Лекция по сельскохоз. экологии

1. Агроэкосистемы в условиях техногенеза

1.Техногенез.
2.Особенности функционирования
агроэкосистем в условиях теногенеза.
3.Нормирование экотоксикантов в
агроэкосистемах.

2.

Агроэкосистема (АЭС) – это вторичные,
измененные человеком биогеоценозы, основу
которых составляют искусственно созданные, как
правило, обедненные видами живых
организмов биотические сообщества.
Основа АгроЭкоСистем – почва, с/х угодия.
Типы АгроЭкоСистем:
1. Пропашное земледелие
2. Многолетнее земледелие
3. Многоурожайное земледелие
4. МезоАЭС (крупномасштабная)
5. МикроАЭС (грядка)

3.

Суша занимает площадь 14,9 млрд. га, из
которой 10% приходится на АгроЭкоСистем.
Основная мысль экологии: замена
крупномасштабных хозяйств на
мелкомасштабные.
Задачи функционирования АгроЭкоСистем:
поддержание условий воспроизводства
почвенных ресурсов и деградация
АгроЭкоСистем в результате загрязненя
почвенных ресурсов (имеются в виду
загрязнения техногенного происхождения).

4. 1. Техногенез

Техногенез – совокупность
геохимических и геофизических процессов,
связанных с деятельностью человека и
включающих:
• извлечение химических элементов из
природных сред,
• концентрацию химических элементов,
• перегруппировку химических элементов,
• рассеивание этих элементов в
окружающей среде.

5.

Этапы техногенеза.
Современному этапу общественного развития
предшествовала длительная история становления средств
производства, техники и технологий - техногенез.
Техногенез в истории цивилизации - это нарождение
техники, создание человеком все более совершенных
способов, орудий и устройств для воздействия на
окружающий материальный мир с целью создания и
потребления благ.
Техногенез с экологической точки зрения - это
порождение техники, последний по времени этап
эволюции, обусловленный деятельностью человека и
вносящий в биосферу вещества, силы и процессы,
которые изменяют и нарушают ее равновесное
функционирование и замкнутость биотического
круговорота.

6.

Начало техногенезу положил первый костер,
зажженный человеком. Применение огня
расширило ареал человека, дополнило
собирательство и охоту новыми приемами
добывания, приготовления и запасания пищи,
зародило возможность будущих термотехнологий.
Уже в неолите возникли условия для развития
ремесел и профессионального разделения труда. Но
человек еще не научился трансформировать
энергию огня. Это была эпоха мускульной
энергетики, когда в распоряжении человека были
только собственная сила, а затем и сила
прирученных животных, а также простые
механизмы - преобразователи мускульной силы.

7.

Начиная с VIII-XI в. к ним добавляются изобретения,
использующие силы воды и ветра. Наступила эпоха
механоэнергетики на возобновимых ресурсах.
Технические возможности человека расширились, и
одновременно усилилось его давление на природу.
Уже в эпоху Возрождения (XV-XVII вв.) рост
населения, развитие ремесел и торговли, городов и дорог,
географические открытия и завоевания, строительство,
судостроение, военное дело ускорили освоение новых
земель, сведение лесов и дали мощный толчок развитию
рудного дела и металлургии, а затем и машин на
механическом приводе.
Однако наибольшее ускорение и экологическое
значение техногенез приобрел с момента появления
тепловых машин и начала использования ресурсов
ископаемого топлива.

8.

Важной чертой современного техногенеза
является интенсивная химизация всех отраслей
хозяйства. За последние 50 лет было произведено
и применено более 6 млрд т минеральных
удобрений.
Для различных целей в обиход было введено
более 400 тысяч различных синтетических
соединений.
Начало массового производства многих
продуктов крупнотоннажной химии, в частности,
нефтехимии и оргсинтеза, относится к середине
столетия.
За 40 лет в десятки раз возросло производство
пластмасс, синтетических волокон, синтетических
моющих средств, пестицидов, лекарственных
препаратов.

9.

Современный техногенез окружающей среды
нельзя рассматривать как сугубо негативное
явление. Существует несколько его различных
форм, которые в совокупности с их
проявлениями и последствиями следует
рассматривать как отдельные экологические
механизмы данного явления:
Деградационный механизм техногенеза
сопровождается утратой хозяйственного,
рекреационного и видеоэкологического
потенциалов, а также снижением
биоразнообразия окружающей среды.

10.

