Круговорот веществ и энергии в природе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вятская государственная сельскохозяйственная академия"

Реферат

по дисциплине: охрана природы

Круговорот веществ и энергии в природе

Работу выполнила:

студентка группы АТБ-232

Новокшонова Наталья.

Преподаватель:

Гонина Елена Сергеевна.

г.Киров 2014



Содержание

1. Круговорот веществ и энергии в природе

1.1 Круги круговорота веществ

1.2 Круги углерода, азота, серы и фосфора

2. Понятие о продуцентах, консументах и редуцентах

3. Влияние сельскохозяйственного производства на окружающую среду

3.1 Свойства почвы. Причины ее деградации

3.2 Обзор природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе

3.3 Краткая характеристика биотехнологических производств и их влияние

Заключение

Список литературы



1. Круговорот веществ и энергии

Совокупность разных организмов и неживых компонентов среды, тесно связанных между собой потоками вещества и энергии, называется экосистемой (от греч. "ойкос" - "жилище", "местопребывание" и "система" - "сочетание", "объединение"). Примерами экосистем могут быть озеро, массив леса, участок степи, отдельный гниющий пень и даже содержимое желудка жвачных. Изучая их, учёные основной упор делают именно на процессы превращения вещества и энергии, а не просто устанавливают присутствие каких-то организмов или выясняют особенности изменения их численности.

Основой круговорота веществ в природе является: миграция химических элементов, рассеянность их по земной поверхности и концентрирование отдельных из них в некоторых точках Земли.

Так же, как и круговороты веществ, миграция химических элементов - это непрерывный процесс. Факторы, вызывающие миграции химических элементов, делятся на внутренние и внешние.

· К внутренним факторам относятся: свойства самих химических элементов, их способность вступать в реакции с другими химическими элементами, способность создавать новые соединения, легко улетучиваться, растворяться в воде и в других жидкостях.

· К внешним факторам относятся природные условия и происходящие в них процессы и явления.

Основные свойства химических элементов и их объемы в земной коре неодинаковы. Поэтому способность к миграциям у химических элементов и интенсивность самих миграций бывают разными. Самые активные элементы - мигранты, которые образовывают легко мигрирующие соединения: водород (Н), кислород (О), углерод (С) и азот (N). Атомы этих элементов многократно проникают в живые организмы, а из них выходят в атмосферу, гидросферу, почву.

Среди этих элементов особое место занимает кислород. Он не только участвует в миграциях, но и способствует участию в них других элементов, ускоряет процесс круговорота. Активные элементы, ускоряющие круговорот и создающие легкорастворимые в воде химические соединения, - это анионы серы (S), хлора (Сl), бора (В) и брома (Вr). Эти элементы образуют быстро и легкорастворимые соли. А соли в водоемах, осаждаясь, создают соляные залежи (осадки) - гипс, мирабилит и другие соединения.

К легко мигрирующим элементам относятся катионы кальция (Са), магния (Mg), натрия (Na), стронция (St), радия (Ra) и анионы фтора (Ft). Соли этих элементов тоже способны накапливаться на дне водоемов, когда их концентрация в воде достигает критической отметки.

К медленно мигрирующим элементам относятся анионы калия (К), бария (Ва), рубидия (Rb), бериллия (Be) и др., а также катионы кремния (Si), фосфора (Р). Во многих случаях миграционные способности элементов зависят от формы распространения их на земной поверхности.

В целом пространственно-временная структура миграций химических элементов на земной поверхности состоит из системы круговоротов различного ранга и системы самих элементов, участвующих в миграции. Самый продолжительный круговорот - атмогид-рохимический круговорот в системе "суша -- океан". Этот круговорот в природе осуществляется в круговороте воды.

Основной источник энергии естественных процессов на земной поверхности - Солнце. Сумма солнечных лучей, достигающая земной поверхности, отраженная атмосферой и направленная обратно на земную поверхность лучами, составляет приходную часть энергетического баланса земной поверхности. Расходную ее часть составляет эффективное излучение земной поверхности, которое безвозвратно уходит в космическое пространство. Разность этих энергетических потоков и составляет основные источники энергии всех процессов и явлений, протекающих на земной поверхности. Примерно 0,8% этой энергии затрачивается на обеспечение жизни на Земле. Но значение такой малой части энергии огромно, так как часть энергии может быть аккумулирована и сохранена на долгое время в органических веществах.

