Лекция 1 История науки. Предмет экологии. Направления экологии. Подходы и методы экологии

Существует масса способов искусственного орошения: капельное, подпочвенное, рукотворный дождь (обстрел химикатами облаков). Однако из-за неумелого полива часто происходит процесс засоления. Отсутствие стока излишков воды вызывает подъем грунтовых вод, богатых солями. Испаряясь, вода для орошения оставляет на месте плодородных земель солончаки. В Пакистане за последние 2 десятилетия более 2 млн. га превратились в солевые пустыни. Опасно вести орошение минерализованными водами. Частый спутник ирригации заболачивание. При избытке влаги или недостаточном испарении повышается уровень грунтовых вод, и местность превращается в болото.
Удобрения. Для улучшения почвенной структуры и предотвращения деградации, а также интенсификации роста растений применяют удобрения.
Некоторые химические соединения очень важны для растений, так как помогают их росту. Большинство растений получают эти соединения из почвы. Соединения ра- створяются в воде и через корни поступают в растения. Соединения, поглощаемые из почвы, обычно называют минералами.
Углерод поступает к растениям в форме углекислого газа (диоксида углерода) через листья. Растения, поглощая углекислый газ, производят ежегодно до 200 миллиардов тонн органических веществ. Эти органические вещества (главным образом в форме углеводородов, протеина и растительного масла) используются для формирования стенок растений и мембран.
Азот. Только немногие организмы могут его использовать непосредственно.
Высшие зеленые растения обычно получают его из почвы в виде нитратов, иногда ионов аммония, нитритов, мочевины и аминокислот. Азот нужен для формирования аминокислот, а следовательно, и протеинов. Азот нужен для синтеза и некоторым другим соединениям, таким как пурины и пиримидины. Зеленый пигмент растений хлорофилл для своего формирования также требует азот. Использование азота в земледелии значительно повышает урожаи. В почву вносят сульфат и хлорид аммония, аммиачную селитру, натриевую и калиевую селитру, карбамида.
Водород поступает к растениям в комбинации с кислородом, как вода. Он нужен для формирования структуры растений. Внутриклеточная жидкость и клеточный сок содержат существенную концентрацию водорода в ионной форме. Поддержание этой концентрации очень важно для того, чтобы многие метаболические процессы протекали эффективно.
Кислород проникает в растения тремя способами: в комбинации с углеродом как углекислый газ, с водородом как вода или как молекулярный кислород непосредственно из атмосферы через листья. Наряду с тем, что он имеет первоочередную важность для формирования органических материалов, он также важен для аэробной респирации.
Железо. Его недостаток сильно замедляет образование хлорофилла, который чрезвычайно важен для зеленого растения. Если железо не поглощается, развивается хлорозис, и листья бледнеют.
Фосфор поглощается в форме фосфатов. Большая часть растительного вещества содержит фосфатную группу. Наиболее важный пример — это богатый энергией аденозинтрифосфат. Фосфор вовлекается в процессы, требующие больших затрат

энергии, он оказывает стимулирующее воздействие на активно растущие части растений, такие как почки и корневые волосики. В почву вносят суперфосфат, аммофоса.
Сера поглощается из почвы. Она встречается в некоторых аминокислотах и через них — в протеинах. При отсутствии серы листья приобретают бледно-зеленый цвет.
В почву вносят в виде сульфата аммония.
Калий — наиболее распространенный электроположительный ион в растениях.
Растущие участки растений и листьев содержат его высокие концентрации. Ионы участвуют в синтезе протеина и образовании хлорофилла.
Магний поглощается растениями в ионной форме. Как составляющая хлорофилла, он существенен. Отсутствие магния приводит к хлорозису.
Кальций используется во многих важных структурных формированиях. Растения поглощают его в ионной форме. Рост растительной клетки требует кальция, без присутствия этого иона невозможен процесс построения клеточных стенок
Описанные элементы являются существенными питательными веществами не только растений, но и животных. В каждом конкретном районе, имеющем скудное снабжение этими или другими питательными веществами, рост растений заметно замедляется, если, конечно, фермеры не вносят их с удобрениями.
Химическое регулирование — это лучший способ обезопасить работу фермеров.
Пестициды — это химикаты, которые применяют на полях. В соответствии со своим назначением они подразделяются.
Инсектициды убивают тех насекомых, которые атакуют урожай, животных и самого человека. Эти насекомые наносят вред либо непосредственно путем пожирания, либо передавая болезни. Инсектициды могут воздействовать четырьмя возможными способами: прямым контактом с насекомым, попадая вместе с переваренным соком растений внутрь насекомого, перевариванием с листвой и вдыханием ядовитых паров.
Гербициды оказывают смертельное воздействие на растения. Общие гербициды убивают всю зеленую растительность, с которыми они входят в контакт.
Селективные гербициды имеют более избирательное воздействие, поэтому их можно использовать для уничтожения сорняков без воздействия на полезные культуры. Воздействие гербицидов осуществляется тремя основными путями: опрыскиванием непосредственно сорняков, формированием барьера для распространения их в почве, третья группа гербицидов проникает в сорняки, прежде чем начинается их действие.
Фунгициды регулируют рост паразитных и сапрофитных грибков, которые растут за счет полезных культур. Тесный контакт между грибками и хозяином требует от воздействия химикатов высокой степени селективности. Фунгициды воздействуют или непосредственно на поверхности обитания грибков, или на установленные инфекции. Они могут также защищать растения от будущих грибковых инфекций.
Нематициды очищают почву от паразитных червей, которые питаются урожаем.
Эти микроскопические вредители поражают корневую систему. Они уничтожаются

