Круговорот веществ в биосфере

Природные процессы могут иметь катастрофический характер, например извержения вулканов, землетрясения, наводнения, что, однако, также составляет «норму» природы. Эти и другие природные процессы постепенно, с геологической скоростью, эволюционируют и в то же время в течение тысячелетий (на протяжении одного геологического периода) остаются в квазистатическом сбалансированном состоянии. При этом квазистатически протекают малый (биологический) и большой (геологический) круговороты веществ и устанавливаются квазистатические энергетические балансы между различными геосферами и космосом, что объединяет природу в единое целое. Круговороты веществ и энергии в биосфере характеризуются определёнными количественными параметрами, которые квазистатичны и специфичны для данного геологического периода и для каждого элемента земной поверхности в соответствии с их географией.

Обычно в  качестве основных параметров, характеризующих состояние окружающей природной среды, выделяют следующие:

1. I Энергетический:
2. Е = Е0 + Е, где Е0 – запас энергии в системе в момент времени t0;
3. Е – энергетический баланс системы за время t, т.е. в период от t = t0 до t = t0 + t .
4. II. Водный:
5. W = W0 + W, где W0 – запас воды в системе в момент времени t0;
6. W – водный баланс системы за время t, т.е. в период от t = t0 до t = t0 +t 
7. III. Биологический:
8. В = В0 + Вв - Вm, где B0 – начальная биомасса;
9. Вв – биологическая продуктивность;
10. Вm – минерализация органики за время t .
11. IV. Биогеохимический:
12. G = G0 + Gв - Gg, где G0 – запас химических элементов в системе;
13. Gв и Gg – изменение запаса химических элементов вследствие биологического и геологического круговоротов веществ.

Эти параметры состояния окружающей среды могут быть количественно определены экспериментальным путём для каждой точки, района, крупного региона, природной зоны или ландшафтно-географического пояса, наконец, для земного шара в целом; они количественно характеризуют состояние и пространственную неоднородность среды.

Геохимический параметр состояния  окружающей среды также существенно  изменился, особенно в отношении  биологического и геологического круговоротов. Под влиянием человеческой деятельности происходят большие изменения в распределении химических элементов в биосфере, природная и антропогенная трансформация веществ, а также переход химических элементов из одних соединений в другие. Природный биологический круговорот веществ нарушен человеком на площади, достигающей почти половины всей поверхности суши: антропогенные пустыни, индустриальные и городские земли, пашни, сады, вторичные низкопродуктивные леса, истощённые пастбища и т.д.

Нарушению геологического круговорота  веществ способствовали такие факторы:

1. Эрозия почвенного покрова и возрастания твёрдого стока в океан;

2. Перемещение огромных  масс земной коры;

3. Извлечение из недр  значительных количеств руд, горючих  и других ископаемых;

4. Перераспределение солей  в почвах, грунтовых и речных  водах под влиянием орошаемого земледелия;

5. Применение минеральных  удобрений и ядохимикатов;

6. Загрязнение среды сельскохозяйственными,  промышленными и коммунальными  отходами;

7. Поступление в природную  среду энергетических загрязнений.

Таким образом, исследование изменений параметров состояния окружающей природной среды (хотя и на качественном уровне) позволяет сделать вывод об отсутствии в настоящее время глобального экологического кризиса. В то же время есть все основания считать теперешнее состояние биосферы нарушенным и аномальным. Такое состояние может перейти в кризисное, если человечество не проведёт специальные мероприятия по оздоровлению окружающей его среды.

 

 

 

 

2. Экологизация  животноводческой отрасли сельского  хозяйства

 

Одомашнивание животных произошло примерно в то же время, что и введение в культуру растений, т.е. около 10 тысяч лет назад. Археологи считают, что первыми  были одомашнены овца, коза и собака. Крупный рогатый скот и свинья в хозяйстве человека появились  позже.

Сегодня сельскохозяйственные животные — важнейшие консументы агроэкосистемы. В разных природных  условиях разводят разные виды скота. Для лесной зоны экологически более  подходит крупный рогатый скот, в  степной зоне разводят свиней, в  откорме которых большую роль играет зерно. Если имеется много земель, непригодных для пашни (горные склоны, засоленные почвы), оправдано овцеводство. В некоторых районах, где много естественных пастбищ (Якутия, Башкортостан, Татарстан) развито коневодство. Лошади не боятся суровой зимы, их круглый год можно содержать на подножном корме. Из их молока получают кумыс. Высокими вкусовыми качествами отличается конское мясо.

Соотношение между  растениеводством и животноводством  устанавливается с учетом экологических  требований. Для развития животноводства необходимы и посевы, и естественные кормовые угодья. Если скота мало, то мало и органических удобрений — навоза, и это плохо для растениеводства. Если скота слишком много, происходит разрушение пастбищ или приходится отдавать под кормовые культуры слишком много пахотных земель.

В агроэкосистемах, где развиты обе отрасли —  растениеводство и животноводство — два трофических уровня. Для  повышения прибыльности хозяйства  нужно повышать эффективность перехода первичной биологической продукции во вторичную, т.е. коэффициент биоконверсии, показывающий эффективность переработки растительного корма в продукты животноводства — мясо, молоко, яйца. В естественных экосистемах при переходе энергии с одного трофического уровня на другой теряется около 90% энергии (чтобы получить 1 тыс. калорий биомассы животных, нужно затратить примерно 10 тыс. калорий биомассы растений). Отношение 1:10 — усредненное. Разные животные при потреблении единицы растительных кормов производят неодинаковое количество продукции. Этот показатель колеблется и у животных одного вида, отличающихся по породе или возрасту, при разных условиях содержания.

