Лекция на тему :Геоэкологические последствия сельскохозяйственного производства и последствия работы промышленностии транспорта (4 ЧАСА)

Наиболее широко распространенным антропогенным фактором преобразования земной поверхности, ее атмосферы и гидросферы является агропромышленный комплекс — важнейшая система жизнеобеспечения общества. Сельское хозяйство обеспечивает до 99 % массы продуктов питания людей на Земле, в том числе 88 % белкового питания. Отсюда неизбежен вывод о том, что чем выше численность населения и больше его потребности, тем выше роль сельского хозяйства и тем сильнее его воздействие на внешние геосферы. В настоящее время около 40% территории, свободной от льда, занимают сельскохозяйственные системы — земледельческие и животноводческие производства. Из них пашня составляет около 30 %, пастбища — около 70 % суши. Огромное разнообразие сельскохозяйственных систем и производств обусловлено ландшафтно-климатическими условиями и связано с особенностями применяемых технологий. Существуют различные вариации агросистем — от простых до очень сложных. Чем сложнее агросистема, тем выше уровень сельскохозяйственной технологии. Несмотря на свое разнообразие, сельскохозяйственные системы характеризуются одной общей особенностью: они всегда оказывали и оказывают глубокое воздействие на природные экосистемы и ландшафтно-климатические особенности территорий. В процессе развития сельского хозяйства многоярусный естественный растительный покров и растительное многообразие заменяются монокультурой. Это связано с тем, что монокультуру выбирают в полном соответствии с природными условиями конкретной территории и специально повышают ее урожайность. Таким образом, в результате развития агротехники природная система коренным образом преобразуется, трансформируется и упрощается. С глубокой древности земледелие и скотоводство стали атрибутами хозяйственной деятельности людей. Поля, пастбища, плантации занимают промежуточное положение между природными (леса, луга) и искусственными (города) средами. Агроландшафты функционируют не только за счет солнечной энергии и природных веществ, находящихся в литосфере, но и за счет веществ и энергии, привносимых человеком. Это позволило человечеству за счет снижения биоразнообразия и расширения монокультурного производства резко увеличить сельскохозяйственную продукцию как продуцентов, так и первичных консументов. Сельскохозяйственное производство вносит в природные среды загрязнители в результате широкого использования удобрений и ядохимикатов. Среди последних в зависимости от объекта воздействия различают следующие: 

• Гербициды............сорная растительность 
• Инсектициды.......насекомые 
• Зооциды................ грызуны 
• Фунгициды...........возбудители грибковых заболеваний 
• Бактерициды.......возбудители бактериальных болезней растений 
• Димациды.............моллюски 
• Дефолианты......... листья 
• Десиканты............ высушивание листьев на корню 
• Дефлоранты......... цветники и завязи 
• Рестарданты.........регуляторы роста растений 
• Реппеленты..........отпугивающие насекомых, грызунов и др. животных
•  Аттрактанты........привлекающие насекомых 

Кроме перечисленных ядохимикатов, в сельском хозяйстве широко применяют две группы пестицидов — хлорорганические и фосфорорганические соединения. Они, как правило, характеризуются высокой стабильностью, токсичностью для гидробионтов и способностью миграции в водных экосистемах. Неумеренное применение пестицидов ведет не только к загрязнению воды, но и негативно влияет на качество почвы. Одним из самых широко применяемых способов ведения сельскохозяйственного производства является мелиорация. В мире осушено 157 млн га, причем больше всего осушено земель в Северной и Центральной Америке (56 млн га) и в Западной Европе (40 млн га). Осушительная система состоит из трех составных частей: 

• регулирующая сеть для сбора и удаления с осушаемой территории избыточных поверхностных и грунтовых вод; 

• ограждающая сеть, предназначенная для перехвата поверхностных и грунтовых вод, поступающих на осушаемую территорию; 

• проводящая сеть, которая служит для транспортирования воды из регулирующей и оградительной сетей за пределы осушаемой территории.