окуриванием. Нематициды часто воздействуют через пары, распространяясь в почве и достигая паразитных червей.
Моллюскициды убивают слизняков и улиток и воздействуют обычно через пищеварение. Часто химикаты смешиваются с привлекательной приманкой, такой как отруби, которую предпочитают слизняки и улитки.
Инсектициды, гербициды и фунгициды составляют 1/3 мирового использования пестицидов, однако спектр используемых пестицидов различается в зависимости от климата и выращиваемых культур. В тропических и субтропических районах преобладают инсектициды, в то время как в районах с умеренным климатом более важны гербициды.
По подсчетам Всемирной организации здравоохранения, число случайных отравлений пестицидами доходит до 1,5 млн. случаев в год, в основном в развивающихся странах, где отсутствует техника безопасности и необходимые средства защиты.
Пестициды должны обладать двумя основными качествами. Они должны иметь точную направленность воздействия, которое, в свою очередь, должно быть предсказуемым по отношению к каждому конкретному вредителю. Кроме того, они должны оказывать минимальное воздействие на окружающую среду.
РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ
1. Продукты испытания ядерного оружия с долгоживущими изотопами Cs-157, St-
90.
2. Р/а после Чернобыльской аварии.
3. Плановые и аварийные выбросы от предприятий атомной промышленности, АЭС.
4. Р/а отходы и источники.
5. Атомные электрические станции. 9 АЭС в РФ.
6. Предприятия по производству ядерных материалов (Арзамас 16, Челябинск 40,
Красноярск 45, Томск 7).
7. 250 кораблей и судов с ядерноэнергетическими установками.
8. 15 полигонов для захоронения р/а отходов.
9. 15 тыс. научно-исследовательских и других учреждений (больницы, использование р/а вещества)
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
1.
Шум: транспорт, техническое оборудование, вентиляторы, газотурбокомпрессоры. Уровень шума в ДБ 40 дБ – норма. При 70 дБ глубокие изменения нервной системы.
Инфразвук.
Вибрация: технологическое оборудование ударного типа (молот, пресс), энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели), рельсовый транспорт, лифты, насосные станции, канализации, мусоропровод.
2.
ЭМИ: Теле-, радиостанции, линии электропередач, повышение радио фона в близи аэропорта.

ВОЗДЕЙСТВИЕ СВАЛКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
Свалка, воздействие на ОС: нарушение ландшафт; разрушение экосистем; транспортные потоки; запах, паразиты, пожар; загрязнение воды щелоками борьба
(дренаж, пленка); свалочный газ.
Ландшафт. Захоронение отходов неизбежно сказывается на визуальном восприятии местности. Иногда бывает необходимо разместить свалку в живописном месте, в частности ряд существующих и несколько проектируемых свалок в
Великобритании находятся в национальных парках или природных уголках. Кроме этого, некоторые свалки могут содержать объекты особого или научного интереса.
К ним необходимо применять специальную политику землепользования, в соответствии с которой свалка должна как можно меньше искажать ландшафт в период активной деятельности и не должна приводить к неоправданной потере объектов, представляющих интерес и имеющих определенную значимость.
Свалка может маскироваться от зон, посещаемых публикой, с помощью посадок деревьев или кустарников либо за счет использования естественных скрывающих линий рельефа. Восстановленная свалка должна в скором времени стать органичной частью ландшафта.
Экология. Операции захоронения отходов обыкновенно выполняются в карьерах, на запущенных землях или, гораздо реже, на необработанных или культурных землях. Участки различаются по ландшафтным и экологическим достоинствам, а также по иным характеристикам, но в большинстве случаев захоронение оказывает сильное и, возможно, необратимое влияние на экологию свалки и примыкающих территорий. Захоронение отходов приводит к разрушению существующей растительной системы и к значительному нарушению жизни животных. Только в са- мых исключительных случаях можно организовать свалку таким образом, чтобы сохранить, например, отдельные экземпляры деревьев и кустарников.
Однако такие изменения необходимо компенсировать, добиваясь баланса между выигрышем за счет размещения свалки в определенной местности и преимуществами, которые могут быть получены после восстановительных работ на свалке. Назначением восстановления должно быть включение свалки в существующий ландшафт и установление устойчивой экосистемы, по возможности более ценной, чем та, что сложилась здесь прежде. Организация работ по за- хоронению с учетом воздействия на экологию практикуется с недавних пор, но она становится все более важной.
Местное население. Одним из наиболее очевидных признаков появления свалки оказывается возрастание транспортных потоков. Тяжелый грузовой транспорт повышает уровень шума, вибраций, вредных выхлопов, запыленности, физического и визуального загрязнения. Кроме того, пешеходов пугают размеры мусоровозов.
Тяжелые машины на узких дорогах приводят к задержке другого транспорта, а повреждения обочин и полотна дороги дают повод для неудовольствия и жалоб.