Коэффициент биоконверсии определяют по количеству растительного  белка, необходимого для получения 1 кг животного белка. Чтобы получить 1 кг белка говядины, нужно скормить корове 15—20 кг белка растений. Белок свинины обходится в 2 раза дешевле — только в 10 кг растительного белка. Еще дешевле белок яиц (на получение 1 кг белка яиц нужно 4—6 кг) и куриного мяса бройлеров (6—8 кг белка в корме). Самый дешевый животный белок — в молоке. Чтобы получить 1 кг такого белка, нужно всего 3—5 кг растительного кормового белка. Высок коэффициент биоконверсии у рыб, что делает экономически выгодным прудовое рыбоводство.

Эффективность биоконверсии можно повысить, улучшив рацион питания и условия содержания животных. Так, в рацион коровы должны входить различные элементы питания, в особенности белок. В 1 кормовой единице (1 кормовая единица соответствует питательности 1 кг зерна овса) должно содержаться 125 г белка. Если в силосе или сене белка много, то корма корове требуется меньше.

Повышается  эффективность биоконверсии и при  уменьшении затрат энергии на сам  процесс питания животных. Корова, например, ест не больше 8 часов в  сутки. Остальное время она отдыхает и пережевывает жвачку (размельчает то, что было съедено на пастбище или из кормушки в стойле). Чтобы корова за 8 часов съедала достаточное количество травы, травостой на пастбище не должен быть слишком низким (если высота травы ниже 10 см, корове неудобно откусывать такие растения) или слишком высоким.

В зимнее время  важно содержать коров в теплых помещениях. Если корове будет холодно, то энергия пищи пойдет не на образование  молока и прибавку веса, а на согревание животного. Чем крупнее животное, тем легче ему согреться: бык массой 500 кг переносит холод легче, чем теленок.

В разном возрасте биоконверсия у коров неодинакова: молодое животное лучше набирает вес, у взрослого — привесы  резко снижаются. Молоко корова дает несколько лет примерно с одной и той же затратой кормов. Отсюда и два типа содержания скота — мясной откорм, при котором животное содержат не больше года, и молочное разведение, при котором корову доят в течение 5—7 лет.

Важный вопрос экологии животноводства — проблема стоков. Раньше, когда фермы были небольшими, скоту подстилали солому, и навоз смешивался с ней. Эта смесь легко перегнивала и была прекрасным удобрением. Теперь на скотоводческих комплексах с тысячами голов скота применяют бесподстилочное содержание животных — навоз смывают водой. Такой навоз называется , бесподстилочный его нельзя непосредственно использовать как удобрение. Он убивает полезную микрофлору почвы, загрязняет ее болезнетворными бактериями и засоряет семенами сорных растений, которые легко проходят через пищеварительную систему животных.

Перед внесением  бесподстилочного навоза на поля его  подвергают специальной обработке  — компостируют с соломой или  опилками и торфом, перерабатывают в бродильных чанах. При брожении навоз обеззараживается и образуется биогаз, которым можно отапливать ферму. Можно разбавлять навоз водой и этим раствором поливать поля, где выращивают многолетние травы. Еще лучше такой разбавленный навоз удобряет почву, если она покрыта равномерно разбросанной соломой.

Чем больше скота  на ферме, тем сложнее организовать переработку навоза в удобрение и тем больше затраты на его транспортировку. Поэтому фермы с поголовьем свыше 50 голов крупного рогатого скота и 200 — 300 голов свиней экологически невыгодны.

В экологически правильно организованном хозяйстве скот является таким же органичным элементом агроэкосистемы, как животные - консументы в естественной экосистеме леса или целинной степи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Мониторинг  окружающей среды

 

Сам термин «мониторинг» впервые появился в рекомендациях  специальной комиссии СКОПЕ (научный  комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1971 году, а в 1972 году уже появились первые предложения  по Глобальной системе мониторинга окружающей среды (Стокгольмская конференция ООН по окружающей среде). Однако такая система не создана по сей день из-за разногласий в объемах, формах и объектах мониторинга, распределении обязанностей между уже существующими системами наблюдений. Такие же проблемы и у нас в стране, поэтому, когда возникает острая необходимость режимных наблюдений за окружающей средой, каждая отрасль должна создавать свою локальную систему мониторинга.

Мониторингом  окружающей среды называют регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющие выделить их состояния и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.

Под экологическим  мониторингом следует понимать организованный мониторинг окружающей природной среды, при котором, во-первых, обеспечивается постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т. д.), а также оценка состояния и функциональной ценности экосистем, во-вторых, создаются условия для определения корректирующих воздействий в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются.

В систему мониторинга  должны входить следующие основные процедуры:     

выделение (определение) объекта  наблюдения;     

обследование выделенного  объекта наблюдения;     

составление информационной модели для объекта наблюдения;     

планирование измерений;      

оценка состояния объекта  наблюдения и идентификации его информационной модели;     

прогнозирование изменения  состояния объекта наблюдения;     

представление информации в  удобной для пользователя форме  и доведение ее до потребителя.

Основные цели экологического мониторинга состоят  в обеспечении системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности своевременной и достоверной информацией, позволяющей:

оценить показатели состояния и функциональной целостности  экосистем и среды обитания человека;

выявить причины  изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются;

создать предпосылки  для определения мер по исправлению  возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Исходя из этих трех основных целей экологический  мониторинг должен быть ориентирован на ряд показателей трех общих  видов: соблюдения, диагностики и  раннего предупреждения.

Кроме приведенных  выше основных целей экологический  мониторинг может быть ориентирован на достижение специальных программных целей, связанных с обеспечением необходимой информацией организационных и других мер по выполнению конкретных природоохранительных мероприятий, проектов, международных соглашений и обязательств государств в соответствующих областях.