Основу жизни на Земле составляют зеленые растения, способные поглощать углекислый газ (СO2) атмосферы, извлекать через корни из почвы минеральные вещества, при помощи солнечных лучей синтезировать органические вещества в процессе фотосинтеза и при этом еще выделять свободный кислород в атмосферу. Фотосинтез - единственный процесс, аккумулирующий и сохраняющий свободную энергию в биосфере. Только благодаря фотосинтезу растения, животные, в том числе и человек, обеспечены энергией. Аккумулированная и сохраненная энергия фотосинтеза и составляет основные энергетические источники современного производства (уголь, нефть, дрова, торф), и еще долгое время они будут таковыми.

Если накопление и переход энергии из одного состояния в другое представить как энергетическую пирамиду, то ее основание будет составлять аккумулированная энергия фотосинтеза автотрофных растений. Большая часть энергии затрачивается на жизнеобеспечение самих растений, малая часть переходит к травоядным животным. Но затем на жизнеобеспечение травоядных животных затрачивается опять-таки большая часть энергии, а меньшая часть поступившей энергии переходит к животным-хищникам. В конце жизненного цикла, когда животные умирают, их останки разлагаются, доходя до минерального состояния, энергия высвобождается и рассеивается в окружающей среде.

1.1 Круги круговорота веществ

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ:

· большой (геологический), наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы.

· малый, биологический (биотический),который развивается на основе большого и состоит в непрерывном и неравномерном во времени и пространстве.

Оба круговорота взаимно связаны и представляют как бы единый процесс. Подсчитано, что весь кислород, содержащийся в атмосфере, оборачивается через организмы (связывается при дыхании и высвобождается при фотосинтезе) за 2000 лет, углекислота атмосферы совершает круговорот в обратном направлении за 300 лет, а все воды на Земле разлагаются и воссоздаются путем фотосинтеза и дыхания за 2 000 000 лет.

Взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы сопровождается непрерывным круговоротом вещества между биотопом и биоценозом в виде чередующихся то органических, то минеральных соединений. Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы, называют биогеохимическим круговоротом или биогеохимическим циклом.

Существование подобных круговоротов создает возможность для саморегуляции (гомеостаза) системы, что придает экосистеме устойчивость: удивительное постоянство процентного содержания различных элементов.

Повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее цикличный характер, называются круговоротом веществ. Огромную роль в круговоротах веществ играют живые организмы. Основной характеристикой биосферы является обеспечение круговоротов химических элементов. Глобальный биотический круговорот (связанный с жизнедеятельностью организмов) осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органические вещества, которые используются другими живыми существами и затем разлагаются до основных неорганических соединений (углекислый газ, аммиак и вода), вовлекая их обратно в круговорот веществ в биосфере.

Огромную роль в этом процессе играет круговорот воды между литосферой, гидросферой и атмосферой. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на многие километры. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря.

Благодаря круговороту воды в биосфере одновременно с ней переносятся огромные массы других неорганических и органических молекул, вовлеченные в общий круговорот веществ и энергии в биосфере. Под влиянием этого процесса происходит постепенное разрушение литосферы, перенос ее компонентов в глубины морей и океанов.

1.2 Круги углерода, азота, серы и фосфора

В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты углерода, азота, серы и фосфора.

Круговорот углерода начинается с фиксации зелеными растениями атмосферного углекислого газа в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при фотосинтезе углеводов растения используют для построения собственного организма и на собственные энергетические нужды. Часть накопленного растениями органического вещества используется консументами животными и грибами. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Остатки растений и животных разлагаются редуцентами также с выделением углекислого газа.

Круговорот азота тоже охватывает все области биосферы. Хотя запасы газообразного молекулярного азота в атмосфере практически неисчерпаемы, лишь немногие виды растений (например, бобовые) способны усваивать эту форму азота благодаря наличию у них особых симбиотических микроорганизмов. В основном же неорганический азот попадает в почву и атмосферу благодаря грозовым разрядам, которые превращают молекулярный азот в его окислы. Эти окислы могут усваиваться всеми растениями.

Следующий путь поступления усвояемого азота в почву и атмосферу возникает при распаде остатков растений и животных. В биосферу азот вносится также человеком в виде удобрений. Растения обладают способностью усваивать неорганические минеральные формы азота в виде аммонийных и нитратных солей. Они переводят их в органические формы аминокислоты белков и азотистые основания нуклеиновых кислот.

