Экологические аспекты интенсификации земледелия. Адаптивная система ведения сельского хозяйства.

Система севооборотов. Соблюдение севооборотов - чередования культур в пространстве и времени в конкретных условиях того или иного хозяйства - обеспечивает получение наиболее высокой продуктивности возделываемых культур, повышение плодородия почвы и фитосанитарного состояния.

Селекция и семеноводство сельскохозяйственных культур. Использование для посева сортов, устойчивых к вредителям и болезням, способствуют снижению потерь урожая без дополнительного применения химического метода. В связи с потерей сортовых качеств, устойчивости к вредным организмам из-за появления, например, новых рас возбудителей болезней, необходима периодическая сортосмена, а также возделывание 2-3 сортов с различными свойствами, что особенно важно в борьбе с головневыми и ржавчинными заболеваниями зерновых культур. Система обработки почвы. Включает состав, последовательность и сроки проведения конкретных приемов рыхления или уплотнения почвы, технологию их выполнения, которые определяют в большей мере физико-химические свойства почвы, ее микробиологическую активность. Обработка почвы должна быть подчинена решению главной задачи- обеспечению культурных растений водой, воздухом, элементами пищи, рациональному использованию потенциального плодородия почвы. Применение удобрений. Между продуктивностью земледелия и плодородием почвы объективно существует противоречие: чем больше мы берем с гектара продукции, тем выше вынос питательных веществ. Значение химизации сельского хозяйства в связи с этим трудно переоценить: оно позволяет повышать плодородие почв, улучшать кислые и засоленные земли, лучше сохранять и повышать питательную ценность кормов и т.д. Большое внимание должно уделяться мероприятиям по сохранению и увеличению содержания в почве гумуса. Отсутствие или недостаточное применение органических удобрений, приводит к уменьшению запасов почвенного азота и, как следствие, к снижению гумусированности почв. Применение минеральных удобрений может лишь снизить темпы этого процесса, но не исключить его полностью. Результатом является выпаханность почв, истощение их гумусового фонда и снижение эффективного и потенциального плодородия. Мелиорация земель. Это система технических, агрономических и организационных мероприятий, направленных на преобразование неблагоприятных для сельскохозяйственного производства условий.

- повышает устойчивость сельскохозяйственного производства, обеспечивая выравнивание урожаев, получаемых как в засушливые, так и дождливые годы;

- позволяет существенно повысить производительность труда и интенсифицировать сельскохозяйственное производство за счет рационального использования мощной сельскохозяйственной техники и удобрений на мелиоративных землях и выполнения всех агротехнических мероприятий в наиболее благоприятные сроки;

- создает возможность удовлетворить потребность народного хозяйства в такой ценной культуре, как рис, выращивать который в климатических условиях России можно главным образом на орошаемых землях.

Применение средств защиты растений. Более столетия химические средства защиты растений (пестициды) играют важную роль в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками сельскохозяйственных культур.  Воздействие пестицидов на агроэкосистемы. Пестициды, применяемые в сельском хозяйстве, относятся к различным классам, главным образом, органических соединений обладают токсичностью не только для вредных организмов, но и человека, животных, несут опасность для окружающей среды. Пестицид, каким бы он ни был, неизбежно вызывает глубокие изменения всей экосистемы, в которую его внедрили. Из совокупности экологических свойств, присущих всем пестицидам, действия их никогда не бывают однозначными:

1. Пестициды, как правило, имеют широкий спектр токсического действия как на виды растений, так и на виды животных. Отсюда названия инсектициды, фунгициды, гербициды и т.д. вводят в заблуждение, так как не дают представления о реальном диапазоне воздействия этих веществ.

2. Пестициды очень токсичны для животных и человека.

3. Человек использует пестициды для уничтожения ограниченного числа организмов, составляющих не более 0,5% общего числа видов, населяющих биосферу, в то время как пестициды при применении воздействуют на все живые организмы.

4. Пестициды всегда при проведении защитных мероприятий направлены против популяций.

5. Действие пестицидов не зависит от плотности популяции, но их используют только в том случае, когда численность популяции вредителя достигает большого значения.

6. Нередко применяют значительно больше пестицидов, чем необходимо для уничтожения вредителя: преднамеренные излишки обработки полей объясняют «надежностью» и т.д.

7. Площади, на которых используются пестициды, значительны, составляют сотни миллионов гектаров.

8. Многие пестициды длительно сохраняются в почве - от нескольких месяцев до 2-3 лет, а иногда и более.

