Учение о биосфере. Экологические проблемы развития сельского хозяйства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по дисциплине Биология с основами экологии и географии

Студента 4 курса группы «ЭСХМ-481» по специальности

35.02.16 Эксплуатация и ремонт с/х техники и оборудования

заочной формы обучения Муц Дмитрий Николаевич

Содержание

биосфера сельский экологический животноводство

1. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Роль живых организмов в биосфере. Биомасса. Круговорот важнейших биогенных элементов (на примере углерода, азота и др.) в биосфере

2. Особенности среды обитания человека в условиях сельской местности. Сельское хозяйство и его экологические проблемы. Пути решения экологических проблем сельского хозяйства

3. Ведущие мировые районы товарного животноводства. Распределение по миру

Список литературных источников

1. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Роль живых организмов в биосфере. Биомасса. Круговорот важнейших биогенных элементов (на примере углерода, азота и др.) в биосфере

Учение Вернадского базируется на глубоких знаниях русского ученого в области биологии, биогеохимии и других наук, без которых невозможно системное понимание происходящих в живой природе процессов. До периода работы над своим фундаментальным учением автор изложил его основы в научных работах в области химии, минералогии, биохимии. Само учение о биосфере как самостоятельный научный труд было создано в 1926 году.

Хотя термин “биосфера” был введен в науку до учения Вернадского, именно его трактовка стала общеупотребительной. Сам Вернадский определял биосферу как “область существования живого вещества”, включая в нее три оболочки нашей планеты: литосферу, гидросферу и атмосферу. Другими словами, эта сложнейшая система охватывает собой все места существования жизни Земле:

- сушу (на поверхности и в недрах почвы);

- воду и подводное пространство;

- воздушную прослойку Земли.

Воздушная среда в биосфере является верхним слоем. Его границы определяются уровнем проникновения агрессивного ультрафиолетового излучения: наверху тропосферы (над воздушной оболочкой Земли) жесткий ультрафиолет не дает развиваться живым организмам, а значит, границы биосферы заканчиваются. Верхняя граница биосферы находится на высоте 20 км над уровнем моря.

Состав биосферы по Вернадскому представлен следующими структурами:

1. Живое вещество. Ученый определял его как совокупность всех живых существ, населяющих планету в текущее время.

2. Биогенная материя. Это продукты жизнедеятельности живых существ.

3. Косное вещество. По учению Вернадского, это элемент биосферы, который образуется без вклада живой материи. К косному веществу ученый относил горные породы (небиогенные), а также минералы.

4. Биокосное вещество. Этот структурный элемент биосферы образован взаимодействием живого вещества и неживых структур. К биокосному веществу ученый относил воду, почву, атмосферу у поверхности Земли.

Под термином “биомасса” (живое вещество) понимается все многообразие живых организмов, населяющих планету. Объемная доля каждого из царств (растения, животные, грибы, вирусы, бактерии) в общем количестве биомассы разная. Вес живого вещества подсчитывается по содержанию в нем углерода (основного элемента живой ткани) и измеряется в гигатоннах углерода (ГтС). После эмпирических подсчетов выяснилось, что самая значительная доля биомассы планеты приходится на:

растения (450 ГтС);

бактерии (70 ГтС);

грибы (12 ГтС).

Значение теории Вернадского для науки в том, что это учение связывает все живое на планете в единую систему, каждый элемент которой влияет на все остальные. Человек, как мыслящее существо, обязан делать все для того, чтобы свести к минимуму свое негативное влияние на биосферу планеты [2].

Процессы фотосинтеза органических веществ продолжаются сотни миллионов лет. Но поскольку Земля конечное физическое тело, то любые химические элементы также физически конечны. За миллионы лет они должны, казалось бы, оказаться исчерпанными. Однако этого не происходит. Более того, человек постоянно интенсифицирует этот процесс, повышая продуктивность созданных им экосистем.

Все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимического кругооборота веществ. Выделяют 2 основных кругооборота большой или геологический и малый или химический.

Большой кругооборот длится миллионы лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан или частично возвращаются на сушу вместе с осадками. Процессы опускания материков и поднятия морского дна в течении длительного времени приводят к возвращению на сушу этих веществ. И процессы начинаются вновь.

Малый кругооборот, являясь частью большого, происходит на уровне экосистемы и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы. Продукты распада почвенной микрофлоры вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вновь вовлекаются в поток вещества.

Кругооборот химических веществ из неорганической среды через растения и животные обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии химической реакций называется биохимическим циклом.

