1. Основные способы очистки воды

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Ткани живых организмов на 70% состоят из воды, и поэтому В.И. Вернадский определял жизнь как живую воду. Воды на Земле много, но 97% - это солёная вода океанов и морей, и лишь 3% - пресная. Из этих три четверти почти недоступны живым организмам, так как эта вода «законсервирована» в ледниках гор и полярных шапках (ледники Арктики и Антарктики). Это резерв пресной воды. Из воды, доступной живым организмам, основная часть заключена в их тканях.

Очистка промышленных сточных вод. Механическая очистка сточных вод обеспечивает удаление взвешенных грубо- и мелкодисперсных (твёрдых и жидких) примесей. Растворимые неорганические соединения удаляют из сточных вод реагенными методами - нейтрализацией кислотами и щелочами, переводом ионов в плохо растворимые формы, осаждение минеральных примесей с солями, окислением и восстановлением токсичных примесей до слаботоксичных. Нейтрализация вод может проводиться смешиванием кислотных и щелочных стоков. В ряде случаев при химической очистке можно извлекать ценные соединения, снижая потери производства. Часто после химической очистки сточные воды подвергают биологической очистке.

В настоящее время сточные воды часто дочищают для повторного использования в производственном водоснабжении. Метод доочистки стоков вбирают в зависимости от конкретных остаточных загрязнений воды. Так, для очистки сильноминерализованных стоков применяется метод термического опреснения, при котором дистиллят, полученный из стоков, используют как обессоленную воду. Повторное использование доочищенных стоков в 20-25 раз сокращает потребление свежей воды из источников.

Учёные из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) совместно с исследователями из Международного университета штата Флорида (Майами) и Университета Майами работают над способом уничтожения вредных жидких отходов с использованием электронного ускорителя. Эксперимент, проведённый на заводе по обработке городских отходов в округе Дейд (штат Флорида), показал, что таким методом можно разрушать такие опасные вещества как бензол, фенол и трихлорэтилен. Стоимость обработки электронным лучом 1000 литров отходов будет составлять около 3 долларов, то есть меньше, чем при очистке жидких отходов с использованием фильтров из активированного углерода (учитывая расходы на восстановление загрязнённого материала фильтров).

Очистные сооружения бывают разных типов в зависимости от основного способа обезвреживания нечистот. При механическом методе нерастворимые примеси удаляют из сточных вод через систему отстойников и разного рода ловушек. В прошлом этот способ находил самое широкое применение для очистки промышленных стоков. Сущность химического метода заключается в том, что на очистных станциях в стоки вносят реагенты. Они вступают в реакцию с растворенными и нерастворенными загрязняющими веществами и способствуют их выпадению в отстойниках, откуда их удаляют механическим путем. Но этот способ непригоден для очистки стоков, содержащих большое количество разнородных загрязнителей. Для очистки промышленных стоков сложного состава применяют электролитический (физический) метод. При этом способе электрический ток пропускают через промстоки, что приводит к выпадению большинства загрязняющих веществ в осадок. Электролитический способ очень эффективен и требует относительно небольших затрат на сооружение очистных станций. У нас в стране в городе Минске целая группа заводов с помощью этого метода добилась очень высокой степени очистки стоков. При очистки бытовых стоков наилучшие результаты дает биологический метод. В этом случае для минерализации органических загрязнений используют аэробные биологические процессы, осуществляемые с помощью микроорганизмов. Биологический метод применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и в специальных биоочистных сооружениях. В первом случае хозяйственно-бытовые стоки подаются на поля орошения. Здесь сточные воды фильтруются через почвогрунты и при этом проходят бактериальную очистку. На полях орошения скапливается огромное количество органических удобрений, что позволяет выращивать на них высокие урожаи. Сложную систему биологической очистки загрязненных рейнских вод для целей водоснабжения ряда городов страны разработали и применяют голландцы. На Рейне построены насосные станции с фильтрами частичной очистки. Из реки вода закачивается в неглубокие канавы на поверхность речных террас. Через толщу алмовиальных отложений она фильтруется, пополняя грунтовые воды. Грунтовые воды подаются по скважинам на дополнительную очистку и затем поступают в водопровод. Очистные сооружения решают проблему сохранения качества пресных вод лишь до определенной стадии развития экономики конкретных географических регионов. Затем наступает момент, когда местных гидроресурсов уже не хватает для разбавления возросшего количества очищенных стоков. Тогда начинается прогрессирующее загрязнение гидроресурсов, наступает их качественное истощение. Кроме того, на всех станциях очистки по мере роста стоков встает проблема размещения значительных объемов отфильтрованных загрязняющих веществ. Таким образом, очистка промышленных и коммунальных стоков дает лишь временное решение местных задач охраны вод от загрязнения.