Повышение эффективности животноводства. В сельском хозяйстве энергосбережение можно осуществлять, используя адаптивный подход. Задача - повысить КПД агроэкосистемы. Получить больше растениеводческой и животноводческой продукции (т.е. фиксировать максимальное количество солнечной энергии) на каждую единицу вводимой в нее антропогенной энергии. Адаптивная система ведения сельского хозяйства по Б.М. Миркину, Л.Г. Наумовой (1999) позволяет снизить потребление антропогенной энергии и активизировать жизнедеятельность всех полезных организмов, которые входят в состав агроэкосистемы. На каждую единицу антропогенной энергии получают максимальную отдачу урожаем сельскохозяйственных культур и продуктами животноводства, в которых заключена фиксированная растениями солнечная энергия. Агроэкосистема считается тем адаптивнее, чем больше солнечной энергии фиксируется на единицу антропогенной энергетической субсидии.

7. Основные понятия, положения и принципы охраны окружающей среды. Экологические риски. Законы взаимоотношения «человек-природа». Пути решения проблем сохранения окружающей среды.

Природа. В широком смысле природа - это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной. Природа - совокупность естественных условий существования человеческого общества, на которую прямо или косвенно воздействует человечество, с которой оно связано в хозяйственной деятельности. Все элементы природы представляют собой окружающую среду. В понятие «окружающая среда» не входят созданные человеком предметы (здания, автомобили и т.д.), так как они окружают отдельных людей, а не общество в целом. Однако участки природы, измененные деятельностью человека (города, сельскохозяйственные угодья, водохранилища, лесополосы) входят в окружающую среду, так как создают среду общества. В охране окружающей среды различают понятия «природные условия и природная среда» и «природные ресурсы». Природные условия -понятие очень широкое, охватывающее все аспекты природы, о них говорят безотносительно к человеку и его деятельности. Природная среда представляет собой сложное и разнообразное сочетание и взаимодействие абиотических и биотических систем и компонентов литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы в целом. Природные(естественные)ресурсы- это природные объекты и явления, используемые в настоящем, прошлом и будущем для прямого и непрямого потребления, способствующие созданию материальных богатств, воспроизводству трудовых ресурсов. К природным ресурсам относят в настоящее время полезные ископаемые, почву, растительность и животный мир, атмосферный воздух, воду, климат, солнечную и космическую радиацию. Совокупность природных ресурсов и природных условий жизни общества, используемая в настоящее время или которая может быть использована в обозримом будущем, называют природными благами. Та часть природных ресурсов, которая реально может быть вовлечена в хозяйственную деятельность при данных технических и социально-экономических возможностях общества при условии сохранения среды жизни человека, называется природно-ресурсным потенциалом. Природно-ресурсный потенциал, экономически оцененный, входит в состав национального богатства. Природно-ресурсный потенциал - важнейшее понятие природопользования. Природопользование- совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению. Отсюда природопользование будет рациональным, если оно не приводит к резкому изменению природно-ресурсного потенциала. Оно будет рациональным, если человек найдет разумное сочетание растущего воздействия на природу с заботой о ней, с охраной и всемерным воспроизводством природных условий и ресурсов. Принцип историчности. Природоохранная деятельность требует изучения истории природных объектов и систем. Принцип системности. В природе, как правило, мы имеем дело со сложными системами, компоненты которых связаны взаимодействием с положительными и отрицательными связями. Системность природных объектов требует рассмотрения каждой проблемы как части более общей, каждого единичного фактора - во взаимодействии с другими факторами, в той или иной степени модифицирующими его действие. Принцип биосферизма. Человек, один из множества биологических видов, может сохраниться только в системе биосферы. Принимая в качестве высшей этической ценности сохранение биосферы, принцип биосферизма развивает гуманистическую концепцию. Принцип адаптации. Центральное место в теории биологической эволюции занимает принцип адаптации видов к среде их обитания. Адаптация означает приобретение видами особенностей (морфологических, физиологических, поведенческих и др.), позволяющих более эффективно использовать ресурсы природной среды, противостоять воздействиям и сохранить оптимальную численность. Адаптация рассматривается как движущая сила эволюционного процесса, а развитие жизни в целом носит адаптивный характер. Принцип планетарного единства. Рассматривая биосферу как целостную систему, принцип планетарного единства имеет фундаментальное значение для международной деятельности в области охраны окружающей среды. Народы мира при всех различиях в политической и экономической сферах имеют общие экологические интересы, служащие объединяющим началом. В силу планетарного характера циркуляционных систем и круговорота веществ в биосфере локальные воздействия оказывают влияние на природную среду далеко за пределами местного источника. Принцип приоритета экологической безопасности. Обеспечение экологической безопасности - благоприятного состояния факторов природной среды - должно быть признано приоритетом общественного развития. В практическом плане этот принцип означает, что экономические и социальные программы должны быть положены на экологический каркас территории в виде схемы охраны окружающей природной среды и ландшафтного планирования. Он находит применение в природоохранном законодательстве, регламентации хозяйственной деятельности и экологической экспертизы. Принцип устойчивого развития. Современное общество все быстрее и быстрее приближается к критической черте. Необходима стратегия устойчивого развития, позволяющая снять конфликт между интересами настоящего и последующих поколений. Устойчивость означает сохранение и расширение перспектив развития общества в обозримом будущем.