Модифицирующий механизм
техногенеза подразумевает искусственное
создание условий, благоприятных для развития
определенных групп организмов или даже
обусловливающих саму возможность их
существования.
Например, такой группой являются
теплолюбивые виды-вселенцы, обитающие
в водоеме-охладителе АЭС и гибнущие в
периоды понижения температур, которые
возникают при изменении режима работы
электростанции.

11.

• Креативный механизм
техногенеза заключается в создании новых
природно-антропогенных объектов, например,
водохранилищ, которые часто становятся важным
компонентом природно-технических систем.
• Поддерживающий механизм техногенеза,
основанный на возведении и работе
целенаправленно создаваемых системинженерноэкологического обустройства, работа которых
позволяет сохранять и поддерживать благополучное
экологическое состояние участка окружающей
среды. Примером может служить искусственная
аэрация водных объектов.

12.

В геохимическом аспекте техногенез включает:
1. извлечение химических элементов из природной среды
(добыча полезных ископаемых), их концентрацию (обогащение
руды на горнообогатительных комбинатах);
2. перегруппировку химических элементов, изменение
химического состава соединений, в которые эти элементы
входят, а также создание новых химических веществ (выплавка
сплавов черных и цветных металлов, создание полимерных
материалов);
3. рассеяние вовлеченных в техногенез элементов в
окружающей среде. Рассеивание химических элементов может
быть планомерным процессов (внесение химических
удобрений, орошение полей сточными водами, компостами) и
побочным непредусмотренным процессом (выбросы в
атмосферу продуктов сгорания, загрязнение почв и водоемов
промышленными стоками, аварийные выбросы).

13.

Техногенные геохимические аномалии. В классификации
техногенных аномалий выделяют техногенные аномалии как с
повышенным, так и пониженным геохимическим фоном.
По размерам выделяют: глобальные, региональные, локальные.
Все техногенные аномалии делятся на полезные, вредные и
нейтральные.
Полезные аномалии улучшают природную среду (известкование
кислых почв, расселение при промывке и дренаже).
Вредные геохимические аномалии (с повышенными
концентрациями токсичных веществ) - ухудшают условия
существования биоты. Они систематически изучаются в связи с
проблемами загрязнения среды.
Нейтральные геохимические аномалии не оказывают
определенного влияние на экологические свойства окружающей
среды (концентрация золота в россыпях).

14.

Буферность почв как и всей геосистемы по
отношению к воздействию техногенных потоков
зависит от совокупности процессов, выводящих
избыточные деструкционно активные продукты
техногенеза из биологического круговорота:
1. процессов вымывания токсичных веществ за
пределы почвенного профиля;
2. процессов консервации токсичных веществ на
геохимических барьерах в недоступных живым
организмам формах;
3. процессов разложения токсичных химических
соединений до форм, неопасных для живых
организмов.

15.

Факторы, определяющие устойчивость
природных систем подразделяют на три группы:
1. Факторы, определяющие интенсивность
выноса и рассеяния продуктов техногенеза.
2.Возможные показатели рассеяния и выноса
продуктов техногенеза из атмосферы
3.Возможные показатели скорости миграции и
выноса продуктов техногенеза из почв и проточных
водоемов.

16.

2. Особенности функционирования
агроэкосистем в условиях техногенеза.

17.

Экосистемы – исторически сложившееся в
биосфере и на той или иной территории
открытые, но целостные и устойчивые системы
живых организмов.
Агроэкосистемы – вторичные измененные
человеком биогеоценозы, основу которых
составляют искусственно созданные биотические
сообщества, объединяемые видами живых
организмов. Особенность агросистем в отличии
от экосистем их неусточивость, то есть к
способности саморегуляции.

18.

Без участия человека они превращаются в
естественные биогеоценозы: орошаемые земли в
болота лесопосадки – в лес и т.д.
Уязвимость экосистем - неспособность
экосистем противостоять вредным внешним
воздействиям.
Устойчивость экосистем – это способность
экосистем сохранять структуру и нормальное
функционирование при изменениях
экологических факторов.

19.

В процессе круговорота веществ в
естественных экосистемах увеличивается
разнообразие веществ, повышается
устойчивость биологических систем,
поддерживаются их равновесие,
сбалансированность и происходит
саморегулирование.
Экосистема поддерживается в состоянии
динамического равновесия, обеспечивается ее
гомеостаз и устойчивость.

20.

Агроэкосистемы это «сверхсистемы»
включающие экологические,
экономические и социальные компоненты.
Агроэкосистемы это особый случай
экосистемы в которой количество чистой
продукции превышает обычный уровень
стабильность ее поддерживается за счет
дополнительной энергии.