2. Что такое интродукция (акклиматизация животных)

Процесс освоения интродуцированного вида на новом месте называется интродукцией. Интродуцированный, или чужеродный вид - некоренной, несвойственный для данной территории, преднамеренно или случайно завезённый на новое место в результате человеческой деятельности. Часто интродуцированные виды способны существенно изменить сложившуюся экосистему региона и стать причиной значительного сокращения или даже вымирания отдельных видов местной флоры и фауны.

Природа интродукции

Согласно определению, вид считается интродуцированным, если он был перенесён из своего природного ареала на новую территорию в результате человеческой деятельности. Интродукция может быть как преднамеренной, так и случайной. Преднамеренное внедрение новых видов мотивировалось тем, что эти виды будут полезны человеку на новом месте и повысят его благосостояние. Так в связи с освоением новых территорий завозились сельскохозяйственные культуры, домашний скот и дикие животные, способные разнообразить местную фауну. Случайная интродукция явилась побочным, зачастую нежелательным, продуктом человеческой жизнедеятельности -- так, широко распространились колорадский жук, крысы, тараканы и синантропные виды дрозофил. Дальнейшее распространение интродуцированных видов уже на новой территории может происходить как с помощью человека, так и самостоятельно.

Преднамеренная интродукция.

Наиболее распространённой мотивацией сознательной интродукции стало повышение экономического дохода от местных биоценозов. В период великих географических открытий европейцы перевозили вместе с собой культивируемые растения и домашний скот. Иногда чужеродные виды животных появляются благодаря увлечению спортивной охотой и рыбалкой Иногда дикими становятся обычные домашние животные, такие как кошки, козы, свиньи и попугаи. Такое новое соседство далеко не всегда идёт на пользу местной фауне и флоре.

Среди растений также имеется большое количество сознательно интродуцированных видов, в особенности декоративных. Лесоперерабатывающая индустрия способствовала распространению в Австралии несвойственной южному полушарию североамериканской сосны лучистой.

Иногда организмы путешествуют вместе с человеком и независимо от него попадают в новую для них среду.

Экологическая интродукция.

Особое место в преднамеренном переселения видов являются реинтродукция. В этом случае вид ранее обитал в данной местности, но потом исчез по вине человека. Реинтродукцией занимаются межгосударственные природоохранные организации. Одним из самых известных примеров такого переселения можно назвать реинтродукцию оленя Давида на территорию заповедника Дафин Милу (англ. Dafeng Milu Reserve) недалеко от Пекина. Этот олень был практически истреблён в Китае в средние века, а последние оставшиеся в саду императора особи погибли в конце XIX века во время наводнения и народных волнений. Чудом сохранившиеся при дворах Европы 16 оленей положили начало восстановлению популяции, часть которой и вернули в места, где они когда-то обитали.

Кроме того, иногда ввиду особо тревожной ситуации, угрожающей существованию вида, часть животных переселяют в аналогичные климатические условия с целью его сохранения. Так случилось с китайским аллигатором, который в силу утраты природных мест обитания в долине реки Янцзы оказался на грани вымирания. Чтобы создать резерв вида, несколько аллигаторов переселили на территорию заповедника Rockefeller Wildlife в американском штате Луизиана.

Инвазивные экзотические болезни

Среди интродуцированных видов встречаются не только животные и растения, но и различные вирусные инфекции.

3. Что такое экологизация сельскохозяйственного производства и зачем она нужна?

Под экологизацией производства понимается максимально возможное уподобление производственных процессов в целом и ресурсных циклов в частности природным круговоротам веществ в биосфере, либо это любые мероприятия, снижающие опасность производства для природы и человека.

