Круговорот воды.
Вода, как и воздух, - основной компонент, необходимый для жизни. В количественном отношении это самая распространённая неорганическая составляющая живой материи. Семена растений, в которых содержание воды не превышает 10%, относятся к формам замедленной жизни. Такое же явление (ангидробиоз) наблюдается у некоторых видов животных, которые при неблагоприятных внешних условиях могут терять большую часть воды в своих тканях.
Вода в трёх агрегатных состояниях присутствует во всех составных частях биосферы: атмосфере, гидросфере и литосфере. Если воду, находящуюся в различных гидрогеологических формах, равномерно распределить по соответствующим областям земного шара, то образуются слои следующей толщины: для Мирового океана 2700 м, для ледников 100 м, для подземных вод 15 м, для поверхностных пресных вод 0,4 м, для атмосферной влаги 0,03 м.
Основную роль в циркуляции и биогеохимическом круговороте воды играет атмосферная влага, несмотря на относительно малую толщину её слоя. Атмосферная влага распределена по Земле неравномерно, что обуславливает большие различия в количестве осадков в разных районах биосферы. Среднее содержание водяного пара в атмосфере изменяется в зависимости от географической широты. Например, на Северном полюсе оно равно 2,5 мм (в столбе воздуха с поперечным сечением 1 см2), на экваторе - 45 мм.
О механизме гидрогеологического цикла было сказано выше – в разделе касающемся описания особенностей гидросферы. Вода, выпавшая на сушу, затем расходуется на просачивание (или инфильтрацию), испарение и сток. Просачивание особенно важно для наземных экосистем, так как способствует снабжению почвы водой. В процессе инфильтрации вода поступает в водоносные горизонты и подземные реки. Испарение с поверхности почвы также играет важную роль в водном режиме местности, но более значительное количество воды выделяют сами растения своей листвой. Причём количество воды, выделяемое растениями, тем больше, чем лучше они ею снабжаются. Растения, производящие одну тонну растительной массы, поглощают как минимум 100 т воды.
Главную роль в круговороте воды на континентах играет суммарное испарение (деревья и почва).
Последняя составляющая круговорота воды на суше – сток. Поверхностный сток и ресурсы подземных водоносных слоёв обеспечивают питание водных потоков. Вместе с тем при уменьшении плотности растительного покрова сток становится основной причиной эрозии почвы.
Как уже отмечалось, вода участвует и в биологическом цикле, являясь источником кислорода и водорода. Однако фотолиз её при фотосинтезе не играет существенной роли в процессе круговорота.
Антропогенные воздействия на окружающую среду.
Проблемы народонаселения и ресурсов биосферы тесно связаны с реакциями окружающей природной среды на антропогенные воздействия. Естественное экологически сбалансированное состояние окружающей среды обычно называют нормальным. Это состояние, при котором отдельные группы организмов биосферы взаимодействуют друг с другом и с абиотической средой без нарушения равновесия круговоротов веществ и потоков энергии в пределах определённого геологического периода, обусловлено нормальным протеканием природных процессов во всех геосферах.
Природные процессы могут иметь катастрофический характер, например извержения вулканов, землетрясения, наводнения, что, однако, также составляет «норму» природы. Эти и другие природные процессы постепенно, с геологической скоростью, эволюционируют и в то же время в течение тысячелетий (на протяжении одного геологического периода) остаются в квазистатическом сбалансированном состоянии. При этом квазистатически протекают малый (биологический) и большой (геологический) круговороты веществ и устанавливаются квазистатические энергетические балансы между различными геосферами и космосом, что объединяет природу в единое целое. Круговороты веществ и энергии в биосфере характеризуются определёнными количественными параметрами, которые квазистатичны и специфичны для данного геологического периода и для каждого элемента земной поверхности в соответствии с их географией.
Обычно в качестве основных параметров, характеризующих состояние окружающей природной среды, выделяют следующие:
1. Энергетический:
Е = Е0 + Е, где Е0 – запас энергии в системе в момент времени t0;
Е – энергетический баланс системы за время t, т.е. в период от t = t0 до t = t0 + t .
2. Водный:
W = W0 + W, где W0 – запас воды в системе в момент времени t0;
W – водный баланс системы за время t, т.е. в период от t = t0 до t = t0 +t
3. Биологический:
В = В0 + Вв - Вm, где B0 – начальная биомасса;
Вв – биологическая продуктивность;
Вm – минерализация органики за время t .
4. Биогеохимический:
G = G0 + Gв - Gg, где G0 – запас химических элементов в системе;
Gв и Gg – изменение запаса химических элементов вследствие биологического и геологического круговоротов веществ.