21.

Структуру и функционирование ее
регулируют с помощью
дополнительного введения вещества
(удобрения, пестициды, мелиоранты) и
энергией для поддержания оптимальной
и стабильной продуктивности
выращиваемых культур и
предотвращения загрязнения ОС.

22.

Агроэкосистемы отличаются высокой
биологической продуктивностью и
доминированием одного или нескольких
избранных видов (сортов, пород)
растений или животных. Выращиваемые
культуры и разводимые животные
подвергаются искусственному, а не
естественному отбору.

23.

Агроэкосистемы с преобладанием зерновых культур
существуют не более одного года, многолетних трав —
3...4 года, плодовых культур — 20...30 лет, а затем они
распадаются и отмирают.
Лесные полезащитные полосы, являющиеся
элементами агроэкосистем, в степной зоне существуют
не менее 30 лет. Однако без поддержки человеком
(рубки ухода, дополнения) они постепенно «дичают»,
превращаясь в естественные экосистемы, или погибают.
Преобладающая разновидность агроэкосистем —
искусственные фитоценозы:
- окультуренные (планомерно эксплуатируемые луга
и пастбища);

24.

- полукультурные (непостоянно регулируемые
искусственные насаждения — сеяные,
многолетние луга);
- культурные (постоянно регулируемые
многолетние насаждения, полевые и огородные
культуры);
- интенсивно культурные (парниковые и
оранжерейные культуры, гидропоника,
аэропоника и другие, требующие создания и
поддержания особых почвенных, водных и
воздушных условий).

25.

Выделено пять видов агроэкосистемы:
1. Земледельческое, или полевое, землепользование —
богарные, орошаемые агроэкосистемы (ротации
зерновых, бобовых, кормовых, овощных, бахчевых,
технических и лекарственных, культур).
2. Плантационно-садовое землепользование —
плантационные агроэкосистемы (чайный куст, дерево
какао, кофейное дерево, сахарный тростник), садовые
агроэкосистемы (плодовые сады, ягодники,
виноградники).

26.

3. Пастбищное землепользование —
пастбищные агроэкосистемы (отгонные
пастбища: тундровые, пустынные, горные;
лесные пастбища; улучшенные пастбища;
сенокосы; окультуренные луга).
4. Смешанное землепользование —
смешанные агроэкосистемы, характеризующиеся
равнозначным соотношением и сочетанием
нескольких видов землепользования, а также
процессов получения как первичной, так и
вторичной биологической продукции.

27.

5. Землепользование в целях производства
вторичной биологической продукции —
агропромышленные экосистемы
(территории интенсивного
«индустриализированного» производства
молока, мяса, яиц и другой продукции на
основе преобладающих процессов
снабжения системы веществом и энергией
извне).

28.

3. Нормирование экотоксикантов в
агроэкосистемах.

29.

В последние годы из общего числа
экотоксикантов выделены вещества, которые в
малых дозах оказывают сильное индуцирующее
или ингибирующее действие на ферменты – так
называемые суперэкотоксиканты.
В их числе – хлорированые диоксины и
дибензофураны, полигалогенированные
бифенилы, бензантрацены, нитрозоамины,
нафтилнированные бифенилы, бензантрацены,
нитрозоамины, нафтиламины, радионуклиды,
хлор- и фосфорорганические пестициды и
тяжелые металлы, являющиеся
потенциальными мутагенами и канцерогенами.

30.

В настоящее время предложены следующие
подходы к ограничению загрязнения природной
среды:
- ограничения, основанные на обязательном
соблюдении норм качества окружающей среды, т.е.
санитарно-гигиенических требований (ПДК, ОДК и
др.)
- ограничения, основанные на установлении
предельных выбросов и сбросов загрязняющих
веществ в окружающую среду (ПДВ, ПДС и т.п.):
- ограничения, связанные с выбором и
соблюдением экономического оптимума при
анализе затрат и ущерба;
- ограничения на базе всестороннего анализа
природной среды.

31.

Загрязнение окружающей среды
тяжелыми металлами приводит к
деградации почвы, водоемов, причем все
возрастающая степень загрязнения может
оказаться необратимой.
Применение гигиенических нормативов
снижает степень загрязнения объектов
окружающей среды и открывает
возможность использования экономичных
новых технологий использования
природных ресурсов.

