно образуя единое целое или систему. Такие системы получили название экологических систем, или экосистем. Экосистемы являются биокосными системами, состоящими из двух частей живой или неживой природы, живого или неживого (абиотического) вещества. Самой крупной биокосной системой, известной нам, является биосфера, которая включает все живые организмы планеты, находящиеся во взаимодействии с физико-химической (абиотической) средой Земли – атмосферой, гидросферой и литосферой.

Таким образом, биокосное вещество создается в биосфере одновременно живыми и косными процессами, представляя динамические системы тех и других. Биокосные вещества планеты – кора выветривания горных пород, почвы, сапропели, природные воды, атмосферный воздух, вода, углекислый газ, кислород и др. Элементы и вещества за длительные периоды в круговоротах проходят через живое вещество.

Сапропель (греч. «sapros» – гнилой, «pelos» – грязь, ил) – природный ил водоемов, содержащий значительное количество органического вещества, остатков водных растений и животных, а также неорганические компоненты биоминерального и наносного происхождения. В свежем состоянии сапропель оливкового, бурого, почти черного цвета, а при наличии известковых материалов и глинистых примесей – розового или серого цвета. Содержит азот (N) – 2%, фосфор (P) – 0,5, калий (K) – 0,8%, микроэлементы, витамины (Д, В, В12), антибиотики, биостимуляторы. Как подкормка применяется в рационе жвачным животным, с ограничениями, свиньям и птице – вволю. Свиньи съедают до 2 кг в день, на корм используют и для других животных. Как лечебное средство применяют для курортного лечения людей и ветеринарного – для животных.

2.1 Пестициды в окружающей среде и пище. Пестициды (от лат. pestis - яд и caedo - убиваю), химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, изделий из хлопка, шерсти, кожи, с эктопаразитами домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных.

В группу пестицидов включают также дефолианты и десиканты, облегчающие механизированную уборку урожая некоторых культур, регуляторы роста растений (ауксины, гиббереллины, ретарданты), добавки к краскам против обрастания морских судов ракушками.

Пестициды - основа химического метода защиты растений, являющегося пока самым эффективным в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками; способствуют значительному сокращению потерь в сельском и лесном хозяйстве, деревообрабатывающей промышленности. Затраты на их применение окупаются в 5-12 раз.

Пестициды делят на следующие основные классы (в зависимости от того, против каких вредных организмов используют): акарициды - вещества для борьбы с клещами; антифидинги - вещества, отпугивающие насекомых от растений, которыми они питаются; инсектициды - средства, уничтожающие вредных насекомых; гербициды - препараты для борьбы с нежелательной растительностью; зооциды - яды, уничтожающие вредных позвоночных (вещества для борьбы с грызунами называются родентицидами, а только с крысами -- ратицидами); бактерициды, вирусоциды, фунгициды - средства для борьбы с возбудителями бактериальных, вирусных и грибных болезней растений; нематоциды - препараты, убивающие круглых червей - возбудителей нематодных болезней растений; моллюскоциды - вещества, уничтожающие вредных моллюсков (яды для борьбы с голыми слизнями называются лимацидами). К пестицидам также относят протравители семян, репелленты, средства отпугивающие вредных насекомых, клещей, млекопитающих и птиц, аттрактанты - вещества для привлечения членистоногих с тем, чтобы их затем уничтожить или выявить локализацию или начало лета вредителей, хемостерилизаторы - препараты, которые не убивают насекомых, грызунов, клещей, но вызывают у них бесплодие.

Используемые в данное время пестициды имеют, как правило, комплексное действие. Например, протравители семян содержат одновременно фунгицид, бактерицид, инсектицид и т.д. Использование таких пестицидов позволяет сократить затраты труда на обработку. В некоторых случаях пестициды объединяют в группы в зависимости от фазы развития вредного организма, против которого они применяются. Например, овициды -- яды, убивающие яйца насекомых, клещей, ларвициды -- уничтожающие личинок и т.д.

По токсичности для человека и теплокровных животных пестициды разделяют на 4 группы:

· сильнодействующие,

· высокотоксичные,

· среднетоксичные

· малотоксичные.

Для уменьшения возможной опасности разработаны следующие требования к современным пестицидам:

1) низкая острая токсичность  для человека, полезных животных  и других объектов окружающей  среды;

2) отсутствие отрицательных эффектов  при длительном воздействии малых  доз, в том числе мутагенного, канцерогенного и тератогенного действия (тератогенный - повреждающий зародыш);

3) низкая персистентность (низкая устойчивость в окружающей среде со временем разложения не более одного вегетационного периода).

При завышенных, по сравнению с официально рекомендуемыми, дозах или концентрациях пестицидов, несоответствующих способах и сроках их применения, без учёта погодных условий они могут вызывают ожог растений, снижение жизнеспособности пыльцы, гибель пестиков и значительно снижают урожай. Растения могут загрязняться пестицидами, приобретать неприятный запах и вкус (например, при использовании гексахлорана), а также накапливать пестициды на поверхности в виде ядовитых остатков, опасных для человека и животных. При систематическом применении их нередко возникает приобретённая устойчивость вредных организмов к пестицидам. Чтобы избежать выведения устойчивых рас вредителей к определённым пестицидам, необходимо иметь широкий ассортимент препаратов одного назначения и проводить плановое чередование их использования. Также для обработки полей используют смеси различных пестицидов, что не позволяет вырабатываться иммунитету у вредителей.