Круговорот серы. Сера входит в состав клеток всех живых организмов в виде молекул аминокислот и является жизненно важным элементом. Она содержится в природе в виде сульфидов, сульфатов и сероводорода. Сульфиды металлов находятся в почве и в морских осадочных породах, которые окисляются микроорганизмами до сульфатов. В растворенном виде сульфаты усваиваются растениями, затем по пищевым цепям поступают в организмы животных и человека в виде серосодержащих аминокислот. В почву сера снова возвращается в результате разложения остатков растений и трупов животных микроорганизмами. Загрязнение атмосферы окислами серы нарушает процессы фотосинтеза зеленых растений, приводя к их гибели.

Круговорот фосфора. Фосфор содержится в отложениях, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. Постепенно он вымывается из них и попадает в экосистемы или вносится человеком на поля в виде фосфатных удобрений. Растения усваивают только часть фосфора, остальные фосфаты уносятся реками в моря и океаны и снова отлагаются в осадках. В большом количестве фосфор содержится в организмах рыб. Вместе с выловленной рыбой фосфор снова возвращается на сушу.

Всем организмам необходима энергия, а единственным источником практически всей энергии на Земле является Солнце. Однако, только 1% световой энергии Солнца улавливается растениями в процессе фотосинтеза и запасается в виде химической энергии, а 99% теряется в виде тепла и расходуется на испарение. Запасенная растениями энергия передается от одного трофического уровня к другому по пищевым цепям. Не вся энергия, содержащаяся в пище, переходит к организму, занимающему более высокий трофический уровень, например к хищнику. Часть энергии теряется во время превращения веществ пищи в молекулы тела хищника, а часть проходит через кишечный тракт хищника в неизменном виде.

Полученная организмом пища с заключенной в ней энергией расходуется двояким образом. Большая ее часть используется на поддержание процессов жизнедеятельности клеток. Энергетические затраты на поддержание всех метаболических процессов называют тратой на дыхание. Меньшая часть усвоенной пищи идет на рост организма или откладывается в виде запасных питательных веществ. Таким образом, большая часть энергии (около 90%) при переходе с одного трофического уровня на другой теряется.

Этот факт объясняет небольшую длину пищевых цепей, которые обычно состоят из 4-5 звеньев.

Энергия может быть восполнена только за счет ее поступления извне. Без притока энергии в экосистемах не может быть круговорота веществ, они функционируют за счет непрерывного притока энергии, поступающей из окружающей среды.

Одним из способов выражения энергетической структуры сообщества является пирамида энергии, которая никогда не может быть перевернутой (то есть ее верхушка не может быть шире основания), так как поток энергии через трофические уровни всегда уменьшается от первого звена к последнему.



2. Понятие о продуцентах, консументах и редуцентах

Разные группы организмов, входящие в состав одной экосистемы, выполняют в ней разные функции. Так, продуценты (от лат. - producentis "производящий", "создающий") образуют органическое вещество из неорганических компонентов. Очевидно, что все продуценты обязательно должны быть автотрофами. Основные продуценты как в океане, так и во всех крупных внутренних водоёмах (как солёных, так и пресных) - это организмы фитопланктона, т. е. микроскопические водоросли, взвешенные в водной толще. В водоёмах продуценты представлены также крупными водорослями (например, ламинарией) и некоторыми высшими цветковыми растениями. Их роль в создании органического вещества, как правило, незначительна, за исключением узкой прибрежной полосы в морях или мелких заросших озёр. На суше основные продуценты - это крупные высшие растения: травы, кустарники, деревья.

Консументы - потребители органического вещества. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные - животную. В результате процесса пищеварения, протекающего в организмах консументов, происходит первичное измельчение и разложение органического вещества. Это облегчает дальнейшую деятельность редуцентов.

Редуценты - это организмы, окончательно разлагающие органические вещества, содержащиеся в отходах и трупах консументов и продуцентов. К редуцентам относят бактерии и грибы. В процессе жизнедеятельности этих организмов восстанавливаются минеральные вещества, которые вновь используют продуценты. Таким образом, в экосистеме выделяют три функциональные группы организмов: продуценты, консументы, редуценты. Каждая функциональная группа в экосистеме представлена не одним, а несколькими видами. Это гарантирует экосистеме длительное, стабильное существование.