1. Кругооборот углерода.

Сложный механизм эволюции на Земле определяется химическим элементом «углерод». Углерод - составная часть скальных пород и в виде СО- часть атмосферного воздуха. Источники СО - вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др.

Атмосфера интенсивно обменивается СО с мировым океаном, где его в 60 раз больше, чем в атмосфере, так как СО хорошо растворяется в воде (чем ниже температура - тем выше растворимость, то есть СО больше в низких широтах). Океан действует как гигантский насос: поглощает СО в холодных областях и частично «выдувает» в тропиках.

Избыточное количество СО в океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Соединяясь с Са, К, Na, образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые оседают на дно.

Фитопланктон в океане в процессе фотосинтеза поглощает СО. Умирая, организмы попадают на дно и становятся частью осадочных пород. Это показывает взаимодействие большого и малого кругооборота веществ.

2. Кругооборот фосфора.

Этот элемент входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток, в костную ткань. В различных минералах фосфор содержится в виде ионов PO. Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают ионы PO из водного раствора и включают в состав различных органов соединений. По пищевым цепям он переходит от растений к другим организмам. На каждом этапе фосфор может быть выведен из организма в составе мочи.

Разница с кругооборотом углерода - в кругообороте углерода есть газообразная фаза (СО2), у фосфора - газовой фазы нет.

Фосфаты циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие фосфор отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так и происходит. Фосфор может также поступать с моющими средствами и удобрениями.

3. Кругооборот азота.

Азот входит в состав белков. Кругооборот азота несколько сложен, т.к. он включает газообразную и минеральную фазу. Основная часть азота находится в воздухе (78%). Однако растения не могут усваивать азот непосредственно, а только в виде ионов NH4+ и NO3-.

Существуют бактерии и сине-зелёные водоросли, способные превращать газообразный азот в ионы. Важнейшую роль среди азотофиксирующих организмов играют бактерии, живущие на клубеньках бобовых растений. Растения обеспечивают бактерии местообитанием и пищей (сахарами), получая от них взамен доступную форму азота. По пищевым цепям органический азот передаётся от бобовых к другим организмам экосистемы. Органические соединения азота после гибели организмов при помощи бактерий разлагаются до аммиака и нитратов (NO3). Нитраты частично вновь поглощаются растениями, частично восстанавливаются до N2, вновь поступающего в атмосферу.

Насколько регулярно осуществляется кругооборот любого элемента, зависит продуктивность экосистемы, что важно для сельского хозяйства и выращивания лесов. Вмешательство человека нарушает процессы кругооборота. Вырубка леса и сжигание топлива влияет на кругооборот углерода.

Считается, что время переноса:

- углерода - 8 лет,

- азота - 110 лет,

- кислорода - 2500 лет.

4. Кругооборот воды.

Нам знакомы 3 состояния воды: твёрдое - лёд, жидкое - собственно вода, газообразное - водяной пар. Количество водяного пара в воздухе определяют, как влажность, обычно в %.

Главный источник поступления воды - атмосферные осадки, а главный источник расхода - испарение.

Продолжительность кругооборота:

- океан (3000 лет),

- подземные воды (5000 лет),

- полярные ледники (8500 лет),

- озера (17 лет),

- реки (10 дней),

- вода в живых организмах - несколько часов.

Так как океаны занимают 70% поверхности Земли, то вода попадает в воздух, главным образом, испаряясь с поверхности океана. Испарение идёт с поверхности озёр, рек, почвы и т.д.

Когда воздух, максимально насыщенный водяным паром, охлаждается, то вода конденсируется: её молекулы соединяются в капельки. В атмосфере вода конденсируется на частичках пыли, в результате чего образуются туман и облака. Когда эти капли или кристаллики льда становятся достаточно крупными, то идёт дождь или снег.

Вода, попадающая на землю, или впитывается в почву или стекает по ней. По поверхности вода стекает в ручьи, реки, далее в океан, где происходит испарение. Вода, впитавшаяся в почву, или удерживается в почве в количестве, зависящем от водоудерживающей способности почвы, и возвращается в атмосферу при испарении, или просачивается вниз по трещинам под действием силы тяжести, достигая непроницаемого слоя горной породы, накапливается и называется грунтовыми водами. Далее вода вытекает на поверхность и образует родники, а родники питают ручьи и т.д.

