Биогеохимическая роль микроэлементов. Микроэлементы как загрязнители природной среды. Тяжелые металлы, миграция элементов на земной поверхности

Наибольший интерес представляют циклы биологически значимых элементов. В биомассе господствуют лишь четыре элемента – углерод, кислород, водород и азот. Причем наибольшая доля (около 80%) в составе живого вещества приходится на кислород и водород. Эти же элементы, как это видно из табл. 2.1, являются основными составляющими океанических вод и почвы. Заметная доля принадлежит фосфору и сере, являющимися важнейшими компонентами белка, хотя присутствуют в биомассе в меньших количествах (0,1 – 1,0%). Следующую группу элементов, содержание которых в организме колеблется в пределах 0,01 – 0,1%, составляют калий, натрий, магний и кальций. В микроконцентрациях всем организмам необходимы так называемые микроэлементы (медь, железо, алюминий, цинк, кремний, кобальт и др.). На сегодня установлена биологическая роль примерно двадцати двух элементов. Одним из важных показателей биологической значимости является время круговорота химического элемента, которое определяется как отношение биомассы (живого и мертвого вещества) к годичной продукции

Важная роль в изучении процессов, связанных с загрязнением окружающей среды, принадлежит микроэлементам, главным образом, металлам, которые являются продуктами техногенного происхождения. Перечень приоритетных загрязнителей при изучении мониторинга природных сред включает постоянно расширяющийся список элементов, среди которых наиболее важными считаются As, Hg, Cd, Pb, Cu и другие. Но не только значениями концентрации различных загрязнителей

определяется качество воды. Одним из важнейших параметров является количество растворенного в ней кислорода, концентрация которого обычно составляет СК=8-15 мг/л, значение СК=3 мг/л является минимально необходимым для существования популяции рыб. Этот показатель уменьшается с ростом температуры воды, а также с повышением концентрации загрязнителей.

В настоящее время природные и техногенные потоки вещества практически слились, образовывая объединенные техногенные геохимические аномалии. В результате производственной деятельности на различных участках суши создаются повышенные концентрации тяжелых металлов. В процессе техногенной деятельности металлы не только интенсивно перекачиваются из недр на земную поверхность, но и рассеиваются, переходя в высокоактивное мелкодисперсное и растворимое состояние.

За всю историю человечество выплавило примерно 20 млрд т железа, из них почти половина рассеяна в окружающей среде. На протяжении года рассеивается более 25% произведенного железа. Другие металлы рассеиваются еще интенсивнее, например для свинца и ртути это 80 – 90% годового производства. Промышленное производство некоторых металлов уже сейчас превышает потоки их техногенной миграции. Примером могут служить железо и медь, а добыча свинца в 25 раз превышает его потоки в природной миграции. Мощная воздушная миграция металлов возникает при сжигании органического топлива, сотни тысяч тонн тяжелых металлов в виде мелких аэрозольных частиц поступают в атмосферу и на поверхность водной среды, загрязняя их.

Природные ресурсы и ограничения в их использовании. Возобновимые и невозобновимые ресурсы. Ресурсы воды, почв и дикой природы. Применение удобрений и пестицидов и загрязнение природной среды