Влияние пестицидов на биоценозы сложно и многообразно. Оно не полностью выяснено и на данное время. Особенно значительные нарушения биоценозов отмечаются при систематическом применении стойких высокотоксичных пестицидов (главным образом инсектицидов, акарицидов). Из-за уничтожения пестицидами паразитических и хищных членистоногих нередко наблюдается массовое размножение других вредных видов насекомых и клещей. Например, массовое размножение красного плодового клеща при обработке плодовых ДДТ, отмеченное в ряде стран, в том числе и в СССР, объясняют гибелью хищных клещей тифлодромид, а кровяной тли (после применения этого же препарата) - уничтожением паразита тли - афелинуса.

Нередко можно наблюдать при неправильном использовании пестицидов отрицательное действие их на человека, а также на пчёл, шмелей и других насекомых - опылителей, на рыб (при попадании в водоёмы), птиц, диких зверей, домашних животных, а также на природу в целом. Для предупреждения возможного вредного влияния пестициды на человека и животный мир необходимо при их применении учитывать действие не только на определённого вредителя, но и на биогеоценозы и предвидеть конечные результаты проводимых мероприятий. Важно строго соблюдать контроль за остаточными количествами пестицидов в пищевых продуктах, правила по хранению, транспортировке и применению.

Применение пестицидов регламентируется во всех странах соответствующими законами, целью этого служит недопущение к обороту высокотоксичных, опасных для человека препаратов, которые недостаточно эффективны и неприемлемы по гигиене труда и гигиене питания. В связи с большим значением пестицидов для народного хозяйства их производство непрерывно возрастает. Мировое производство пестицидов составляет около 2000 тыс. т. Уменьшение масштабов применения пестицидов, учитывая побочные эффекты от их использования, возможно по мере их замены биологическими средствами.

Большинство пестицидов поступает в организм человека через органы дыхания, кожу, желудочно-кишечный тракт. Особенно опасны отравления пестицидами при обработке помещений и посевного материала. Хлорорганические пестициды обладают общим токсическим действием на организм; они обычно поражают внутренние органы (печень, почки) и нервную систему. Признаки отравления мало специфичны: общая слабость, головокружение, тошнота, раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. Большинство фосфорорганических пестицидов легко проникает в организм через кожу и обладает выраженным антихолинэстеразным действием. Признаки острого отравления ими специфичны: слюнотечение, сужение зрачков, мышечные подёргивания, судороги. При остром отравлении ртутьорганическими пестицидами наблюдаются повышенное выделение слюны, металлический вкус во рту, тошнота, иногда - рвота, понос со слизью, головные боли, обморочное состояние. Все виды работ с пестицидами проводятся с обязательным использованием средств индивидуальной защиты (спецодежды, спецобуви, респиратора, противогаза, защитных очков и т.д.).

2.2 Альтернативные методы борьбы с вредителями. Современные пестициды, как было показано выше, имеют низкую токсичность. Выборочно действуют на насекомых - паразитов, но их использование всегда будет нести риск передозировки. Кроме того у вредителей очень быстро вырабатывается резистентность к действию пестицидов. Поэтому ученые обратили свое внимание на создание нетоксичных веществ и микроорганизмов доя борьбы с вредителями. Ведь биологические препараты для защиты растений от вредителей и болезней вызывают массовую гибель вредителей, подавляют развитие фитопатогенов, экологически безопасны, их использование является альтернативой химическим средствам защиты растений.

В 80-х годах 20-го столетия широкое развитие получили исследования по разработке и применению биологических средств защиты растений, основанных на использовании комплекса биологических агентов - грибов-энтомопатогенов и антагонистов, бактериальных препаратов, акароэнтомофагов, которые в своем взаимодействии создают устойчивое биологическое равновесие в системе растение - вредный организм на экономически безопасном уровне. Были разработаны системы защиты растений:

· для защиты овощных культур закрытого грунта с преимущественным использованием полезных организмов, где химической защите отводится вспомогательная роль страхового механизма,

· для защиты сельскохозяйственных культур открытого грунта с чередованием обработок химическими и биологическими препаратами, для снижения химического пресса и устойчивости популяций вредных организмов к ядохимикатам,

· разовое внесение биологических средств защиты растений для решения конкретных задач подавления отдельных видов вредных организмов.

Биологический метод защиты растений имеет огромные перспективы развития и не имеет альтернатив в организации экологического земледелия. Как пример можно рассмотреть препарат "Колорадо" - биологический инсектицид для борьбы с колорадским жуком, он был получен с помощью микробиологического синтеза на основе энтомопатогенных бактерий и состоит из бактериального вещества и наполнителей.

Колорадский жук, повсеместно распространенный в европейской части России, уничтожает до 30% урожая картофеля, томатов, баклажан. Для борьбы с колорадским жуком используются, в основном, химические препараты, однако, они - не безопасны, загрязняют окружающую среду, в некоторых районах их применение запрещено по санитарным нормам, в том числе в регионах, поставляющих детское и диетическое питание, в водозаборных зонах. Препарат "Колорадо" предназначен для защиты растений от колорадского жука в период их развития.

В отличии от химических препаратов "Колорадо" не влияет на развитие растений и не накапливается в растениях, разрушается в почве и не загрязняет окружающую среду, безопасен для человека и животных, рыб, птиц, пчел, полезных насекомых.

Триходермин - биологический препарат, изготавливаемый на основе грибов рода Trichoderma. Грибы этого рода подавляют развитие фитопатогенов путем прямого паразитизма, конкуренции за субстрат, выделения ферментов, антибиотиков (глиотоксин, виридин, триходермин), за счет высокой биологической активности быстро осваивают субстрат, активно разлагают органические соединения, принимают участие в процессах амонификации и нитрификации, усилении мобилизации фосфора и калия, обогащая почву подвижными питательными веществами. Биологически активные вещества, которые выделяются триходермой, стимулируют рост и развитие растений, повышают их стойкость к болезням. При применении препарата урожайность огурцов и томатов повышалась в среднем на 15-30%.