 В качестве водоприемников используют реки, озера, овраги и балки. Несмотря на то что осушение играет важную роль в получении сельскохозяйственной продукции, оно вызывает и массу отрицательных последствий. Из-за возросшей фильтрационной способности грунтов резко падает уровень грунтовых вод, что приводит к потере ценных пастбищных и сенокосных угодий. На переосушенных торфяниках в летний период возникают пожары. Ранее заболоченные почвы начинают минерализоваться, на осушенных участках усиливается дефляция. Осушенная и часто защищенная от затопления прибрежная болотистая низменность, лежащая либо ниже уровня моря (Нидерланды), либо чуть выше (Бангладеш), превращается в польдеру. На них после специального обустройства дренажных систем и систем ведения сельского хозяйства получают стабильные урожаи зерновых, других сельскохозяйственных культур, а также используют для выпаса крупного рогатого скота. По состоянию на 1995 г. в мире осуществляется полив земель на площади около 260 млн га. Самыми большими площадями орошаемых земель обладают Китай и Индия. Главные культуры, выращиваемые на орошаемых землях, — рис, хлопчатник, масличные, кукуруза, пшеница и другие зерновые культуры и кормовые травы. С орошаемых земель в зависимости от климатических условий можно собирать 2 - 3 урожая ежегодно, а в некоторых районах их число достигает 6-8. Поливное земледелие дает около 1/3 мировой продукции сельского хозяйства. Орошаемые поля - это высокопродуктивные управляемые агробиогеоценозы. Полив повышает влажность почвы, увеличивая ее теплопроводность и теплоемкость. Поэтому в теплое время года почва становится холоднее, а в холодное — теплее. Из-за затрат солнечной теплоты на испарение над орошаемыми угодьями днем воздух нагревается меньше (3-6 °С), а ночью выхолаживается меньше, относительная влажность воздуха на таких землях повышается на 30-50%. Развитие поливного земледелия и нарушения в способах и правилах орошения сопровождаются негативными последствиями: возникновение так называемой ирригационной эрозии, аккумуляция агроирригационного слоя, вторичное засоление и осолонцевание, сокращение речного стока, появление антропогенных озер, потеря потока биогенов, изменение ресурсов подземных вод, развитие просадок фунта. Самый большой ущерб пахотным угодьям наносит эрозия почв. Опасность эрозии наступает при уклоне 1 - 15°. Эрозия почв делится на поверхностную (плоскостную) и линейную. Основной ущерб сельскохозяйственным землям наносит смыв тонкого почвенного слоя талыми, дождевыми и оросительными водами. Особенности рельфа в России вызывают опасность эрозии на 2/3 площадей. Пояс плоскостной ливневой эрозии включает юг Евразии и Северной Америки, а также Австралию, Африку и Южную Америку. Исключительное развитие ливневая эрозия имеет в Молдове, на юге Украины, в Закавказье и Средней Азии. Кроме плоскостной существует овражная эрозия, которая развита на распаханных территориях. Овраги развиваются на склонах и берегах рек. Отмечено, что антропогенное оврагообразование интенсивнее природного. Овраги развиваются как за счет дождевого, так и талого стока. Они растут со скоростью от долей до нескольких метров в год. Максимальная овражность характерна для европейской части России. На сельскохозяйственных землях наблюдается процесс удаления почвенного материала ветром, т.е. дефляция. При наличии оголенной почвы и сильных ветров возникает ускоренная дефляция. Самый большой ущерб почвенному покрову причиняют пыльные бури, возникающие при скоростях ветра 12 - 15 м/с. Пыльные бури делятся на вихревые и потоковые. Вихревые бури перемещаются на громадной площади. Потоковые бури значительно меньшего масштаба и не так сложны по своей динамике. На земном шаре существуют три главные зоны действия пыльных бурь. Одна из них совпадает с зоной аридных тропиков и субтропиков. Ежегодный вынос пыли с Сахары, которая долетает до Амазонии, составляет от 100 до 400 млн т. Сахарская пыль осаждается в Атлантическом океане, а в Амазонию она привносит микроэлементы, щелочные и щелочноземельные металлы, которые дефицитны для влажнотропических лесов. Другая область развития пыльных бурь — зона степей и лесостепей, где действуют черные бури. Они часты в Северной Америке и Евразии, где дефляция является природно-антропогенной. Третьей областью развития пыльных бурь является область арктических