Лимиты природопользования представляют собой предельные нормы воздействия на окружающую природную среду. Применительно к двум основным формам такого воздействия (использованию и охране окружающей среды) законодательством предусмотрено два вида лимитов: объемы предельного использования природных ресурсов (предельно допустимые нормы изъятия природного вещества из окружающей среды) и предельно допустимые нормы загрязнения окружающей среды (выбросов, сбросов загрязняющих веществ, размещения отходов). Например, лимиты водопотребления, расчетная лесосека (объем вырубки леса), квоты вылова рыбы, объемы добычи полезных ископаемых, нормы отстрела диких животных, нормативы предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и т. д. Лимиты природопользования устанавливаются специально уполномоченными органами экологического управления (например, Министерством природных ресурсов РФ, Федеральной службой лесного хозяйства России и др.) конкретным природопользователям по отдельным территориям и на определенные сроки, исходя из необходимости поэтапного достижения нормативных объемов использования природных ресурсов, предельно допустимых выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, нормативных объемов размещения отходов производства с учетом экологической обстановки. Виды лимитов природопользования, порядок их разработки и утверждения определяются экологическим законодательством - Водным кодексом РФ, Лесным кодексом РФ, Законом РФ «О недрах» и другими федеральными законами, а также специальными нормативными актами, посвященными данным вопросам. Возобновляемые ресурсы – ресурсы, темпы потребления которых не должны превышать темпов регенерации (почвы, вода, лес и др.). Невозобновляемые ресурсы – ресурсы, темпы потребления которых не должны превышать темпов их замены на возобновляемые ресурсы (ископаемое топливо, минеральные руды, грунтовые воды). Cвойство удобрений повышать плодородие почв и урожайность выращиваемых человеком культурных растений известно издревле. В качестве удобрений в течение многих тысячелетий используются компосты, птичий помет, перегной, навоз. Перечисленные удобрения относятся к органическим. Характеристики почвы можно улучшить применением минеральных (химических) удобрений, которые содержат в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений, микроэлементы (марганец, медь и др.). С помощью минеральных удобрений можно поддерживать баланс азота, фосфора, калия в почве. При необходимости коррекции величины водородного показателя рН в почву вносят известь или гипс. В качестве удобрений сегодня используются культуры микроорганизмов, бактерий, переводящих органические и минеральные вещества в форму, легко усваиваемую растениями. Пестициды используются человеком для защиты растений, сельскохозяйственных продуктов, древесины, изделий из шерсти, хлопка, кожи, в качестве преграды воздействию вредителей и для борьбы с переносчиками заболеваний. Пестициды - химические вещества, использование которых неизбежно оказывает отрицательное воздействие на человека и природную среду. Применение гербицидов и ядохимикатов вызывает гибель ряда почвенных организмов, изменение почвообразовательного процесса. Загрязнение Природной Среды - физическое, химическое, радиационное. ароматическое, биологическое или иное изменение качества вод, воздуха, почвы, лесов, превышающее установленные нормативы вредного воздействия на окружающую природную среду (ОПС) и создающее в результате этого угрозу здоровью населения, состоянию растительного и животного мира. генофонду человека, животных и растений. озоновому слою. Разновидность загрязнения -отравление ОПС ядовитыми веществами и отходами, а также шумовое, вибрационное, электромагнитное, ультразвуковое, тепловое воздействие на нее, заражение. Заражение представляет собой внесение в ОПС возбудителей болезней животных, растений и человека, а также вредителей растительности, способных к быстрому размножению. Загрязнение может повлечь административную либо уголовную ответственность.

26. Пищевые ресурсы. Возможности человечества обеспечивать необходимый уровень потребления пищевых ресурсов. Энергетическая стоимость получения единицы с/х продукции

Для жизни каждого человека в год необходимо приблизительно 200 т твердых веществ, которые он с помощью почти 800 т воды и в среднем 1000 Вт энергии превращает в полезный для себя продукт. Производство пищевой энергии на 80% формируется на основе зерновых культур. Обрабатываемые земли, занимающие около 11% мирового земельного фонда, поставляют 88% необходимых продуктов питания. Поэтому производство зерновых составляет фундамент современной цивилизации. «Зеленая революция» второй половины XX в. кардинально не смогла решить проблему обеспечения человеческого сообщества основополагающими продуктами потребления. Не удалось даже просто накормить население планеты. Более того именно решение продовольственной проблемы во всемирных масштабах показало всю сложность стоящих перед человечеством проблем. За вторую половину минувшего столетия производство зерна в мире выросло примерно в 3 раза, что превысило темпы роста мирового населения, повышая и душевое потребление.

Однако увеличение численности населения за тот же промежуток времени почти в 2,5 раза существеннейшим образом понизило темпы прироста мирового производства зерна на душу населения. Максимальный уровень повышения последнего показателя не превзошел 40%. Несмотря на гигантские успехи сельского хозяйства, рост мирового производства зерна на рубеже веков практически прекратился, а среднедушевая обеспеченность зерновыми в мире с середины 80-х годов неизменно снижается. Поднявшись с величины 268 кг/чел. в 1950 г., среднемировая обеспеченность зерновыми достигла максимума в 370 кг/чел. в 1984 г., а затем снизилась до 310 кг/чел. к 2000 г.