3. Влияние сельскохозяйственного производства на окружающую среду

Сельскохозяйственная индустрия является основой жизни человеческого общества, так как дает человеку то, без чего невозможна жизнь -- пищу и одежду (вернее сырье для производства одежды). Основой для сельскохозяйственной деятельности является почва -- "дневные" или наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различных организмов, живых или мертвых (В. В. Докучаев). По В. Р. Вильямсу, "почва -- это поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений". В. И. Вернадский считал почву биокосным телом, так как она формируется под воздействием различных организмов.

3.1 Свойства почвы. Причины ее деградации

продуцент почва природоохранный биотехнологический

Важнейшим свойством почв является плодородие, т. е. способность удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, воздухе, тепле для того, чтобы растения могли нормально функционировать и давать продукцию, составляющую урожай.

На основе почв реализуется растениеводство, которое является базой для животноводства, а продукция растениеводства и животноводства обеспечивает человека пищей и многим другим. Сельское хозяйство обеспечивает сырьем пищевую, частично легкую, биотехнологическую, химическую (частично), фармацевтическую и другие отрасли народного хозяйства.

Экология сельского хозяйства состоит в том влиянии, которое на него оказывает деятельность человека, с одной стороны, а с другой -- во влиянии сельского хозяйства на природные экологические процессы и на организм человека.

Так как базисом сельскохозяйственного производства является почва, то продуктивность этой отрасли хозяйства зависит от состояния почв. Хозяйственная деятельность человека приводит к деградации почв, в результате чего ежегодно с поверхности Земли исчезает до 25 млн. м² пахотного слоя почвы. Данное явление получило название "дезертификации", т. е. процесс превращения пахотных земель в пустыни. Выделяют несколько причин деградации почв. К ним относят:

1. Эрозию почв, т.е. механическое разрушение почвы под воздействием воды и ветра (эрозия может протекать и в результате воздействия человека при нерациональной организации поливов и применения тяжелой техники).

2. Опустынивание поверхности - резкое изменение водного режима, приводящее к иссушению и большой потере влаги.

3. Токсификация - заражение почв различными веществами, отрицательно воздействующими на почвенные и другие организмы (засоление, накопление пестицидов и т. д.).

4. Прямые потери почв за счет их отвода под городские постройки, дороги, линии электропередач и т. д.

Промышленная деятельность в разных отраслях приводит к загрязнению литосферы, а это в первую очередь относится к почвам. Да и само сельское хозяйство, превратившееся в настоящее время в агропромышленный комплекс, может оказывать отрицательное воздействие на состояние почв. Деградация почв приводит к потере урожая и к обострению продовольственной проблемы.

Технологией оптимального выращивания культурных растений занимается растениеводство. Его задача -- получение максимального урожая на данной территории с минимальными затратами. В процессе выращивания растений из почвы выносятся питательные элементы, которые не могут восполняться естественным путем. Так, в природных условиях запас связанного азота восполняется за счет азотфиксации (биологической и неорганической -- при грозовых разрядах получаются оксиды азота, которые под действием кислорода и воды превращаются в азотную кислоту, а она (кислота), попадая в почву, превращается в нитраты, являющиеся азотным питанием растений). Азотфиксация биологическая - это образование азотсодержащих соединений за счет усвоения атмосферного азота или свободно живущими почвенными бактериями (например, азотобактером), или бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями (клубеньковые бактерии). Другим источником неорганического азота в почве является процесс аммонификации -- разложения белков с образованием аммиака, который, вступая в реакции с почвенными кислотами, образует соли аммония.

В результате производственной деятельности человека в атмосферу поступает большое количество оксидов азота, что тоже может служить его источником в почвах. Но, несмотря на это, почвы обедняются азотом и другими питательными элементами, что требует внесения различных удобрений.

Одним из факторов снижения плодородия является использование бессменных культур -- многолетнее выращивание одной и той же культуры на одном и том же поле. Это связано с тем, что растения данного вида выносят из почвы только те элементы, которые им необходимы, и естественные процессы не успевают восстановить содержание этих элементов в прежнем количестве. Кроме того, этому растению сопутствуют другие организмы, в том числе и конкурентные, и болезнетворные, что тоже способствует снижению урожайности данной культуры.

Процессам токсикации почв способствует биоаккумуляция различных соединений (в том числе и ядовитых), т. е. накопление в организмах соединений различных элементов, в том числе и токсичных. Так, соединения свинца и ртути накапливаются в грибах и т. д. Концентрации токсинов в организмах растений могут быть настолько высокими, что употребление их в пищу может вызвать серьезные отравления и даже смерть.