Эти параметры состояния окружающей среды могут быть количественно определены экспериментальным путём для каждой точки, района, крупного региона, природной зоны или ландшафтно-географического пояса, наконец, для земного шара в целом; они количественно характеризуют состояние и пространственную неоднородность среды.
Геохимический параметр состояния окружающей среды также существенно изменился, особенно в отношении биологического и геологического круговоротов. Под влиянием человеческой деятельности происходят большие изменения в распределении химических элементов в биосфере, природная и антропогенная трансформация веществ, а также переход химических элементов из одних соединений в другие. Природный биологический круговорот веществ нарушен человеком на площади, достигающей почти половины всей поверхности суши: антропогенные пустыни, индустриальные и городские земли, пашни, сады, вторичные низкопродуктивные леса, истощённые пастбища и т.д.
Нарушению геологического круговорота веществ способствовали такие факторы:
1. Эрозия почвенного покрова и возрастания твёрдого стока в океан;
2. Перемещение огромных масс земной коры;
3. Извлечение из недр значительных количеств руд, горючих и других ископаемых;
4. Перераспределение солей в почвах, грунтовых и речных водах под влиянием орошаемого земледелия;
5. Применение минеральных удобрений и ядохимикатов;
6. Загрязнение среды сельскохозяйственными, промышленными и коммунальными отходами;
7. Поступление в природную среду энергетических загрязнений.
Таким образом, исследование изменений параметров состояния окружающей природной среды (хотя и на качественном уровне) позволяет сделать вывод об отсутствии в настоящее время глобального экологического кризиса. В то же время есть все основания считать теперешнее состояние биосферы нарушенным и аномальным. Такое состояние может перейти в кризисное, если человечество не проведёт специальные мероприятия по оздоровлению окружающей его среды.
2. Экологизация животноводческой отрасли сельского хозяйства.
Одомашнивание животных произошло примерно в то же время, что и введение в культуру растений, т.е. около 10 тысяч лет назад. Археологи считают, что первыми были одомашнены овца, коза и собака. Крупный рогатый скот и свинья в хозяйстве человека появились позже.
Сегодня сельскохозяйственные животные — важнейшие консументы агроэкосистемы. В разных природных условиях разводят разные виды скота. Для лесной зоны экологически более подходит крупный рогатый скот, в степной зоне разводят свиней, в откорме которых большую роль играет зерно. Если имеется много земель, непригодных для пашни (горные склоны, засоленные почвы), оправдано овцеводство. В некоторых районах, где много естественных пастбищ (Якутия, Башкортостан, Татарстан) развито коневодство. Лошади не боятся суровой зимы, их круглый год можно содержать на подножном корме. Из их молока получают кумыс. Высокими вкусовыми качествами отличается конское мясо.
Соотношение между растениеводством и животноводством устанавливается с учетом экологических требований. Для развития животноводства необходимы и посевы, и естественные кормовые угодья. Если скота мало, то мало и органических удобрений — навоза, и это плохо для растениеводства. Если скота слишком много, происходит разрушение пастбищ или приходится отдавать под кормовые культуры слишком много пахотных земель.
В агроэкосистемах, где развиты обе отрасли — растениеводство и животноводство — два трофических уровня. Для повышения прибыльности хозяйства нужно повышать эффективность перехода первичной биологической продукции во вторичную, т.е. коэффициент биоконверсии, показывающий эффективность переработки растительного корма в продукты животноводства — мясо, молоко, яйца. В естественных экосистемах при переходе энергии с одного трофического уровня на другой теряется около 90% энергии (чтобы получить 1 тыс. калорий биомассы животных, нужно затратить примерно 10 тыс. калорий биомассы растений). Отношение 1:10 — усредненное. Разные животные при потреблении единицы растительных кормов производят неодинаковое количество продукции. Этот показатель колеблется и у животных одного вида, отличающихся по породе или возрасту, при разных условиях содержания.
Коэффициент биоконверсии определяют по количеству растительного белка, необходимого для получения 1 кг животного белка. Чтобы получить 1 кг белка говядины, нужно скормить корове 15—20 кг белка растений. Белок свинины обходится в 2 раза дешевле — только в 10 кг растительного белка. Еще дешевле белок яиц (на получение 1 кг белка яиц нужно 4—6 кг) и куриного мяса бройлеров (6—8 кг белка в корме). Самый дешевый животный белок — в молоке. Чтобы получить 1 кг такого белка, нужно всего 3—5 кг растительного кормового белка. Высок коэффициент биоконверсии у рыб, что делает экономически выгодным прудовое рыбоводство.