32.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) –
это такие концентрации вредных веществ,
которые практически не оказывают влияния на
здоровье человека и не вызывают
неблагоприятных последствий у его потомства.
Однако необходимо учитывать, что одни и те
же концентрации вредных веществ по-разному
воздействуют на организмы в зависимости от
того, где они находятся: в воздухе, воде или
почве.
Поэтому ПДК вредных веществ в разных
средах могут сильно различаться.

33.

Поступление тяжелых металлов в окружающую
среду имеет как естественное, так и техногенное
происхождение. Техногенная доля меди и цинка в
атмосфере составляет примерно 75%, кадмия и
ртути – 50% , никеля – 30%, кобальта – 10%.
Наиболее высокая эмиссия в атмосферу
характерна для свинца. По различным оценкам она
составляет от 50 до 80%.
Главными антропогенными источниками
поступления тяжелых металлов в объекты
биосферы являются предприятия по добыче и
производству цветных металлов и сплавов,
нефтепереработка, автомобильный транспорт и
химическая промышленность.

34.

Определены следующие значения предельнодопустимых концентраций меди:
1) медь металлическая - 1 мг/м3;
2) среднесменная – 0,5 мг/м3;
3) кремнемедистый сплав – 4 мг/м3;
4) оксида меди – 0,1 мг/м3;
5) для меди с добавкой до 3% графита, 10%
олова и 30% никеля – 0,5 мг/м3;
6) для пыли медно-сульфидной руды при
содержании свободной менее 10% - 4 мг/м3.
В качестве индивидуальной защиты в атмосфере
аэрозолей меди и ее соединений применяют
респираторы Ф-62, У-2К, «Астра-2», «Лепесток200», носят очки ПО-2, ПО-3 и противопылевые
очки.

35.

Цинк является биоэлементом и входит в состав
некоторых ферментов. Он является антагонистом
меди: добавление к пище меди снижает
токсическое действие цинка. В норме кровь
человека содержит 0,46-0,67, мягкие ткани 0,685,41, кости 10,1-17,8, волосы и ногти 16,3-22,4 мг
% цинка.
В процессе «литейной лихорадки» необходимы:
щелочные ингаляции, внутривенное введение
глюкозы (20 мл 40%-ного раствора) с 300 мг
аскорбиновой кислоты. Внутрь – крепкий сладкий
чай, кофе. По показаниям – сердечные, кислород,
покой, тепло.
Предельно допустимая концентрация для оксида
цинка 0,5 мг/м3.

36.

Предельно допустимая концентрация для свинца и его
неорганических соединений 0,01 мг/м3 а среднесменная
концентрация 0,007мг/м3. Для цирконата – титаната
свинца 0,1 мг/м3. Пыль оптического стекла, содержащего
свинец, рекомендовано нормировать по свинцу, то есть
0,01 мг/м3. Для пыли свинцово-силикатного волокна
марок В-50 и В-70 и пыли трехосновного сульфата свинца
– 0,01 мг/м3 в пересчете на свинец.
В качестве индивидуальной защиты в производстве
соединений свинца применяют респиратор «Лепесток»,
который задерживает 95-97% пыли свинца. При высоких
концентрациях паров применяют фильтрующий
противогаз или шланговые противогазы с
принудительной подачей чистого воздуха (ПШ-2 и др.) Во
время работы и в рабочих помещениях запрещены прием
пищи и курение.

37.

Различают три формы острого отравления
мышяком:
1) при поступлении яда в желудок (например, при
отравлении пестицидами) наиболее обычна
желудочно-кишечная форма;
2) при больших дозах развивается
паралитическая форма. Токсическая доза 0,01 –
0,05г (при повышенной чувствительности 0,001 г),
смертельная доза 0,06 – 0,20 г (иногда переносятся
и большие дозы);
3) в процессе вдыхания пыли мышьяковистых
соединений (например, при работах по сухому
протравливанию семян).
И т. д.

38. Предельно-допустимые концентрации вредных неорганических веществ в воздухе рабочей зоны и в атмосферном воздухе населенных мест

№
п/п
Соединение
Формула
Молекулярная
масса
ПДКр.з. (1)
1
Железа оксид
Fe2O3
159,7
10 (1)
3
Кадмий сернистый
CdS
144,46
0,1 (1)
6
Кадмия оксид
CdO
128,39
0,1 (1)
7
Кобальт
Co
58,93
0,5 (1)
10
Марганец
Mn
54,94
0,3 (1), 0,01 (3)
11
Медь
Cu
63,54
1 (1)
12
Молибден
Mo
95,94
> 4 (1)
15
Молибдена карбонил
Mo(CO)6
264,0
1 (1)
18
Мышьяка трехокись
As2O3
197,84
0,3 (1)
19
Никель
Ni
58,71
0,5 (1)
25
Ртуть
Hg
200,59
0,01 (1), 0,0003
(3)

39.