Душевое производство зерна в развивающихся странах намного ниже, чем в развитых странах. Это не позволяет добиться кардинального улучшения питания и обеспечить полноценный пищевой рацион для большинства населения. Совершенно другое положение в Канаде и США, где та величина составляет 1700 и 1200 кг/чел. соответственно. Мировая продовольственная проблема осталась нерешенной: абсолютное число голодающих на Земле людей постоянно растет. В конце прошлого столетия число постоянно голодных людей на планете составило более чем 800 млн чел. Большая часть человечества страдает от калорийной и белковой недостаточности, от дефицита питательных микроэлементов. По европейским стандартам потребления продуктов питания человечество способно прокормить менее половины проживающих на Земле людей.

Одним из очевидных пределов производства продуктов питания является сама земля. Суммарная площадь пахотных земель на рубеже веков составляла около 1,35 млрд га. При этом реально обеспеченность населения мировыми ресурсами пахотных земель снижалась весь прошедший век, возможно достигнув критического уровня. К середине XX в. все основные земельные ресурсы планеты были уже использованы, а после 1981 г. стала сокращаться и общая площадь пашни под зерновые культуры. Высокая концентрация посевов зерновых и накопление в почве отходов жизнедеятельности монокультур приводят к деградации сельскохозяйственных угодий. Прогнозируется, что при дальнейшем росте населения и возможным некоторым сокращением посевов зерновых их площадь на душу населения сократится до 0,07 га/чел. к 2050 г. По климатическим данным, пустыни и полупустыни занимают более трети поверхности суши, и на этой территории проживает почти 1 млрд чел. Только в результате хозяйственной деятельности людей в последней четверти XX в. появилось свыше 9 млн км² пустынь, увеличив их долю до почти 40% площади суши. А еще 30 млн км² (почти 1/5 суши) находятся под угрозой опустынивания. На рис. 5.10 и в табл. 5.4 представлено мировое производство и потребление зерновых культур. Наметилось снижение мирового производства вместе с запасами зерновых в абсолютных единицах. Мировое производство зерна в 2006 – 2007 гг. составило 1568 млн т против 1602 млн т в предыдущих годах, мировые запасы зерна – 259 млн т против 315 млн т соответственно. Представленные данные показывают, что сельскохозяйственный потенциал предыдущего этапа развития человеческого общества исчерпан. Рассматривая положение дел с другими основными продуктами питания человека: мясом и рыбой, необходимо отметить следующее. Вытеснение пастбищного животноводства и естественного рыболовства откормом животных на основе роста производства зерна и соевых бобов и искусственным разведением рыбы снова возвращает проблему обеспечения человечества продуктами питания к увеличению объемов зерновых культур.

Например, на производство 1 кг говядины требуется примерно 7 кг зерна, свинины – около 4 кг, птицы – 2 кг, а на 1 кг прироста рыбной продукции расходуется также 2 кг зерна. В конце XX в. более трети мирового урожая зерна использовалось для откорма скота и птицы, поставляющие людям мясо, молоко и яйца. Технологии искусственного откармливания позволили существенно повысить мировое душевое потребление мяса в конце прошлого века до 36 кг/чел. в год, тем не менее уровень их производства значительно ниже сбалансированного пищевого рациона. К тому же сохраняется огромное региональное неравенство в потреблении мяса, в душевом исчислении – в десятки раз.

Чрезмерный рост уловов на протяжении XX столетия поставил под угрозу устойчивое воспроизводство мировых запасов рыбы. Сейчас уже 11 из 15 главных промысловых регионов серьезно истощены, а вылов 70% важнейших видов рыбы близок к биологическому пределу. Естественный улов рыбы на душу населения прошел свой пик в 1988 г. (17 кг/чел.), после чего стал неуклонно снижаться. Уделом наших дней становится прекращение абсолютного прироста мирового улова, и ухудшение качества рыбной продукции за счет увеличения доли низкосортных пород. В конце прошлого века уже каждая четвертая съедаемая в мире рыба была выращена искусственно, но подобный путь развития, как и рост производства мяса, наталкивается на ограниченность кормовой базы животноводства и рыбоводства.

Date: 2015-09-20; view: 598; Нарушение авторских прав