Нерациональное использование удобрений и средств защиты растений, проведение поливов и мелиорационных работ, нарушение технологии выращивания сельскохозяйственных культурных растений, погоня за прибылью могут привести к получению экологически загрязненной продукции растительного происхождения, что по цепочке будет способствовать снижению качества продукции животноводства.

При сборе урожая образуются отходы растительной продукции (солома, полова и т. д.), которые могут загрязнять природную среду.

На состояние почв большое влияние оказывает состояние лесов. Уменьшение лесного покрова приводит к ухудшению водного баланса почв и может способствовать их опустыниванию.

Значительное влияние на природную среду оказывает животноводство. В сельском хозяйстве разводят преимущественно растительноядных животных, поэтому для них создают растительную кормовую базу (луга, пастбища и т. д.). Современный домашний скот, особенно высокопродуктивных пород, очень разборчив к качеству корма, поэтому на пастбищах происходит выборочное поедание отдельных растений, что изменяет видовой состав растительного сообщества и без коррекции может сделать данное пастбище непригодным для дальнейшего использования. Кроме того, что поедается зеленая часть растения, происходит уплотнение почвы, что меняет условия существования почвенных организмов. Это делает необходимым рациональное использование сельскохозяйственных угодий, отводимых под пастбища.

Кроме влияния животноводства на природу как кормовую базу, большую роль в негативном воздействии на природную среду оказывают и продукты жизнедеятельности животных (помет, навоз и т. д.). Создание крупных животноводческих комплексов и птицефабрик привело к концентрации продуктов жизнедеятельности домашнего скота и птицы. Нарушение технологии птицеводства и других отраслей животноводства приводит к появлению больших масс навоза, который нерационально утилизируется. В животноводческих помещениях в атмосферу поступает аммиак, сероводород, наблюдается повышенное содержание углекислого газа. Большие массы навоза создают проблемы с их удалением из производственных помещений. Удаление навоза мокрым способом приводит к резкому усилению развития микроорганизмов в жидком навозе, создает угрозу эпидемий. Применение жидкого навоза в качестве удобрения малоэффективно и опасно с экологической точки зрения, поэтому данная проблема требует решения с позиций охраны окружающей среды.

Сельское хозяйство (агропромышленный комплекс) широко использует различную технику и оборудование, позволяющее механизировать и автоматизировать труд работников, занятых в данной отрасли. Применение автотранспорта создает те же проблемы экологического характера, что и в сфере транспорта. Предприятия, связанные с переработкой сельскохозяйственной продукции, оказывают на среду обитания такое же влияние, как и предприятия пищевой промышленности. Поэтому при рассмотрении природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе все эти виды влияния необходимо учитывать комплексно, в единстве и взаимосвязи, и только это позволит уменьшить последствия экологического кризиса и сделать все возможное для выхода из него.

3.2 Обзор природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе

Сельское хозяйство должно снабжать население экологически качественной продукцией и оказывать минимум отрицательного влияния на среду обитания. С этой целью возможно применение ряда мероприятий по охране природы, которые охарактеризованы ниже.

В основе всей природоохранной деятельности в области сельскохозяйственного производства лежит оптимальный способ хозяйствования, т.е. ведение хозяйственной деятельности так, чтобы природе наносился минимальный ущерб -- минимум потерь удобрений и оптимальная технология их использования, возможное сохранение поверхностного слоя почвы и биогенов, минимальное загрязнение водоемов, применение пестицидов в таком количестве и таких технологий, при которых среда обитания оставалась бы практически неизменной и т. д. Важным технологическим приемом в растениеводстве является вспашка земли, которая подготавливает почву к посеву и создает оптимальные условия для прорастания семян. Однако вспашка с использованием тяжелой техники может разрушать тонкую структуру почвы, вызывая образование пыли. Более экологически чистым способом является беспахотное земледелие, при котором сорняки уничтожаются гербицидами, а семена высеиваются и развиваются в почве, не подвергающейся обработке плугом или культиватором. Этот способ можно применять в комплексе с пахотным земледелием, но он также требует оптимального использования, так как в нем применяются гербициды.