Требования потребителей к качеству воды зависят
от целей использования. Выделяют три вида
водопользования:
- хозяйственно-питьевое – использование водных
объектов или их участков в качестве источника
хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для
водоснабжения предприятий пищевой
промышленности;
- культурно-бытовое – использование водных
объектов для купания, занятий спортом и отдыха. К
этому виду водопользования относятся и участки
водных объектов, находящиеся в черте населенных
мест;
- водоемы рыбохозяйственного назначения.

40. Общие требования к составу и свойствам воды

Показатель
Плавающие примеси
Окраска
Виды водопользования
хозяйственнопитьевое
культурно-бытовое
0,25 мг/л
0,75 мг/л
Не должна обнаруживаться в столбике
Колифаги (в
бляшкообразующих
единицах)
0,75 мг/л
Вода не должна иметь окраски
10 см
Вода не должна приобретать запахов и
привкусов более 2 баллов,
обнаруживаемых
непосредственно или
после хлорирования
Возбудители
заболеваний
0,25 мг/л
На поверхности водоема не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна
минеральных масел и других примесей
20 см
Запахи, привкусы
рыбнохозяйственное
Вода не должна придавать посторонних
привкусов и запахов мясу рыбы
непосредственно
Вода не должна содержать возбудителей заболеваний, в том числе жизнеспособные яйца
гельминтов и цисты патогенных кишечных простейших
Не более 100 в 1 л
Сточная вода на выпуске в водный объект
не должна оказывать острого токсического
действия на тест-объекты

41. Суммарные концепции микроэлементов в поверхностном слое почв, считающиеся предельными в отношении фитотоксичности мг/кг сухой

массы
Элемент
Концентрация (по данным разных авторов)
Ковалевски
й
El-Bassam
Linzon
КабатаПендкас
Kloke
Kita-gischi
As
-
50
25
30
20
15
B
30
100
-
100
25
-
Cd
-
5
8
5
3
-
Cr
-
100
75
1000
100
-
Cu
60
100
100
100
100
125
Fe
-
500
-
1000
200
-
Hg
-
5
0.3
5
4
-
Pb
-
100
200
100
100
400
V
-
-
60
100
50
-
Zn
70
300
400
300
800
250

42. Предельно-допустимые концентрации тяжелых металлов в почве

Наименование вещества
Величина ПДК (мг/кг)
почвы с учетом фона
Лимитирующий
показатель вредности
Ванадий
150
Общесанитарный
Ванадий + марганец
100+1000
Общесанитарный
Мышьяк
2,0
Транслокационный
Ртуть
2,1
Транслокационный
Свинец
32,0
Общесанитарный
Свинец + ртуть
120,0+1,0
Транслокационный
Сурьма
4,5
Воздушномиграционный

43. Рекомендации ФАО/ВОЗ о допустимом еженедельном поступлении токсичных тяжелых металлов с пищей и другими источниками

Токсичные
тяжелые
Норма
металлы
мг на человека мг/кг массы тела
Ртуть (общая)
0,3
0,005
Метилртуть (в
пересчете на Hg)
0,2
0,003
Свинец
3
0,05
Кадмий
0,4 – 0,5
0,0067 – 0,0083

44. Допустимые остаточные количества металлов в основных группах пищевых продуктов (мг/кг сырого продукта)

Хлебные
Мясои
Молочные
продукты
зернопрод
укты
Овощи
Фрукты
Соки и
напитки
0,01
0,02
0,01
0,005
0,01
0,02
0,03
0,03
0,002
0,5
0,05
0,2
0,5
0,4
0,4
1
0,5
0,05
0,2
0,2
0,2
0,2
Медь
10
5
0,5
5
10
10
5
Цинк
40
40
5
25
10
10
10
Железо
30
50
3
50
50
50
15
Олово
200
200
100
-
200
100
100
Сурьма
0,5
0,1
0,05
0,1
0,3
0,3
0,2
Никель
0,5
0,5
0,1
0,5
0,5
0,5
0,3
Элемент
Рыбные
Ртуть
0,5
0,03
0,005
Кадмий
0,1
0,05
Свинец
1
Мышьяк