Из закона всеобщей взаимосвязи вытекает ряд положений, имеющих важное значение дела охраны окружающей природной среды. Первое положение сводится к тому, что все явления природы имеют множественное значение и должны оцениваться со всех точек зрения. К каждому явлению следует подходить с учетом интересов разных отраслей производства и сохранения восстановительной силы самой природы. Второе положение заключается в необходимости строгого учета местных условий при использовании и охране природного ресурса. Его называют правилом региональности. Особенно это касается использования водных и лесных богатств. Нет ничего более губительного, чем интенсивное расходование ресурса, где он дефицитен, на основании того, что в других местах этот ресурс находится в избытке. Третье положение, вытекающее из взаимной связи предметов и явлений в природе, состоит в том, что охрана одного объекта природы означает одновременно охрану и других объектов, тесно с ним связанных. Охрана водоема от загрязнения - это одновременно и охрана рыбы, обитающей в нем; сохранение с помощью лесной растительности нормального гидрологического режима местности - это и предупреждение эрозии почвы и т.д.

Принимаемый уровень экологического риска зависит от того, какие выгоды получает население при увеличении риска за счет повышения уровня социально-экономического благополучия и какие издержки необходимы, чтобы уровень экологического риска не превышал уровень социально-приемлемого риска.

Ход исторических связей между природой и человеком по Н.Ф. Реймерсу (1994) приводит к одновременным переменам в природе и в формах хозяйства. Формы хозяйства, меняясь вследствие затруднений, происходящих от перемен в природе, в свою очередь вызывают цепные реакции в природе. Постоянная обратная связь получила название закона бумеранга. Неизбежность платежей подчеркивается и законом незаменимости биосферы: «Нет никаких оснований для надежд на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды с той же степенью точности, что и естественные сообщества. Сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает устойчивости окружающую среду, которая не может быть восстановлена за счет создания очистных сооружений перехода к безотходному производству. закон  обратимости биосферы: биосфера стремится к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем больше давление на нее. закон необратимости взаимодействия человек-биосфера: возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми в случае глубокого изменения среды, значительной переэксплуатации, доходящей до поголовного уничтожения или крайнего истощения, а отсюда превышения возможностей их восстановления. закон убывающейотдачи: повышение удельного вложения энергии в агросистему не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности. правила демографического насыщения: в глобальной или регионально изолированной совокупности количество народонаселения всегда соответствует максимальной возможности поддержания его жизнедеятельности, включая все аспекты сложившихся потребностей человека. закон ограниченности(исчерпаемости) природных ресурсов: все природные ресурсы и естественные условия Земли конечны. Существует и действует правило интегрального ресурса: конкурирующие в сфере использования конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу тем сильнее, чем значительнее они изменяют совместно эксплуатируемый экологический компонент или всю экологическую систему в целом. В рамках закона падения природно-ресурсного потенциала действует закон снижения энергетической эффективности природопользования. С ходом исторического времени при получении из природных систем полезной продукции на ее единицу затрачивается все больше энергии, а энергетические расходы на жизнь одного человека все время возрастают.

Регулирование рождаемости.

Рациональное управление природными ресурсами. Стратегия развития промышленности, энергетики и борьба с загрязнениями. В настоящее время определились четыре четко выраженных направления развития безотходных технологий:

1. Создание различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе существующих, внедряемых и перспективных способов очистки сточных вод;

2. Разработка и внедрение систем переработки отходов производства и потребления, которые рассматриваются как вторичные материальные ресурсы;

3. Создание и внедрение принципиально новых процессов получения традиционных видов продукции, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых образуется основное количество отходов;

4. Разработка и создание территориально-промышленных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую структуру материальных потоков сырья и отходов.