и Причины деградации почвенных ресурсов Земли (Мат-лы конф ООН по окружающей среде и развитию, Рио-де-Жанейро (1992), по кн Н. В. Чебышева, А. В. Филипповой, 2004) субарктических областей, где действуют «серые» бури, вызываемые в основном природными факторами. Пыльные бури наносят огромный ущерб почвам Северного Кавказа и Ростовской области, Восточной Украины, черноземным землям. Сохранность почвенного покрова при пыльных бурях увеличивается благодаря полезащитным посадкам. Метод борьбы с плоскостной эрозией почв был предложен в конце XIX в. В. В. Докучаевым. Он рекомендовал прекратить доступ грубых наносов в долины рек, улучшить водный баланс территории и максимально приблизить структуру окультуренных ландшафтов к существовавшим ранее природным. Для этого рекомендуется посадить деревья и кустарники по берегам рек и на песках, перегородить защитными сооружениями овраги, проводить задерживание талых вод на полях, образовывать в оврагах системы прудов, засадить деревьями неудобные для пашни территории. Для контроля над овражной эрозией применяют следующие мероприятия. К числу первых относится постройка специальных сооружений на водосборной площади оврагов, балок и речных долин. Основная их функция — сокращение смыва почвы и частичное задержание стекающей воды на обрабатываемых землях. В эту группу входит сооружение валов-террас на пашне, ступенчатых террас на крутых склонах, валов и валов-канав в лесополосах, нагорных канав, микролиманов и т.д. К другой группе относятся сооружения, размещаемые непосредственно в оврагах или на оврагоопасных крутых склонах. Их главное назначение — прекращение роста оврага в длину, ширину и глубину, а также предупреждение его образования. В связи с расширением сельскохозяйственных территорий возникла проблема восстановления малых рек. Их вырождение обычно связано с чрезмерной распашкой водосборов в степной и лесостепной зонах. Огромное геоэкологическое значение имеют болота. Они играют водорегулирующую роль. При высоком содержании воды испарение с них идет примерно так же, как с открытой водной поверхности, а при низкой обводненности потери влаги в атмосферу снижаются. Отсюда во влажные годы ослабляются паводки на питаемых болотами реках, а в сухие годы увеличиваются меженные расходы. Крупные болота, особенно расположенные внутри лесных массивов, выполняют противопожарную функцию. На болотах произрастает большое количество ценных лекарственных трав и ягодников с высоким содержанием витаминов. Болота также являются местом обитания охраняемых редких видов фауны. Таким образом, болота — важные объекты в хозяйственной, экологической и научной деятельности людей. Торф, добываемый на болотах, используют как топливо и как удобрение. Торф — великолепный сорбент тяжелых металлов и ряда загрязняющих веществ. Из разложенного торфа получают целлюлозу, из которой изготовляют грубую бумагу, картон и др., а также мягкие ткани. Поэтому потеря торфяников при осушении — это утрата ресурса, на возобновление которого требуются тысячелетия. Особую ценность представляют верховые болота. Осушение их необходимо проводить на территориях, на которых развиты в разной степени оглеенные почвы, избыточно увлажненные, с дерновым малоразвитым торфянистым горизонтом. Точно так же как и земледелие, животноводство обладает множеством разнообразных форм в соответствии с ландшафтно-природными условиями и уровнем развития общества. Животноводческие агросистемы существенным образом трансформировали природные ландшафты. Хорошо известно, что африканская саванна (лесная и высокотравная) под влиянием тысячелетнего весьма интенсивного выпаса скота, который осуществляли пришедшие на эту территорию скотоводческие племена, преобразовалась в пустыню. Основной геоэкологической проблемой пастбищного скотоводства в засушливых регионах мира является постепенное истощение пастбищ вплоть до полного уничтожения растительного и почвенного покрова и развития опустынивания. В умеренном поясе существующее пастбищно-стойловое животноводство также создает геоэкологические проблемы. Большинство из них связно с загрязнением почвы, грунтовых вод и поверхностных водоемов отходами животноводства. Это не только изменение кислотности почв, но и определенные нарушения в существующем природном круговороте азота, углерода и усиленном выбросе метана. Большое геоэкологическое