При испарении в воздух поднимаются только молекулы воды, а соли и другие вещества остаются на земле. Когда водяной пар конденсируется из него образуется только вода. То есть земля и атмосфера работают, как гигантский опреснитель и очиститель [1, c. 32].

2. Особенности среды обитания человека в условиях сельской местности. Сельское хозяйство и его экологические проблемы. Пути решения экологических проблем сельского хозяйства

Село представляет собой небольшой населенный пункт, жители которого в преимущественном большинстве заняты в сельскохозяйственном производстве.

Самым большим преимуществом жизни в селе является экологическая безопасность. Отсутствие промышленных центров и соседство с природой благоприятно влияет на окружающую среду.

Главным недостатком является то, что в некоторых селах недостаточно развиты коммуникации: нет газопроводов, канализации, водопроводов, что существенно усложняет быт жителей села. Хороший уровень жизни селян напрямую связан с уровнем развития сельского хозяйства.

Упадок сельскохозяйственного производства порождает безработицу, что в свою очередь ведет к таким проблемам как пьянство и повышение уровня преступности.

Сельское хозяйство и его экологические проблемы.

Сельское хозяйство, как никакая другая отрасль, оказывает непосредственное воздействие на экологическую среду. Во многом это обусловлено тем, что достаточно внушительные территории уходят под занятие данным видом деятельности. Вследствие этого проходят изменения в ландшафте планеты. Именно поэтом находящиеся рядом территории со временем теряют свои отличительные природные характеристики.

Наиболее сильное влияние на окружающую среду оказывает непосредственно земледелие. Столь сильное влияние земледелия обусловлено рядом факторов:

- распашка земель и устранение естественной растительности зоны;

- рыхление почвы, в особенности это касается моментов использования определенных приспособлений, таких как отвальный плуг;

- использование в процессе земледелия ядохимикатов и минеральных удобрений;

- мелиорация земель.

Вследствие воздействия негативных факторов, почва теряет свои качественные характеристики. Почвенные экосистемы разрушаются, слой гумуса исчезает или становится относительно мизерным, не способным обеспечить весь объем потребностей в нем. Стоит отметить, что почва уплотняется и ее структура постепенно теряет былую упорядоченность. Одним из основных негативных последствий является эрозия почв.

Ряд современных технологий позволяет минимизировать или вообще ликвидировать негативный эффект от осуществления сельскохозяйственной деятельности. Это, например, точное земледелие.

Животноводство влияет на природу меньше. Его факторы воздействия таковы:

- перевыпас - то есть выпас скота в количествах превышающих способности пастбищ к восстановлению

- непереработанные отходы животноводческих комплексов.

К общим нарушениям, вызываемым сельскохозяйственной деятельностью можно отнести:

- загрязнение поверхностных вод (рек, озёр, морей) и деградация водных экосистем при эвтрофикации; загрязнение грунтовых вод;

- сведение лесов и деградация лесных экосистем (обезлесивание);

- нарушение водного режима на значительных территориях (при осушении или орошении);

- опустынивание в результате комплексного нарушения почв и растительного покрова;

- уничтожение природных мест обитаний многих видов живых организмов и как следствие вымирание и исчезновение редких и прочих видов.

Экологические проблемы, вызванные внутренними и внешними факторами в сельском хозяйстве:

Пути решения экологических проблем сельского хозяйства:

- точное земледелие

В основе научной концепции точного земледелия лежат представления о существовании неоднородностей в пределах одного поля. Для оценки и детектирования этих неоднородностей используются новейшие технологии, такие как системы глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАСС), специальные датчики, аэрофотоснимки и снимки со спутников, а также специальные программы для агроменеджмента на базе геоинформационных систем. Собранные данные используются для более точной оценки оптимумов плотности высева, расчёта норм внесения удобрений и средств защиты растений, более точного предсказания урожайности и финансового планирования. Данная концепция требует обязательно принимать во внимание локальные особенности почвы/климатические условия. В отдельных случаях это может позволить легче установить локальные причины болезней или уплотнений.

- почвозащитное земледелие

Во всем мире, на протяжение веков для обработки почвы применяли отвальную вспашку, но человек переворачивая грунт разрушает структуру почвы это приводит к ее деградации. Отрицательное влияние вспашки почвы на сельскохозяйственную продуктивность и экологию среды в последнее время документально зафиксировано во всех странах мира. Это привело к созданию альтернативной сельскохозяйственной практике почвозащитного земледелия. При этой инновационной технологии отсутствует какая-либо обработка почвы, а растительные остатки остаются на поверхности почвы. Таким образом, почва остается при этом нетронутой от уборки зерновых до посева зерновых и от посева до уборки пшеницы.