Вопросы рационального природопользования в сельском хозяйстве изучает сельскохозяйственная экология, или агроэкология (от греческого слова агрос -- поле). Ее рекомендации позволяют сочетать получение высокого урожая на полях и высокий выход животноводческой продукции с сохранением плодородия почв и продуктивности сенокосов и пастбищ. В правильно организованном хозяйстве производят экологически чистые продукты и не загрязняют атмосферу и воду. В итоге -- агроэкология помогает сохранять не только природу, но и здоровье человека. Рассматривая экологизацию сельского хозяйства разделим сельскохозяйственную экосистему на составляющие и рассмотрим их в отдельности.

Почва.

Главный ресурс агроэкосистемы -- почва. Ее плодородие зависит от запаса органического вещества -- гумуса, содержания доступных растениям питательных элементов, структуры, обеспеченности влагой, реакции почвенного раствора, содержания в нем ионов токсичных солей.

Гумус -- кладовая плодородия. Он образуется микроорганизмами-гумификаторами из остатков растений и животных. Запас гумуса зависит от мощности гумусового слоя и от процентного содержания гумуса в нем. Мощность гумусового слоя у черноземных почв может достигать 1 м, а у лесных почв (подзолистых, серых) она составляет 10--30 см. Содержание гумуса в этом слое у черноземов 6--10%, у лесных почв -- 2--4%.

Другая группа микроорганизмов высвобождает из гумуса в почвенный раствор питательные элементы. Среди них различают дакроэледентм (азот, фосфор, кадий), которые требуются растениям в большом количестве, и микроэлементы (марганец, бор, медь, цинк и др.), которых растениям нужно немного. Все питательные элементы поглощаются из почвенного раствора корнями растений и выносятся из почвы с урожаем. Поэтому, если в почву не вносить удобрений (навоз, минеральные удобрения), то запасы элементов питания в ней иссякнут.

Азот может поступать в почву в результате жизнедеятельности микроорганизмов-симбиотрофов, свободно живущих в почве или в клубеньках на корнях бобовых. Чтобы увеличить биологическую азотфиксацию, расширяют площади посевов гороха, сои, люцерны, клевера и других многолетних и однолетних бобовых. Однако биологическая азотфиксация не всегда полностью компенсирует потери, которые понесла почва при уборке урожая. Приходится вносить навоз, содержащий много азота, или минеральные азотные удобрения.

Структура почвы -- это форма и размеры комочков, на которые она распадается. Лучшая структура -- мелкокомковатая. Внутри комочков складываются условия для деятельности микроорганизмов-гумификаторов, образующих гумус, а между комочками -- для микроорганизмов, которые разлагают гумус до доступных растениям минеральных соединений.

На плодородие почвы влияет ее обеспеченность влагой. Урожай снижается при недостатке влаги, что бывает в засушливые годы. Особенно часты засухи в южных степных районах. В этих районах плодородие снижается и в результате засоления почв. В почвенном растворе содержатся воднорастворимые соли (хлориды, сульфаты, сода), препятствующие росту сельскохозяйственных растений. В Европейском Нечерноземье плодородие почв снижается из-за кислой реакции почвенного раствора, что затрудняет поглощение корнями элементов питания.

При рациональном природопользовании для сохранения плодородия почв используются следующие приемы:

Борьба с эрозией -- смывом или сдуванием поверхностного наиболее плодородного слоя почвы. Для этого земли на склонах засевают многолетними травами, которые образуют дернину, защищающую поверхность почвы от разрушения водой и ветром. Применяют специальные приемы обработки почвы, сохраняющие на ее поверхности часть жнивья (того, что остается на поле после скашивания однолетних культур). На склонах обработку почвы ведут поперек склона, и каждая бороздка становится маленькой плотиной, препятствующей отеканию воды со взвешенными в ней почвенными частицами. Для предотвращения ветровой эрозии используют кулисы -- полосы из высокорослых растений (подсолнечник, кукуруза), которые сохраняют на поде после уборки урожая. Кулисы располагаются поперек направления господствующих ветров. Особый вид эрозии -- образование оврагов. Для предотвращения или остановки этого процесса проводят специальные посадки леса.