Борьба с загрязнением окружающей среды.

 Рациональное использование минеральных ресурсов. Из-за несовершенства технологии добычи и переработки минеральных ресурсов наблюдается разрушение биоценозов, загрязнение окружающей среды, нарушение климата и биогеохимических циклов.

Стратегия развития сельского хозяйства.

Сохранение природных сообществ.

8. Антропогенный материальный баланс. Антропогенные воздействия на потоки энергии и круговорот веществ. Классификация антропогенных воздействий.

Современные технологические системы вышли за национальные границы и приобрели черты опасные, как для здоровья человека, так и для биосферы Земли. Получило широкое распространение в охране окружающей природной среды применение таких определений, как техногенез и техносфера. Техногенез- процесс развития материальной культуры и техники, порождающий изменения в природной и окружающей человека среде. Техносфера- область технической деятельности человека, охватывающей всю ландшафтную оболочку, приникающей в глубины земной коры и расширяющейся в космическое пространство. Техносфера по своему происхождению, развитию, главному географическому агенту, активности существенно отличается от всех других планетных оболочек. Название «техносфера» подчеркивает определяющую роль техники в деятельности людей на планете и в космосе, указывает на «искусственный» характер сферы и логически связано с понятием «техногенез». Человек постоянно вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл. Ресурсный цикл - это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ на всех этапах использования его человеком, включая его влияние, подготовку к эксплуатации, извлечение из природной среды, переработку, превращение и возвращение в природу. По Т.А. Акимовой и В.В. Хаскину (1994) общая масса вещества, которое человек перемещает на поверхности планеты, достигла 4 триллионов тонн в год. Из 120 млрд. тонн ископаемых материалов и биомассы, которые мобилизуются мировой экономикой за год, лишь 9 млрд. тонн (7,5%) преобразуются в материальную продукцию в процессе производства. Большая часть - около 80% - потребляется и входит в основные и оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей мирового хозяйства, т.е. возвращается в основном в производство. Личное потребление людей составляет только 1,5 млрд. тонн, при этом более половины этой массы относится к нетто - потреблению продуктов питания.

Анализ накопленной добычи полезных ископаемых за истекший период XX в. показывает общую тенденцию прогрессирующего роста объемов добычи. «Зеленая революция», интенсификация сельскохозяйственного производства стимулирует быстрый рост добычи агрохимических руд. Сравнение антропогенных материальных потоков с параметрами биосферного круговорота показывает, что человеческая деятельность определяет существенную долю биогеохимической динамики вещества на планете.

1. Потребление ресурсов Земли настолько превысило темпы их естественного воспроизводства, что истощение природных богатств стало оказывать заметное влияние на их использование, на национальную и мировую экономику, привело к необратимому обеднению литосферы и биосферы.

2. Отходы, побочные продукты производства и быта загрязняют биосферу, вызывают деформации экологических систем, нарушают глобальный круговорот веществ и создают угрозу для здоровья человечества.

Главной причиной противоречий оказывается именно количественная экспансия человеческого общества - высший уровень и быстрое нарастание совокупной антропогенной нагрузки на природу, усиление его разрушающего воздействия. Существенным отличием антропогенного массообмена от биотического круговорота веществ в природе является то, что первый не образует или почти не образует замкнутых циклов. Он существенно разомкнут как в качественном, так и количественном отношении. Может быть реально возобновлена только часть изъятых человеком из природы биологических ресурсов. Может быть утилизирована или нейтрализована биотой только часть отходов производства.

Классификация антропогенных воздействий на биосферу дана на рисунках

1. Общий характер процессов антропогенного воздействия, предопределяемый формами человеческой деятельности: 1) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов; 2) изъятие природных ресурсов; 3) загрязнение окружающей среды.

2. Материально-энергетическая природа воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, радиоактивные, акустические), физико-химические, химические, биологические, факторы и агенты, их различные сочетания.

3. Категории объектов воздействия: природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, животный мир, водные объекты атмосферы, микросреда и микроклимат обитания, люди и другие реципиенты.

4. Количественные характеристики воздействия: пространственные масштабы (глобальные, региональные, локальные), единичность и множественность, сила воздействий и степень их опасности (интенсивность факторов и эффектов, характеристики типа «доза-эффект», пороговость, допустимость по нормативным экологическим и санитарно-гигиеническим критериям, степень риска и т.п.).

5. Временные параметры и различия воздействий по характеру наступающих изменений:кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, вызывающие цепные реакции, обратимые и необратимые и т. д.