Применение почвозащитной технологии и понимания ее значимости для новой агрокультуры поможет предотвратить эрозию почвы, избежать загрязнение воды и воздуха, снизить производственные затраты и повысить урожайность. Но таких результатов можно достичь только с применением системного подхода.

Почвозащитное земледелие - это система, а система нужна во всем, в том числе и растениеводстве. Система позволяет учитывать малейшие нюансы производства и оптимизировать его затратную часть.

- органическое сельское хозяйство

Органическое (экологическое, биологическое) сельское хозяйство -- форма ведения сельского хозяйства, в рамках которой происходит сознательная минимизация использования синтетических удобрений, пестицидов, регуляторов роста растений, кормовых добавок. Напротив, для увеличения урожайности, обеспечения культурных растений элементами минерального питания, борьбы с вредителями и сорняками, активнее применяется эффект севооборотов, органических удобрений (навоз, компосты, пожнивные остатки, сидераты и др.), различных методов обработки почвы и т. п.

- хомобиотический оборот

ХБО - хомобиотический оборот - оборот биогенных веществ, энергии и информации управляемый человеком разумным.

ХБО - это новая философия землепользования, позволяющая «человеку разумному» вписаться в окружающую среду, не угнетая природные ландшафты, а восстанавливая их. В этой философии технологии должны повторять природные процессы, а отходы исчезают как понятие. Все отходы перерабатываются почвенными черноземообразующими организмами.

Полученные при переработке отходов почвы превосходят девственные черноземы по производительности и возвращают выращенным на них растениям природный вкус и целебные свойства. Эти почвы называются экочернозёмы. Полученный на базе экочернозёмов почвенный раствор сохраняет свои свойства возрождать плодородие и иммунную систему растений и при значительном разбавлении.

- химизация сельского хозяйства

Широкое внедрение достижений химии во все с.-х. процессы, связанные с созданием, защитой и хранением урожая, химизация. с. х. заключается в применении минеральных удобрений, химических средств борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений и сорняками (дезинфицирующие вещества, протравители, фунгициды, инсектициды, химическая стерилизация почвы и т. д.) [3].

3. Ведущие мировые районы товарного животноводства. Распределение по миру

Территориальные особенности России позволяют определенным регионам выращивать конкретные виды скота, так отдельно выделяют районы молочного и мясного животноводства, обусловленные теми или иными географическими и климатическими факторами. Понимание предпочтительного выбора направления для бизнеса, согласно территориальному делению, позволит фермеру получить большую прибыль.

Животноводство включает множество отраслевых направлений, которые различают по виду разводимых животных: скотоводство, свиноводство, овцеводство, птицеводство, рыбоводство и т.д. Доминирование отдельных отраслей в различных регионах мира определяется как природно-климатическими условиями, более подходящими для определенных животных, так и культурно-экономическими традициями проживающих там народов.

География растениеводства и животноводства в целом схожа и сельскохозяйственные районы с наибольшей продуктивностью у них совпадают. Как и растениеводство, животноводческая отрасль распространена по всему миру и приспосабливается к любым климатическим условиям. При этом в мировом масштабе площадь природных и посевных пастбищ втрое превышает площадь пашни. Но даже с учетом того, что для любой климатической зоны можно найти высокопродуктивный вид сельскохозяйственных животных, основным производителем животноводческой продукции являются регионы, лежащие в умеренном поясе.

По большому счету, география мирового животноводства строится на возможностях разведения крупного рогатого скота, свиней и овец. Там, где есть возможность с высокой долей эффективности разводить КРС, фермеры специализируются именно на нем. В остальных регионах разводят свиней и овец. Периферией мирового животноводства являются регионы, где в силу природно-климатических условий разведение этих животных невозможно или нерационально. Происходит это в первую очередь потому, что вся животноводческая отрасль «стоит на плечах» у растениеводства. Там, где климатические условия позволяют в больших объемах выращивать фуражное зерно и кормовые культуры (а это и есть умеренный пояс), там возможно интенсивное животноводство. Это и есть та причина, по которой ведущие мировые районы растениеводства и товарного животноводства совпадают.

Еще одной особенностью животноводческой отрасли является разительный контраст в уровне ее развития в богатых и развивающихся странах. Высокая степень индустриализации и продвинутая научная база позволили развитым странам обеспечить животноводство высокопродуктивными породами животных и передовым оборудованием, радикально снижающим трудозатраты. И в то время как многие развивающиеся страны испытывают нехватку продовольствия, развитые наоборот вынуждены сдерживать развитие отрасли, дабы предотвратить кризис перепроизводства.