Замена отвальной вспашки плугом безотвальным рыхлением почвы. При обработке отвальным плугом почва ставится “с ног на голову”: подповерхностный слой почвы, в котором микроорганизмы-гумификаторы перерабатывают пожнивные остатки в гумус, оказывается на поверхности. Процесс образования гумуса замедляется, а разрушение его, напротив, ускоряется. На незащищенной растениями почве усиливается эрозия. Поэтому отвальную вспашку заменяют рыхлением без оборота пласта. Для этого используют специальные орудия -- рыхлители (дисковые бороны, плоскорезы, щелеватели и др.). Безотвальная обработка может быть мелкой (5--10 см) и глубокой. Иногда посев проводят в жнивье без обработки (этот прием называют нулевой обработкой почвы).

Севооборот. Это чередование разных культур на одном поле. В состав севооборота, кроме зерновых (пшеница, рожь), или пропашных (кукуруза), включают многолетние и однолетние бобовые травы, которые благодаря связанным с ними клубеньковым бактериям пополняют запасы азота в почве. Повышают плодородие почв и сидераты -- культуры, зеленую массу которых запахивают в почву. Чередование культур облегчает борьбу с вредителями сельскохозяйственных растений, снижает засоренность полей сорными растениями.

Применение органо-минеральных удобрений. При внесении только минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, активизируются микроорганизмы, разрушающие гумус, а деятельность микроорганизмов-гумификаторов подавляется. В результате запас плодородия в почве снижается. Если минеральные удобрения вносятся невысокими дозамиодновременно с органическими удобрениями (в первую очередь -- с навозом), этого не происходит. Гумус не разрушается, а питательные вещества удобрений поступают в почвенный раствор и повышают урожай.

Сухое земледелие. Орошение, как и отвальная вспашка, ослабляет жизнедеятельность микроорганизмов-гумификаторов и разрушает структуру почвы. В южных районах России орошение вызывает вторичное засоление почвы. Чтобы уменьшить площади орошаемых земель, выращивают засухоустойчивые культуры, которые могут обходиться без полива. На орошаемых землях выращивают только требовательные к влаге овощи (капусту, огурцы) или многолетние травы в степных районах. Орошение на одном участке проводят не более 2--3 лет, после чего почве дают отдых и выращивают культуры без полива.

Использование легкой сельскохозяйственной техники. Тяжелые тракторы уплотняют почву и разрушают ее структуру, и потому лучше использовать легкие колесные тракторы. Часто для их прохода создают специальную колею: при уходе за посевом (подкормка, культивация и т.д.) трактор проходит по собственному следу. При этом почва уплотняется только под колеей. Применяют также специальные широкопрофиль-ные шины, уменьшающие давление на почву, и широкозахватные агрегаты, позволяющие обработать поле за меньшее число проходов техники. Для уменьшения числа проходов совмещают разные агрегаты -- одновременно проводят рыхление почвы, посев и внесение удобрений.

Животноводство

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.

Эффективность биоконверсии можно повысить, улучшив рацион питания и условия содержания животных. Так, в рацион коровы должны входить различные элементы питания, в особенности белок. В 1 кормовой единице (1 кормовая единица соответствует питательности 1 кг зерна овса) должно содержаться 125 г белка. Если в силосе или сене белка много, то корма корове требуется меньше.

Повышается эффективность биоконверсии и при уменьшении затрат энергии на сам процесс питания животных. Корова, например, ест не больше 8 часов в сутки. Остальное время она отдыхает и пережевывает жвачку (размельчает то, что было съедено на пастбище или из кормушки в стойле). Чтобы корова за 8 часов съедала достаточное количество травы, травостой на пастбище не должен быть слишком низким (если высота травы ниже 10 см, корове неудобно откусывать такие растения) или слишком высоким.

В зимнее время важно содержать коров в теплых помещениях. Если корове будет холодно, то энергия пищи пойдет не на образование молока и прибавку веса, а на согревание животного. Чем крупнее животное, тем легче ему согреться: бык массой 500 кг переносит холод легче, чем теленок.

В разном возрасте биоконверсия у коров неодинакова: молодое животное лучше набирает вес, у взрослого -- привесы резко снижаются. Молоко корова дает несколько лет примерно с одной и той же затратой кормов. Отсюда и два типа содержания скота -- мясной откорм, при котором животное содержат не больше года, и молочное разведение, при котором корову доят в течение 5--7 лет.