Известно, что существует богарное (бесполивное) и поливное земледелие, при котором используют орошение -- искусственную подачу воды на сельскохозяйственные угодья. Поливное земледелие позволяет получить большие урожай. Но оно требует оптимизации, состоящей в том, что воду следует подавать строго в определенном количестве, необходимом для растений. Избыток воды не только экономически не выгоден, но и приводит к нежелательным экологическим последствиям (вымыванию питательных веществ, нарушению водного обмена данного вида почв и т. д.).

Очень важной природоохранной мерой является оптимизация применения пестицидов. Необходимо находить такие пестициды, которые были бы эффективны в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур, но в, то же время, были малотоксичными для человека и других организмов, легко усваивались природной средой и не подвергались биоаккумуляции. Это очень трудная задача, но ее необходимо решать. Важна и необходима комплексная программа борьбы с вредителями за счет применения различных форм борьбы, включая и биологические методы.

К экологически безопасным методам борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур относят:

1. Карантин (пример организационно-хозяйственного мероприятия).

2. Агротехнические мероприятия, состоящие в определенных способах обработки почвы, последовательности внесения удобрений, соблюдении оптимальных сроков сева, уничтожении послеуборочных остатков посевов и т. д.

3. Прогнозирование возможностей массового размножения вредителей и принятие мер по их ликвидации экологически безопасными средствами.

4. Широкое применение биологических методов защиты растений.

К этим методам относят использование энтомофагов, биологически активных веществ, микробиологических препаратов, методов генетики.

Энтомофаги - организмы, питающиеся насекомыми, например насекомоядные птицы. Применение энтомофагов состоит в расселении местных насекомоядных организмов по данной территории, привлечении этих организмов на конкретную территорию и другие методы.

В качестве биологически активных веществ, применяют: аттрактанты (вещества, привлекающие одних животных к другим), репелленты (естественные или полученные химическим путем вещества, которые отпугивают животных). Использование таких веществ позволяет либо концентрировать вредителей, а потом уничтожать их какими-то способами, либо удалять эти организмы из охраняемой территории.

Микробиологические препараты уничтожают вредителей, заражая их специфическими заболеваниями. Метод требует осторожности в использовании и точного знания того, что применяемые микроорганизмы безвредны для человека и других организмов.

Генетические методы основаны на выведении стерилизованных форм вредителей или неполноценных рас в природные сообщества организмов, что способствует сокращению процессов размножения у вредителей, обитающих на данной территории.

Экологически безопасными являются физико-механические методы борьбы, включающие различные меры улавливания и сбора вредных насекомых (ловчие канавки, ловушки, клеевые ловчие кольца), хотя эти методы и трудоемки, но они в наименьшей степени вызывают загрязнение природной среды.

Важным природоохранным мероприятием является утилизация отходов растениеводства и животноводства. Так, солому, ботву, полову можно применять как удобрения, но без предварительной подготовки это малоэффективно; их следует использовать в комплексе с отходами животноводства и бытового комплекса для изготовления компостов, которые применяются в качестве эффективных органических удобрений.

Наибольшим по массе отходом животноводства является навоз, смешанный с соломой, применяемой в качестве подстилки скоту, птичий помет, жидкий навоз. В населенных пунктах, не имеющих канализации, к таким отходам относятся и фекальные массы. Смеси этих веществ нельзя использовать непосредственно в качестве органических удобрений, они должны пройти процессы брожения и удаления различных микроорганизмов, цист, яиц гельминтов (паразитических червей).

При утилизации отходов сельского хозяйства применяют методы биотехнологии. Биотехнология -- технология, основанная на использовании живых организмов и биологических процессов для получения товарной продукции или очистки отходов производства.

В качестве мер природоохранной деятельности биотехнология применяется для очистки сточных вод животноводческих комплексов и предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции. Биотехнологические методы используют и при переработке навоза в особых аппаратах, где в процессе анаэробного сбраживания образуется биогаз и смесь органических соединений, которые можно использовать в качестве органического удобрения.

Биогаз - смесь метана, углекислого газа и других газообразных веществ с неприятным запахом, которая образуется при анаэробном брожении навоза, компоста.

Следует отметить, что биотехнологические производства могут приносить и экологический вред при нарушении режимов технологии и авариях на производстве.