Благоприятные климатические условия и высокий технологический уровень перечисленных выше государств позволяет им вести молочное животноводство на интенсивной основе. Естественные кормовые угодья здесь удобряются и увлажняются для большей производительности, используются племенные высокопродуктивные породы животных, а самые трудоемкие виды работ максимально механизированы и даже автоматизированы. Результатом этого является высокая продуктивность молочного скота. Например, в США, Голландии, Дании, Швеции одна корова дает более 8-9 тыс. кг молока в год. В то время как в Индии, считающейся одним из мировых лидеров по валовому надою, одна корова дает менее 3 тыс. кг молока в год.

Ежегодно в мире производится около 600-700 млн. т. коровьего молока, то есть около 100 кг на человека. Лидерами по этому показателю являются Новая Зеландия (2400 кг на человека), Ирландия (1500 кг), Голландия (900), Беларусь (700), Дания (500). Эти же страны являются крупными экспортерами молочной продукции.

Районы животноводства, где доминирует свиноводство -- это, прежде всего, густонаселенные регионы планеты: страны Юго-Восточной Азии, Европа и США. Мировыми лидерами по численности поголовья являются Китай (около 40% мирового поголовья), США, Бразилия, Мексика, ФРГ, Польша, Россия, Украина, Япония.

Птицеводство является самой быстро растущей отраслью животноводства, которая дает порядка 20% мяса, а также обеспечивает продовольственный рынок яйцами. Поскольку птицу относительно просто содержать в закрытых помещениях, крупные птицефабрики существуют практически по всему миру. Однако в абсолютных цифрах по численности поголовья лидируют Китай (более 5,5 млрд голов) и США (более 2,5 млрд голов), далее по величине поголовья идут Бразилия, Индия, Индонезия, Турция, Таиланд, Иран.

В России представлены все основные отрасли животноводства, в том числе и те, которые для большинства стран мира являются экзотичными.

Важнейшим направлением российской животноводческой отрасли является скотоводство. Крупный рогатый скот в России разводят в первую очередь ради молока (коровы дают более 90% всего молока в стране), но и в производстве мяса ему также отводится первоочередная роль (более 40% отечественного мяса). Молочное скотоводство сосредоточено в основном в западных регионах России и в первую очередь на юге. Основные районы животноводства в России: Северный Кавказ, Черноземье, Поволжье. Также достаточно многочисленное поголовье КРС в Северном и Северо-Западном экономических районах, на Урале и Дальнем Востоке.

Основными районами разведения свиней в России являются Северный Кавказ, Поволжье и центр Черноземья.

Овцеводство также достаточно хорошо развито в России, но его география не столь обширна. Самые большие стада сосредоточены в засушливых и горных районах Северного Кавказа, Южном Заволжье и на юге Западной Сибири.

Птицеводческие хозяйства, расположенные практически по всей территории страны, обеспечивают население диетическим мясом и яйцами. Самое большое поголовье птицы -- в южных регионах западной части страны: на Северном Кавказе, на юге Центрального Черноземья, в Поволжье.

Коневодство, как мясо-молочная отрасль, распространено в основном в регионах проживания народов алтайской языковой семьи. Башкирия, Татарстан, Бурятия, Тува, Алтай -- главные районы животноводства этого направления. Также лошадей разводят в Якутии и ряде районов Северного Кавказа.

В северных тундровых и таежных регионах страны развито оленеводство. Самые большие стада зарегистрированы в хозяйствах Ямало-Ненецкого автономного округа, Якутии, Чукотского автономного округа и Ненецкого автономного округа [4].

Список литературных источников

1. Биология: конспект лекций по дисциплине для студентов СПО специальностей технического профиля / И.Н. Рыбалкина. Таганрог: ТФ ГБПОУ РО «ДСК», 2016. 111 [3] с.

2. https://cleanbin.ru/terms/teachings-of-vernadsky

3. http://ashanova.ru/obuchenie/ekologiya/108-osobennosti-sredy-obitaniya-cheloveka-v-usloviyakh-selskoj-mestnosti-selskoe-khozyajstvo-i-ego-ekologicheskie-problemy.

4. https://сельхозпортал.рф/articles/rajony-zhivotnovodstva/.

Размещено на Allbest.ru