Важный вопрос экологии животноводства -- проблема стоков. Раньше, когда фермы были небольшими, скоту подстилали солому, и навоз смешивался с ней. Эта смесь легко перегнивала и была прекрасным удобрением. Теперь на скотоводческих комплексах с тысячами голов скота применяют бесподстилочное содержание животных -- навоз смывают водой. Такой навоз называется, бесподстилочный его нельзя непосредственно использовать как удобрение. Он убивает полезную микрофлору почвы, загрязняет ее болезнетворными бактериями и засоряет семенами сорных растений, которые легко проходят через пищеварительную систему животных.

Перед внесением бесподстилочного навоза на поля его подвергают специальной обработке -- компостируют с соломой или опилками и торфом, перерабатывают в бродильных чанах. При брожении навоз обеззараживается и образуется биогаз, которым можно отапливать ферму. Можно разбавлять навоз водой и этим раствором поливать поля, где выращивают многолетние травы. Еще лучше такой разбавленный навоз удобряет почву, если она покрыта равномерно разбросанной соломой.

Чем больше скота на ферме, тем сложнее организовать переработку навоза в удобрение и тем больше затраты на его транспортировку. Поэтому фермы с поголовьем свыше 50 голов крупного рогатого скота и 200 -- 300 голов свиней экологически невыгодны.

В экологически правильно организованном хозяйстве скот является таким же органичным элементом агроэкосистемы, как животные-консументы в естественной экосистеме леса или целинной степи.

Сельскохозяйственное загрязнение

Сельскохозяйственное загрязнение, как и промышленное, наносит ущерб экосистемам. Оно бывает нескольких типов.

Загрязнение воды стоками животноводческих ферм и скотооткормочных комплексов. Хотя навоз прекрасное удобрение, если он неправильно подготовлен к внесению на поля, он может нанести вред природным экосистемам. Чтобы не загрязнять водоемы навозными стоками, строят навозохранилища с бетонными стенами; фермы, расположенные рядом с реками и ручьями, перемещают, чтобы снизить вероятность попадания загрязняющих веществ в воду.

Загрязнение пестицидами и их остатками. Из за этого загрязнения обедняется живое население почвы -- снижается численность почвенных животных, водорослей, микроорганизмов, в результате замедляются разложение редуцентами органических остатков и возврат питательных элементов в почвенный раствор. Остатки пестицидов могут попасть в воду (особенно при орошаемом земледелии и выращивании риса), в атмосферу, в продукты питания. Большая часть пестицидов и продуктов их неполного разложения токсична и отрицательно влияет на здоровье человека.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами. Этот вид загрязнений связан с внесением фосфорных удобрений, в которых обычно бывает примесь тяжелых металлов -- кадмия, кобальта, цинка и др. Для предотвращения этого загрязнения необходимо тщательно очищать удобрения на предприятиях, где их производят, и постоянно контролировать содержание тяжелых металлов в партиях удобрений и в почвах. Вдоль дорог на расстоянии до 100 м почвы могут быть загрязнены свинцом, если автомашины используют этилированный бензин, в котором содержится этот тяжелый металл.

Загрязнение почвы и продуктов питания нитратами. Опасными загрязнителями продуктов питания нитраты становятся тогда, когда на каждый килограмм веса человек потребляет более 5 мг нитратов в сутки. Попав с продуктами в организм человека, они нарушают нормальную работу кровеносной системы, что особенно опасно для детей грудного возраста. Нитраты вступают в сложные комплексные 1соединения, называемые нитрозными. Нитрозные соединения канцерогенны, т.е. могут стать причиной развития раковых опухолей.

Чтобы в овощах не накапливались нитраты, нужно ограничивать применение минеральных азотных удобрений и использовать их одновременно с органическими удобрениями (навозом). Если концентрация нитратов в почвенном растворе будет невысока, их содержание в овощах также не превысит норму. Нитраты более активно накапливаются растениями при недостатке света. Нельзя выращивать культуры с высокой способностью накапливать нитраты в тенистых местах.

Список использованной литературы

1. А.С. Гришин, Н.А. Орехов, С. Шмидхейни «Экологический менеджмент», учебник М, «Юнити» 2001 г.

2. А.С. Степановских «Прикладная экология», учебник М, «Юнити-дана», 2003 г.

3. А.В. Михеев, М.П. Соловьева «Охрана природы» (Факультативный курс) пособие для учащихся.