Важная роль в системе охраны Природы в сельском хозяйстве принадлежит созданию рациональной системы применения удобрений. Ранее говорилось о проблемах загрязнения окружающей среды и получения экологически загрязненной продукции за счет избыточного и нерационального использования разных удобрений. Поэтому важно разработать научно обоснованную технологию применения удобрений и не нарушать ее. Наряду с традиционными минеральными, органическими удобрениями и их смесями в современной агротехнике используют и новые виды удобрений - сидераты - сельскохозяйственные культуры, зеленая масса которых запахивается в почву целиком и в результате процессов гниения дает ценное удобрение. Примером сидератов является люпин. Внесение сидератов в почву экологично, но не всегда достаточно для восстановления плодородия почвы.

Охрана Природы в сельскохозяйственном производстве этим не ограничивается - она включает и мероприятия по нейтрализации воздействия транспорта и оборудования, работающего на полях. Так, разрабатывается сельскохозяйственная техника меньших габаритов, которая разрушала бы структуру почвы в меньшей степени, чем крупногабаритная. Природоохранная деятельность, характерная для транспорта, приемлема и в сельском хозяйстве, когда речь идет о работе парка сельскохозяйственных машин.

И, как и в любой отрасли хозяйства, большой вклад в природоохранную деятельность вносит экологическое просвещение всех работников сельского хозяйства (от рядового фермера до руководителя крупного агропромышленного предприятия).

3.3 Краткая характеристика биотехнологических производств и их влияния на окружающую среду

Производства продукции, основу получения которой составляют процессы, реализуемые различными микроорганизмами, называют биотехнологическими.

Применение микроорганизмов, как способа переработки различных химических соединений и их смесей в разные виды продукции, известно с глубокой древности. Так, дрожжевые грибки использовали в изготовлении хлеба, молочнокислые бактерии -- для получения творога, сметаны и других молочнокислых продуктов и т. д. Однако, с современных позиций, получение хлеба, этилового спирта за счет спиртового брожения, уксуса, вина, молочнокислой продукции к биотехнологическим производствам не относят -- эту продукцию получают на предприятиях пищевой промышленности. Современный термин "биотехнология" появился в 70-х гг. XX в. Он основан на успехах генетики, а именно -- генетической, или генной, инженерии.

Генная инженерия -- раздел молекулярной генетики, целенаправленно разрабатывающий создание жизненных форм новых комбинаций генетического материала, который способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать необходимые человеку продукты обмена в форме различных химических соединений.

Принцип генной инженерии состоит в том, что первоначально выделяют рестриктазы -- особые ферменты (биокатализаторы белковой природы), которые рассекают молекулу ДНК на строго определенные фрагменты по определенным местам. Затем эти фрагменты "сшиваются" с помощью других ферментов -- ДНК-лигаз, в результате чего возникает рекомбинативная ДНК, которая выделяется из исходной системы и внедряется в клетку, называемую клетка-хозяин. В этих клетках рекомбинированная молекула ДНК размножается, на ней синтезируется информационная РНК, а на последней -- молекулы белка, которые являются целевым продуктом для конкретного производства.

К биотехнологическим производствам относят крупнотоннажное получение пищевых белков, являющихся кормовыми добавками для животных, различных аминокислот, используемых в медицинских целях, инсулина, пенициллина и других антибиотиков, а также ферментов, гормонов и других биологически активных химических соединений.

Биотехнологически получают иммобилизованные ферменты (энзимы, обладающие повышенной устойчивостью к факторам, изменяющим нативную, т. е. "живую" структуру белковой части молекулы этого фермента). К важнейшим биотехнолгическим производствам относится и получение "биогаза", являющегося энергетическим сырьем, а также осуществление биологической очистки сточных вод.

Особенности природоохранной деятельности на биотехнологических предприятиях

Биотехнологические производственные комплексы в настоящее время находят все большее распространение, так как позволяют получать продукцию, которую нельзя получить другими методами. Но эти предприятия являются потенциально опасными. Особенно это относится к тем производствам, которые основаны на использовании генной (генетической) инженерии. Процессы, осуществляемые в генной инженерии, непредсказуемы, в их результате возможно получение продуктов, оказывающих на биосферу крайне негативное воздействие, которое может носить необратимый характер. Особенно опасна разработка биологического оружия с применением болезнетворных микроорганизмов. Но и при разработке "мирных" микроорганизмов возможно возникновение очень опасных для человека и других организмов модификаций микроорганизмов. Важно учитывать и этический аспект генно-инженерных исследований, особенно относящихся к антропогенной сфере.