воздействие на окружающую среду оказывают скотоводство и птицеводство. Около 15 % пищевой энергии человечество получает от этого вида сельскохозяйственной деятельности. И поэтому так велико пастбищное использование земель. Травянисто-кустарниковые пастбища и сенокосы занимают 3,26 млрд га, не считая тундровых и лесотундровые оленьих пастбищ и земледельческих территорий, на которых выпасают скот после снятия урожая. Велика роль пастбищных угодий в Австралии. Значительную долю такие участки составляют в земельном фонде Евразии, Африки, Южной Америки. При перегрузке пасущимися животными происходит разрушение пастбищных экосистем, называемое дигрессией. Скот не только поедает растительный покров, но и вытаптывает почву. Особенно уязвимы пастбища в областях с экстремальными климатическими условиями, а также пастбища на склонах гор и плато с маломощным рыхлым почвенно-эллювиальным чехлом. Сильно повреждены пастбища тундр и лесотундровой зоны, которые используются для выпаса оленьих стад. Они деградируют из-за несоблюдения пастбищных оборотов, перевыпаса и вытаптывания. Особенно в плачевном состоянии находятся пастбища в северных районах Ямало-Ненецкого автономного округа. Здесь ежегодно становится непригодным для выпаса до 15 % пастбищ. Сильно нарушаются растительный покров и почвы при добыче полезных ископаемых, особенно нефти и газа, и при строительстве газопроводов и газоперекачивающих станций. Так же как и пастбища в криолитной зоне, аридные пастбищные земли чувствительны к перевыпасу. В связи с этим актуальными становятся защита пастбищных экосистем от деградации и оптимизация пастбищных угодий. Поэтому в ряде стран широкое распространение получило создание культурных пастбищ, включающее осушение переувлажненных участков, расчистку от кустарников и мелколесья, выкорчевывание пней, выравнивание поверхности, проведение противоэрозионных работ, внесение удобрений и микроэлементов, уход за дерниной, подсев трав и борьба с сорняками. В ряде случаев пастбища подвергают коренному улучшению. Под этим понимается создание засеянных сенокосов и искусственных пастбищ. Природный травостой перепахивают, на обработанной почве высеивают травосмеси и многолетние травы. В ряде стран разработаны нормы выпаса животных. Естественные системы характеризуются высокой степенью замкнутности баланса органического вещества и биогенных элементов. Благодаря существованию замкнутых систем происходит направленная эволюция естественных систем. В сельскохозяйственных системах цикл круговорота вещества и биогенных элементов нарушается и размыкается. Часть веществ забирается человеком в виде урожая, часть удаляется для переработки. Все большее количество веществ вносится в виде минеральных удобрений и пестицидов. Вынос вещества с сельскохозяйственных угодий достигает 40 - 80% годовой продукции биомассы. При этом оказывается, что чем выше продуктивность агросистем, тем больший объем имеет отчуждаемая продукция, а это приводит к неустойчивости самой системы. Антропогенный привнос веществ в агросистему на два порядка превосходит их естественное поступление. А все это вместе взятое приводит к значительной трансформации агросистемы. В процессе сельскохозяйственного производства меняются роль и скорость многих экзогенных процессов. Усиливается водная и ветровая эрозия почв. Сама почва меняет свою структуру. Она уплотняется под тяжестью сельскохозяйственных машин. Меняется и структура теплового баланса вследствие изменения величины альбедо и затрат на траспирацию. В полном соответствии с происходящими экзогенными факторами изменяются водный баланс и режим влаги в почве. Геоэкологические проблемы сельского хозяйства считаются универсальными. Они встречаются повсеместно, и размеры их воздействия на природную среду одинаково большие независимо от ландшафтно-климатических особенностей. Они являются результатом непреднамеренных и некоординированных воздействий населения сельских районов на природную среду. Деградация почв и снижение биологической продуктивности - самая важная геоэкологическая проблема современности. Растущий спрос на продовольствие может быть удовлетворен двумя путями: расширением пахотных земель и интенсификацией сельского хозяйства. Но в обоих случаях неизбежно усиление геоэкологических проблем из-за ухудшения состояния земель и повышения роли минеральных удобрений.