С последними категориями классификации связано еще деление всех антропогенных изменений на преднамеренные и непреднамеренные, попутные, побочные.

Преднамеренные преобразования: освоение земель под посевы или многолетние насаждения, сооружение водохранилищ, каналов и оросительных систем, строительство городов, промышленных предприятий и путей сообщения, рытье котлованов, разрезов, шахт и бурение скважин для добычи полезных ископаемых, осушение болот и т.д. К непреднамеренным изменениямотносят: загрязнение окружающей среды, изменения газового состава атмосферы, изменения климата, кислотные дожди, ускорение коррозии металлов, образование фотохимических туманов (смогов), нарушение озонового слоя, развитие эрозионных процессов, наступление пустыни, экологические катастрофы в результате крупных аварий, обеднение видового состава биоценозов, развитие экологической патологии у населения и т.п.

9. Понятие загрязнения окружающей среды. Виды загрязнителей. Экологические кризисы и экологические революции.

Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы. Различают природные загрязнения, вызванные природными, нередко катастрофическими, причинами, например извержение вулкана, и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека  Антропогенные загрязнители делятся на материальные (пыль, газы, зола, шлаки и др.) и физические, или энергетические (тепловая энергия, электрические и электромагнитные поля, шум, вибрация и т. д.). Материальные загрязнители подразделяются на механические, химические и биологические. К механическим загрязнителям относятся пыль и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и почве. Химическими (ингредиентами) загрязнителями являются различные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу, гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой — кислоты, щелочи, диоксид серы, эмульсии и другие. Биологические загрязнители — все виды организмов, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред — грибы, бактерии, сине-зеленые водоросли и т. д.

1. Ухудшение качества окружающей среды.

2. Образование нежелательных потерь вещества, энергии, труда и средств при добыче и заготовке человеком сырья и материалов, которые превращаются в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

3. Необратимое разрушение не только отдельных экологических систем, но и биосферы в целом, в том числе воздействие на глобальные физико-химические параметры окружающей среды.

4. Потери плодородных земель, снижение продуктивности экологических систем и в целом биосферы.

5. Прямое или косвенное ухудшение физического и морального состояния человека — главной производительной силы общества.

Экологический кризис - это обратимое изменение равновесного состояния природных комплексов. Он характеризуется не столько усилением воздействия человека на природу, сколько резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие. Проявление экологического кризиса нередко называют «эффектом бумеранга». Экологическая революция- ответная реакция человечества на кризисное состояние системы «человек и биосфера». Как правило, охватывает все стороны хозяйства и приводит к изменению взглядов людей на природу, ее эксплуатацию.

1. Изменение среды обитания живых существ, вызвавшее возникновение прямоходящих антропоидов - непосредственных предков человека.

2. Кризис относительного обеднения доступных примитивному человеку ресурсов промысла и собирательства, обусловившего стихийные биотехнические мероприятия типа выжигания растительности для лучшего и более раннего роста.

3. Первый антропогенный экологический кризис массовое уничтожение (перепромысел) крупных животных («кризис консументов»), связанный с последовавшей за ним сельскохозяйственной экологической революцией

4. Экологический кризис засоления почв и деградация примитивного поливного земледелия, недостаточность его для растущего народонаселения Земли, что привело к преимущественному развитию неполивного земледелия.

5. Экологический кризис массового уничтожения и нехватки растительных ресурсов или «кризис продуцентов», связанный с общим бурным развитием производительных сил общества, вызвавший широкое применение минеральных ресурсов, промышленную, а в дальнейшем и научно-техническую революцию.

6. Современный кризис угрозы недопустимого глобального загрязнения. Здесь редуценты не успевают очищать биосферу от антропогенных продуктов или потенциально не способны это сделать в силу неприродного характера выбрасываемых синтетических веществ. Этот кризис называют «кризисом редуцентов»,которому соответствует высший этап научно-технической революции - реутилизация продуктов и условное замыкание технологических циклов.

С «кризисом редуцентов» почти одновременно наступают два два других экологических напряжения: термодинамическое (тепловое) и снижение надежности экосистем. Они связаны с экологическими ограничениями производства энергии в нижней тропосфере и нарушением природного равновесия. Данные экологические кризисы ближайшего будущего будут разрешены на основе энергетической и эколого-плановой экологической революции. Первая будет заключаться в максимальной экономии энергии и переходе к ее источникам, практически не добавляющим тепло в приземный слой тропосферы, вторая – в регуляции коэволюции в системе общество-природа.