Влияние химических веществ на агроэкосистемы

Министерство образования Российской Федерации

Институт экономики, управления и права (г. Казань)

Экономический факультет

 

«Влияние химических веществ на агроэкосистемы»

Курсовая работа

Барышева Е. М.

2 курс очного отделения

гр. 122

2003
Содержание Введение I. Понятие агроэкосистемы II. Оптимизация структуры агроэкосистем III. Источники химического загрязнения агроэкосистем 3.1 Ухудшение качества сельскохозяйственной продукции. 3.2 Воздействия на отдельные особи и популяции IV. Экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах. V. Оценка состояния агроэкосистем России в отношении загрязняющих веществ

Заключение

Список литературы

Введение

Развитие современной промышленности и сферы услуг, а также расширяющееся использование биосферы и ее ресурсов, приводит к возрастающему вмешательству человека в материальные процессы, протекающие на планете. Связанные с этим планируемые и осознанные изменения материального состава (качества) окружающей среды направлены на улучшение условий жизни человека в техническом и социально-экономическом аспектах. В последние десятилетия в процессе развития технологии была оставлена без внимания опасность непреднамеренных побочных воздействий на человека, живую и неживую природу. Это можно, пожалуй, объяснить тем, что ранее считали, что природа обладает неограниченной способностью компенсировать воздействие человека, хотя уже столетия известны необратимые изменения окружающей среды, например, вырубки лесов с последующей эрозией почвы. Сегодня нельзя исключать непредвиденные воздействия на легко ранимые области экосферы в результате активной деятельности человека.

Человек создал для себя среду обитания, заполненную синтетическими веществами. Их воздействие на человека, другие организмы и окружающую среду зачастую неизвестно и выявляется часто, когда уже нанесен ощутимый ущерб или при чрезвычайных обстоятельствах, например, вдруг выясняется, что при горении вполне нейтральное вещество или материал образует ядовитые соединения.

Новые напитки, косметические средства, пищевые продукты, лекарства, предметы обихода, ежедневно предлагаемые рекламой, обязательно включают в себя химические компоненты, синтезируемые человеком.

Хотя для исследования воздействия химических веществ необходимы огромные затраты: для получения характеристики одного вещества требуется 64 месяца и 575 тыс. долларов, а изучение хронической токсичности и канцерогенности требует дополнительно 1,3 млн. долларов, работа в этой области ведется не малая.

В настоящее время по целому ряду причин остаются нерешенными проблемы по оценке токсичности химических продуктов для человека, и в большей степени по отношению к окружающей среде. Исчерпывающее исследование воздействий веществ может быть реализовано только после того, как будет получена полная информация об экспозиции (действующей дозе) каждого химического вещества.

I.Понятие агроэкосистемы

 Понятие «экосистема» предложил англичанин Артур Тенсли в 1935 г. Знание законов организации экосистем позволяет использовать их или даже менять, не разрушая до конца систему возникших природных связей.

Понятие «агроэкосистема» как сельскохозяйственный вариант экосистемы появилось в 60-е гг. Им обозначают участок территории, сельскохозяйственный ландшафт, соответствующий хозяйству. Все его элементы связаны уже не только биологически и геохимически, но и экономически. Профессор Л. О. Карпачевский в предисловии к русскому переводу американской книги «Сельскохозяйственные экосистемы» подчеркнул двойственную социально-биологическую природу агро-экосистемы, структуру которой во многом определяет человек. По этой причине агроэкосистемы относятся к числу так называемых антропогенных (т.е. созданных человеком) экосистем. Однако она все же ближе к естественной экосистеме, чем, скажем, к другому варианту антропогенных экосистем - городских.

Агроэкосистемы это антропогенные (т.е. созданные человеком) экосистемы. Человек определяет их структуру и продуктивность: он распахивает часть земель и высевает сельскохозяйственные культуры, создает сенокосы и пастбища на месте лесов, разводит сельскохозяйственных животных.

Агроэкосистемы автотрофны: их основной источник энергии - солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1 % солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой.

Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов.

Сельскохозяйственные экосистемы или агроэкосистемы (АгрЭС) относятся к числу антропогенных экосистем, которые наиболее близки к естественным. Эти ансамбли видов искусственны, так как состав выращиваемых растений и разводимых животных определяет человек, стоящий на вершине экологической пирамиды и заинтересованный в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции: зерна, овощей, молока, мяса, хлопка, шерсти и т.д. В то же время АгрЭС, как и естественные экосистемы, автотрофны. Основным источником энергии для них является Солнце. Вся вводимая в АгрЭС антропогенная энергия, затрачиваемая на вспашку земли, удобрение, обогрев животноводческих помещений, называется антропогенной энергетической субсидией (АС). АС составляет не более 1% общего энергетического бюджета АгрЭС. Именно АС является причиной разрушения агроресурсов и загрязнения окружающей среды, что осложняет решение проблемы обеспечения FS. Снижение величины АС - основа обеспечения FS.