Производства, основанные на применении современных достижений генной инженерии, являются высоко наукоемкими, поэтому автоматизированы и компьютеризированы. Это предполагает необходимость специальных мероприятий по защите работников, связанных с эксплуатацией компьютеров и других средств оргтехники.

Кроме рассмотренных особенностей биотехнологических производств, для них характерны аналогичные экологические воздействия, типичные для любых производственно-природных комплексов, связанные с продуцированием как материальных (в форме веществ), так и энергетических (тепловых, электромагнитных излучений, вибраций, шумов и т. д.) загрязнителей. Учитывая наличие пищевых, транспортных предприятий, а также предприятий сферы обслуживания, для биотехнологических производственных комплексов характерно воздействие, присущее для транспортной, строительной, пищевой, бытовой и торгово-коммерческой сфер человеческой деятельности. Следовательно, комплекс биотехнологических производств оказывает на биосферу мощное, часто негативное воздействие, что делает необходимым разработку и реализацию природоохранных мероприятий.

Важнейшим из мероприятий по охране Природы является тщательный и глубокий мониторинг экологической роли данного производственно-природного комплекса, результаты которого позволят разработать стратегию конкретных мероприятий, позволяющих свести к минимуму негативное воздействие данной отрасли народного хозяйства на природные экологические процессы.

Большую роль в охране Природы на данном производственном комплексе играет выработка у сотрудников биотехнологических предприятий природосообразного экологического сознания, четких гуманистических представлений, позволяющих проектировать возможные последствия генно-инженерных исследований и их практических реализаций в производстве.

Глобальным направлением природоохранной деятельности является строгое выполнение требований научной организации производства, исполнения технологической дисциплины и внедрения новых технологических разработок, способствующих снижению поступления загрязнений в окружающую среду и снижающих риск производственных аварий. При использовании компьютеров и других средств оргтехники природоохранными мероприятиями являются: соблюдение санитарно-гигиенических правил работы с этими приборами, создание приспособлений, уменьшающих поступление различных излучений от этих средств производства в среду обитания человека.



Заключение

В данной работе я должна была отразить все круговороты веществ и энергии. Рассматривая качества круговорота существующих веществ в природе, и закономерность их распределения между различными комплексами, я могу сделать вывод о том, что все в природе очень тесно взаимосвязано. Несколько круговоротов я рассмотрела на примере отдельных элементов в природе и их значимость на живые и неживые организмы. Следовательно, все, что окружает нас очень важно для нашего настоящего и дальнейшего будущего. И нам очень важно после себя оставить все неизменным, что мы в свое время когда -то получили от матушки-природы. Но, проблема для современного общество и стоит в том, что своей деятельностью мы пока только все разрушаем и изменяем, не задумываясь о новом поколении. Нельзя не отметить, что все-таки создаются методы и предпринимаются меры о восстановлении и обновления ресурсов, что, я думаю, поможет хоть как-то остановить разрушительные процессы природы в целом.



Список литературы

Библиографический список.

1. Акимова Т.В. Экология. Природа-Человек-Техника.: Учебник для студентов техн. направл. и специал. вузов/ Т.А.Акимова, А.П.Кузьмин, В.В.Хаскин..- Под общ. ред. А.П.Кузьмина; Лауреат Всеросс. конкурса по созд. новых учебников по общим естественнонауч. дисципл. для студ. вузов. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2006.- 343 с.

2. Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. М.: Изд. Центр "Академия", 2006. - 256 с. 4. Воронков Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов. М.: Агар, 2006. - 424 с..

3. Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростон н/Д: Феникс, 2007.- 575с.

4. Экология: Учебник для студентов высш. и сред. учеб. заведений, обуч. по техн. спец. и направлениям/Л.И.Цветкова, М.И.Алексеев, Ф.В.Карамзинов и др.; под общ. ред. Л.И.Цветковой. М.: АСБВ; СПб.: Химиздат, 2007.- 550 с.

5. Экология. Под ред. проф.В.В.Денисова. Ростов-н/Д.: ИКЦ "МарТ", 2006. - 768 с.

Сайты, используемые при работе.

1.http://shporiforall.ru/shpory/68-po-ekologii/11-troficheskie-cepi-producenty-konsumenty-reducenty.html.

2. http://ekologobr.ru/populyaczionnaya-ekologiya-lekczii/44-komponenty-ekosistem-i-ix-funkczii-organizmy-produczenty-konsumenty-reduczenty-.html.

3. http://isgod.ru/posts.php?id=14

Размещено на Allbest.ru