Экологический аспект мусорных свалок
Ухудшение ландшафта.. Увеличение количества твердых отходов ведет к расширению площадей, отводимых под свалки, к загрязнению природы и к ухудшению ландшафта.
Ухудшение структуры почвы.Часть мусора неизбежно сгнивает, но пластики, металл и стекло биологически не разрушаются и, если их не убирать, остаются в почве и на поверхности почти неограниченное время.
Опасность для природы и животных.Часть мусора является опасной для животных и природы (см. таблицу 3). Многие люди выбрасывают мусор в пластиковых мешках. В поисках остатков пищи кошки, собаки и лисы могут их открыть. Привлеченные запахом пищи к открытым банкам животные могут порезаться об острые неровные края. Искалеченные таким образом, они не в состоянии обеспечить себе пропитание или убежать от хищников и рано или поздно погибают.
Загрязнение воды. Образование и состав щелока. Образование и состав щелоков на свалках определяются многочисленными физико-химическими и биологическими процессами. В общем случае состав щелока будет зависеть от типа и возраста отходов, преобладающих физико-химических условий, микробиологического и водного баланса свалки.
1. На первой стадии деградирующие отходы подвергаются воздействию аэробных организмов, живущих в отходах, при наличии кислорода в захваченном воздухе. В результате формируются простые органические соединения: двуокись углерода и вода. Выделяется тепло, и аэробные организмы размножаются.
2. Вторая стадия наступает, когда весь кислород исчерпывается или замещается двуокисью углерода. Аэробные организмы, процветавшие при наличии кислорода, погибают. После этого процесс продолжают организмы, которые жизнеспособны и при наличии кислорода, и при его отсутствии. Они способны разложить большие органические молекулы, присутствующие в пище, бумаге и аналогичных материалах до более простых соединений: водород, аммиак, вода, двуокись углерода и органические кислоты. На этой стадии концентрация двуокиси углерода может достигать максимального уровня — 90%, но обычно составляет около 50% образующегося газа.
3. На третьей и последней анаэробной стадии размножаются колонии метанобразующих организмов, они разлагают органические кислоты, выделяя метан или иные продукты. В составе щелока будут присутствовать водорастворимые продукты этих биологических процессов, а также другие растворимые компоненты отходов. Удобно объединить основные компоненты щелока свалок в следующие четыре класса:
1) ионы: кальций, магний, железо, натрий, карбонаты, сульфаты и хлориды, аммиак;
2) металлы в следовых содержаниях, например: марганец, хром, свинец и кадмий;
3) широкий спектр органических соединений, которые обычно характеризуются параметрами Общего содержания углерода (ОСУ) или Химического потребления кислорода (ХПК); можно рассматривать также отдельные химические вещества, например — фенол.

1
Лекци№13
ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Безотходное производство.
Абсолютно безотходного производства не существует, даже биосфера не пол- ностью безотходна (из кругооборота веществ, элементов часть уходит в виде оса- дочных пород). Это идеал, к которому надо стремиться. Промежуточный этап – ма- лоотходное производство. Это такое производство, при котором результаты воздей- ствия на природу не превышают уровень допустимого санитарно-гигиенического норматива, т.е. ПДК (см. лекцию по ЭЭ). Часть сырья и материалов может перехо- дить в отходы и направляться на длительное хранение.
Принципы создания малоотходных производств.
1.
Принцип системности.
Каждый процесс, производство – элемент территориально-производственного комплекса в регионе, а также элемент эколого-экономической системы в целом, включая природную среду.
2.
комплексность использования ресурсов.
Все сырье – комплексное, более 1/3 всех руд сопутствующие элементы. Сейчас
20% золота получают попутно.
3.
цикличность материальных ресурсов, замкнутые водо-, газооборотные сис- темы.
4.
ограничение воздействия производства на ОС. Сохранение атмосферного воздуха, рекреационных мест, здоровья населения. Осуществим в сочетании с мониторингом, экологическим нормированием.
5.
рациональность организации – оптимизации производства по энерготехно- логическим, экономическим, экологическим параметрам.

перейти в каталог файлов