Величина АС в АгрЭС может меняться в самых широких пределах, и если соотнести ее с количеством энергии, содержащейся в готовом продукте, то это отношение будет меняться от 1/15 до 30/1. В первобытных (но еще сохранившихся) огородах папуасов на одну калорию мускульной энергии получается не менее 15 калорий пищи, но всего лишь одна калория пищи получается при вложении 20-30 калорий энергии в интенсивном сельском хозяйстве. Разумеется, такое интенсивное хозяйство позволяет получать по 100 ц зерна с 1 га, по 6000 л молока от одной коровы и более 1 кг ежесуточного привеса у животных, откармливаемых на мясо. Однако цена этих успехов слишком дорога. Разрушение агроресурсов, которое в последние 20-30 лет приняло угрожающие масштабы, вносит свой вклад в приближение грядущего экологического кризиса.

"Зеленая революция", произошедшая в 60-70-е годы нашего столетия, когда благодаря ее отцу - лауреату Нобелевской премии Н. Берлоугу на полях появились карликовые сорта с урожайностью, превышающей таковую в традиционных культурах в 2-4 раза, и новые породы скота - "биотехнологические монстры", нанесла наиболее ощутимый удар по биосфере. При этом к началу 80-х годов производство зерна стабилизировалось [1] и даже наметилась тенденция его уменьшения из-за утери почвами естественного плодородия и снижения эффективности удобрений. Население планеты при этом продолжает бурно расти, и в итоге количество зерна, производимого в мире в пересчете на одного человека, начало снижаться.

II. Оптимизация структуры агроэкосистем

Конец ХХ века ознаменовался глобальным экологическим кризисом в биосфере. Наряду с промышленностью и атомной энергетикой, в чашу экологических проблем внес свой вклад и кризис в сельском хозяйстве (Карпачевский, 1987; Одум, 1987; Реймерс, 1987; Жученко, 1988; Кант, 1988; Букштынов, 1989; Яблоков, 1990; Розанов, Розанов, 1990; Миркин и др., 1991; Небел, 1993; Миркин, Хазиахметов, 1995).

Экологическая несостоятельность интенсивных технологий явилась предпосылкой для зарождения агроэкологии. Из имеющейся литературы по этой теме можно выделить 4 основных блока экологических проблем: деградация агроресурсов, экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах, энергетический кризис и ухудшение качества сельскохозяйственной продукции.

В лексикон экологии недавно вошли еще два термина, обозначающие понятия, которые имеют особую важность для разработки программы выживания человечества на планете. Это понятия "продовольственная безопасность" - (F.S.) food security (Braun, 1994) и “емкость выживания” - (C.C.) carrying capacity, буквально - емкость поддержания (Postel, 1994). Оба понятия входят в число параметров общества устойчивого развития, в котором гармонично сочетаются интересы ныне живущих поколений с интересами тех, кому предстоит жить в будущем на той же территории.

F.S. - это система, обеспечивающая производство продуктов питания отдельной страны или всего мирового сообщества в целом, количество которых достаточно для того, чтобы не возникало проблемы голода, а C.C. - предельно допустимая численность народонаселения (опять-таки на территории отдельно взятой страны или всей планеты в целом), которая соответствует экологическим нормативам рационального природопользования и охраны природы.

Деградация агроресурсов. Агросфера сегодня занимает около 1/3 площади суши, в том числе около 10% агросферы занято под пашней, остальное - пастбища (Одум, 1986). В сельскохозяйственное использование вовлечена часть лесов, где пасется скот или производится заготовка кормов (Миркин, 1991).

Динамика земельных ресурсов  мира (в млн. га)Категория	Год
земель	1966	1980	1989
Пахотные земли	1381	1452	1473

Пастбища

1122

3117

3110

Леса и кустарники	4236	4093	4053
Прочие земли	4340	4417	4443

Табл. 1 Общий расклад современного использования суши

По этим данным легко прослеживается динамика соотношения земельных ресурсов мира. Можно видеть, что скорость приращения площади пашни за последнее время резко сократилась, поскольку дальнейшее освоение целины уже невозможно. Резко возросшие площади пастбищ с 80-х годов начинают убывать за счет перевода их в пашню.