Геоэкологические последствия работы промышленности и транспорта 

Промышленность. Деятельность промышленности весьма разнообразна — от добычи и переработки сырья до выпуска сложнейших механизмов и машин. Геоэкологические последствия промышленного производства складываются в форме своеобразной пирамиды, которая в общем виде напоминает экологическую пирамиду. В основании пирамиды покоятся добыча и обогащение сырья, основу которого составляет минеральное сырье. Известно, что в зависимости от содержания полезного компонента часть добываемой руды идет в отвалы в виде пустой породы, фунта, нестандартной древесины, руды с низкими концентрациями полезного минерала. Это составляет иногда около 95 % добываемого сырья. Часть сырья, идущего в отвалдо того, как будут разработаны соответствующие технологии обогащения, оказывается в форме пустой породы. Однако, как известно, с развитием технологий некоторая часть пустой породы вновь становится объектом добычи и соответствующей переработки. Часть добываемого сырья проходит стадию обогащения, так как промышленные предприятия в состоянии принять на переработку только сырье определенного качества. Менее 10 % сырья достигает следующей стадии — стадии переработки. На ранних стадиях металлургического производства получают промежуточную продукцию: железо, чугун, низкосортную сталь, прокат. Подобную раннюю стадию имеют не только металлургические предприятия, но и предприятия нефтехимической и химической промышленности, предприятия лесотехнического комплекса (предприятия по производству деловой древесины, целлюлозы и др.). В машиностроении и на предприятиях легкой промышленности из переработанного сырья производят разнообразные механизмы, машины и предметы потребления. На этой стадии доля полезного продукта от исходного количества сырья еще более сокращается. На самом верху производственно-экономической пирамиды находится высшая стадия промышленного производства — высокоточная индустрия нанотехнологии. Она производит аппараты электроники, микроэлектроники и прецизионного машиностроения, композитные материалы, продукты биотехнологии, товары и продукты, которые могут быть объединены под названием «продукты высокой технологии». На этой завершающей стадии производства объем используемых материалов сокращается до минимума, но возрастают капиталовложения в высокую квалификацию персонала, передовые (новейшие) технологии и дорогостоящие комплектующие. Стадия высокой технологии является результатом современной научно-технической революции. Ее развитие невозможно без существования других вышеперечисленных стадий, которые подготавливают сырье к этой стадии: невозможно без металла, а значит, без существования добывающих и металлургических предприятий. Геоэкологические воздействия промышленности охватывают всю технологическую цепочку, начиная от добычи сырья и первичной его обработки через процессы производства и заканчивая выпуском конечного продукта, причем на каждой стадии необходима организация размещения и переработки отходов. Промышленность — весьма важный, если не основной потребитель природных ресурсов, в число которых входят металлические и неметаллические, а также горючие полезные ископаемые, продукты сельскохозяйственного производства, энергии различных видов. В результате работы промышленности возникает необходимость в запланированных и неожиданных (залповых) сбросах вредных газов, твердых отходов и разнообразных жидких стоков. Это может произойти на любой стадии и в процессе любого вида производства. При этом надо учитывать, что некоторые отходы и даже сами продукты производства промышленности являются токсичными и наносят значительный ущерб здоровью человека и окружающей среде. Радиус негативного воздействия полигонов складирования отходов горнодобывающей и горнообогатительной отраслей промышленности может достигать нескольких