Использование земельных угодий человеком всегда сопровождалось потерей продуктивных земель. По данным Б.Г. Розанова и др. (1989), за последние десять тысяч лет было потеряно 2000 млн. га (в среднем 0.2 млн. га в год). На последние 300 лет приходится потеря 700 млн. га (2.3 млн. га в год). За последние 50 лет выпали из использования 300 млн. га (6 млн. га в год). Таким образом, за период существования земледелия скорость потери возросла в 50 раз. Темпы потерь плодородных земель представлены на рис 1.

Почвы являются центральным элементом агроэкосистем, и "отрицательная энергия" от антиэкологических энергетических субсидий действует, в первую очередь, именно на этот компонент. В большом числе как отечественных, так и зарубежных работ эрозия почв рассматривается как самый опасный результат сельскохозяйственного производства (Заславский, 1987; Карпачевский, 1987; Кузнецов, 1989; Котлярова, 1990; Толчельников, 1990). На территории бывшего СССР было эродировано уже 68% пахотных почв (Никонов, 1986), причем ежегодно эрозия уносит сегодня 3.6 млн. га. По данным

В.Г. Минеева (1988), недобор урожая на слабосмытых почвах составляет 10-20%, на среднесмытых - 30-50%, а на сильносмытых - 60-80% от урожая с неэродированных земель. В Республике Башкортостан количество эродированных земель составляет 48% от общей площади сельскохозяйственных угодий. Пахотный фонд республики эродирован на 60% площади (Комплексная программа..., 1990).

Деградация сельскохозяйственных ресурсов происходит и в результате накопления тяжелых металлов, пестицидов и других токсических веществ. С каждой тонной вносимого в почву фосфора попадает 160 кг фтора, который содержиться в фосфорных удобрениях, как примесь. Сырье для производства фосфорных удобрений содержит до 2 % стронция и кадмия (Минеев, 1988).

Д. К. Коулман и др. (1987) приводит данные о том, как влияют интенсивные системы обработки почвы на баланс минеральных элементов в почве. Интенсивная агротехника и увеличение доли пашни влечет за собой понижение содержания органического углерода и азота в почвах (табл. 2) (Коулман и др., 1987; Кант, 1988).

Таблица 2. Сравнительное содержание органического углерода и азота в почвах северной части великих равнин (США) под пастбищем, под пашней со стерневой мульчей и под чистым паром. (Коулман, 1987)

Механический состав почвы	Пастбище	Севооборот пшеница - пар при минимальной обработке почвы	Севообороты пшеница - пар при интенсивной обработке почвы
Легкий	6684/785*	6017/757	4397/594
Средний	9218/1039	6574/816	6850/802
Тяжелый	9833/1102	9551/1067	8844/1015

* В числителе - углерод, в знаменателе - азот, г/см² в слое почвы 45,7 см

III. Источники химического загрязнения агроэкосистем

В процессе своей хозяйственной деятельности человек производит различные вещества. Все производимые вещества с использованием как возобновимых, так и невозобновимых ресурсов можно разделить на четыре типа:

*  исходные вещества (сырье);

*  промежуточные вещества (возникающие или используемые в процессе производства);

*  конечный продукт;

*  побочный продукт (отход).

Отходы возникают на всех стадиях получения конечного продукта, а любой конечный продукт после потребления или использования становится отходам, поэтому конечный продукт можно назвать отложенным отходом. Все отходы попадают в окружающую среду и включаются в биогеохимический круговорот веществ в биосфере. Многие химические продукты включаются человеком в биогеохимический круговорот в масштабах на много превышающих естественный круговорот. Некоторые вещества, направляемые человеком в окружающую среду, раньше отсутствовали в биосфере (например, хлорфторуглероды, плутоний, пластмассы и др.), поэтому естественные процессы достаточно долго не справляются с этими веществами. Следствием является огромный вред наносимый организмам.

Исследованием влияния антропогенных химических веществ на биологические объекты окружающей среды занимается экотоксикология. Задачей экотоксикологии является изучение воздействия химических факторов на виды, живые сообщества, абиотические составляющие экосистем и на их функции.

Под вредным воздействием, наносимым соответствующей системе, в экотоксикологии понимают:

·  явственные изменения обычных колебаний численности популяции;

·  долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.

Под действием химических веществ изменяются следующие параметры экосистемы:

*  плотность популяции;

*  доминантная структура;

*  видовое разнообразие;

*  изобилие биомассы;

*  пространственное распределение организмов;

*  репродуктивные функции.