километров. Как видно из таблицы, при работе промышленности возникает множество геоэкологических опасностей и даже существует риск развития крупнейших экологических катастроф. Для борьбы с неблагоприятными геоэкологическими последствиями промышленного производства существуют два принципиальных подхода: управление загрязнениями на конечной стадии производства; системная перестройка производственного цикла. Переработка загрязнений на конечной стадии производства не сокращает массу загрязнителей. При этом отходы после их обработки смещаются из одной среды в другую, более удобную для данного технологического цикла, например из воздуха в воду или почву. Такой подход, хотя и приемлемый как временная мера, в долгосрочном плане нежелателен, поскольку не решает возникающих геоэкологических проблем. Второй принципиальный подход в качестве долгосрочной меры предусматривает разработку полностью замкнутой системы производства. В большинстве случаев использование замкнутых циклов при современном уровне развития технологии и капиталовложений не может дать 100%-го эффекта. Для этого существует три подхода: экономия сырья, материалов и энергии; увеличение степени использования промышленного продукта; полное извлечение полезных продуктов из промышленных отходов Транспорт. Работа транспорта играет важнейшую роль в экономике и жизнедеятельности людей. Транспорт — важнейший компонент общественного и экономического развития, поглощающий значительное количество ресурсов и оказывающий значительное влияние на окружающую среду. Виды транспортных услуг и их объем непрерывно растут. На смену устаревшим видам транспорта приходят новые. Но при этом остаются страны и районы, где в качестве транспорта используют тягловую силу животных, велосипед и др. Все шире применяют для перевозки грузов и пассажиров автотранспорт. Этому способствует усиленный рост скоростных и хорошо оборудованных транспортных магистралей. Около 50 % добываемой нефти используется для автомобильного транспорта, рост которого опережает темп роста населения. Вместе с тем транспорт оказывается важным неблагоприятным фактором, воздействующим на состояние окружающей среды. Он загрязняет токсичными веществами воздух и воду, создает шум и вибрацию, поглощает большую площадь земельных ресурсов для создания магистралей, мест стоянок, трубопроводов, складов, вокзалов, морских и воздушных портов. При оценке геоэкологической нагрузки транспорта надо учитывать не только приносимую им пользу, но и ущерб, наносимый в результате расходования как для его производства сырья и материалов, так и для создания элементов транспортной инфраструктуры. Загрязнение воздуха - самая серьезная и опасная геоэкологическая проблема, связанная с транспортом. В Москве эмиссия выхлопных газов автомобилей составляет не менее 70 % всего загрязнения воздуха. Высокая степень урбанизации оказывает огромное геоэкологическое воздействие на природную среду. В зависимости от численности населения города делятся на малые, средние, мегаполисы и конурбации. Города являются основными источниками загрязнения природных вод и атмосферы. Вблизи городов создаются бытовые и промышленные свалки, загрязняющие среду. Управление водными ресурсами основывается на регламентации качества питьевой воды и экономном расходовании воды для хозяйственных и промышленных целей. Большое значение придается химической и биологической очистке сточных вод. Управление геологической средой необходимо для прогнозирования состояния эндо- и экзодинамики, рационального использования наземного и подземного геологического пространства и управления деятельностью горно-рудных предприятий. Большой экологический эффект имеет правильное использование подземного пространства и управление отходами. Огромный геоэкологический эффект оказывают сельское хозяйство, энергетика, промышленность и транспорт.