Каждый вид занимает определенное место в биоценозе, в цепи питания, и заменить его не может никто. Исчезновения того или иного вида ведет к уменьшению устойчивости биоценозов

 

 

58. Проблемы биотехнологий.

 

Центральная проблема биотехнологии - интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и их систем, так и за счет усовершенствования оборудования, применения биокатализаторов (иммобилизованных ферментов и клеток) в промышленности, аналитической химии, медицине.

В основе промышленного использования достижений биологии лежит техника создания рекомбинантных молекул ДНК. Конструирование нужных генов позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми свойствами. В частности, возможно управление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующих генов из клеток микроорганизмов в геном растительной клетки.

В качестве источников сырья для биотехнологии все большее значение будут приобретать воспроизводимые ресурсы не пищевых растительных материалов, отходов сельского хозяйства, которые служат дополнительным источником как кормовых веществ, так и вторичного топлива (биогаза), органических удобрений.

Одной из бурно развивающихся отраслей биотехнологии считается технология микробного синтеза ценных для человека веществ. По прогнозам, дальнейшее развитие этой отрасли повлечет за собой перераспределение ролей растениеводства и животноводства с одной стороны, и микробного синтеза - с другой, в формировании продовольственной базы человечества.

Не менее важным аспектом современной микробиологической технологии является изучения участия микроорганизмов в биосферных процессах и направленная регуляция их жизнедеятельности с целью решения проблемы охраны окружающей среды от техногенных, сельскохозяйственных и бытовых загрязнений.

С этой проблемой тесно связаны исследования по выявлению роли микроорганизмов в плодородии почв (гумусообразовании и пополнении запасов биологического азота), борьбе с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, утилизации пестицидов и др. химических соединений в почве. Имеющиеся в этой области знания свидетельствуют о том, что изменение стратегии хозяйственной деятельности человека от химизации к биологизации земледелия оправдывается как с экономической, так и с экологической точек зрения. В данном направлении перед биотехнологией может быть поставлена цель регенерации ландшафтов.

Ведутся работы по созданию биополимеров, которые будут способны заменить современные пластмассы. Эти биополимеры имеют существенное преимущество перед традиционными материалами, так как нетоксичны и подвержены биодеградации, то есть легко разлагаются после их использования, не загрязняя окружающую среду.

Биотехнологии, основанные на достижениях микробиологии, наиболее экономически эффективны при комплексном их применении и создании безотходных производств, не нарушающих экологического равновесия. Их развитие позволит заменить многие огромные заводы химической промышленности экологически чистыми компактными производствами.

Важным и перспективным направлением биотехнологии является разработка способов получения экологически чистой энергии. Получение биогаза и этанола были рассмотрены выше, но есть и принципиально новые экспериментальные подходы в этом направлении. Одним из них является получение фотоводорода. Если из хлоропластов выделить мембраны, содержащие фотосистему 2, то на свету происходит фотолиз воды - разложение на кислород и водород. Моделирование процессов фотосинтеза, происходящих в хлоропластах, позволило бы запасать энергию Солнца в ценном топливе - водороде. Преимущества такого способа получения энергии очевидны:

· наличие избытка субстрата, воды;

· нелимитируемый источник энергии - Солнце;

· продукт (водород) можно хранить, не загрязняя атмосферу;

· водород имеет высокую теплотворную способность (29 ккал/г) по сравнению с углеводородами (3.5 ккал/г);

· процесс идет при нормальной температуре без образования токсических промежуточных продуктов;

· процесс циклический, так как при потреблении водорода регенерируется субстрат - вода.

59. Деятельность человека как лимитирующий фактор в развитии экосистем биосферы. Создание искусственных экосистем

В современную эпоху деятельность человека оказывает огромное влияние на природные условия всей планеты. Особенно сильно изменены флора и фауна суши. Многие виды животных полностью уничтожены человеком, а еще большее количество видов находится под угрозой их исчезновения.

Растительные покровы на большей части поверхности континентов претерпел огромные изменения. На обширных пространствах дикая растительность уничтожена и заменена сельскохозяйственными полями, сохранившиеся до настоящего времени леса в значительной части являются вторичными, т. е. сильно измененными в результате воздействия человека по сравнению с естественным растительным покровом. Большие изменения произошли также в растительном покрове многих районов степей и саванн из-за интенсивного выпаса домашнего скота. Воздействие человека на естественный растительный покров оказало заметное влияние на процесс почвообразования в соответствии районах и привело к изменению физических и химических свойств почв. Еще больше изменялись почвы на сельскохозяйственных полях вследствие их систематической обработки, применения удобрений и изъятия значительной части биомассы произрастающих растений. Во многих районах обработка почвы привела к усилению эрозии, в результате которой почвенный покров на больших площадях оказался разрушенным.

Быстро возрастает влияние деятельности человека на гидрологический режим суши. Сток не только малых, но и многих крупных рек существенно изменен в результате создания гидротехнических сооружений. Значительная часть воды речного стока изымается для обеспечения нужд промышленности и городского населения, орошение сельскохозяйственных полей. Создание крупных водохранилищ, площадь которых во многих случаях сравнима с площадью больших естественных озер, резко изменяет режим испарения и стока на обширных территориях.

Все возрастающие масштабы приобретает загрязнение человеком атмосферы, вод континентов и океанов.

Хотя многие из перечисленных выше изменений природы условий оказывают неблагоприятное влияние на жизни и деятельность человека, вопрос о том, можно ли такие изменения считать проявлениями экологического кризиса, далеко не прост.

Экологический кризис для эпохи существования человеческого общества определяется как непоправимое ухудшение окружающей человека среды, т. е. такое ее изменение, которое не может быть установлено человеком в более или менее короткие примеры экологических кризисов прошлого.

Вопрос о том, в какой мере современный неблагоприятные изменения природных условий являются непоправимыми, заслуживает большого внимания. Оставляя пока в стороне антропогенные изменения климата, отметим, что опыт последних десятилетий подтверждает принципиальную возможность, используя современные достижения науки и техники, ликвидировать многие возникшие сейчас неблагоприятные для человека изменения природной среды.

Восстановление лесов и других видов естественного растительного покрова широко осуществляется во многих странах. Иногда эта задача успешно решается простыми средствами, например ограничением выпаса скота. В других случаях требуются более дорогостоящие мероприятия, которые, однако, обычно доступны даже для экономически малоразвитых стран.

 

Итак, агроценоз – искусственная экосистема, созданная человеком: сады, парки, лесопосадки, огороды, поля, пастбища.

Главное отличие агроценоза от природной экосистемы – малое количество видов, преобладание одного вида над другим и короткие пищевые цепи. Поэтому их трофическая структура неизмеримо проще по сравнению с природными экосистемами.

В агроценозе часть органических и неорганических соединений периодически изымается в виде урожая, круговорот веществ становится незамкнутым. Вследствие этого агроценозы неспособны существовать без поддержки человека. Образующийся дефицит компонентов приходится постоянно восполнять в виде удобрений. В биоценозах, где все вещества возвращаются в почву, подобного исключения нет.

Основной проблемой искусственных экосистем является направление естественного отбора. Если в природе не выживают организмы, не способные к конкуренции, то человек искусственно создает преимущественные условия для одного вида, подавляя другой. Вредители и конкурирующие виды, создающие защитные механизмы у культурных растений уничтожаются. При культивировании одного вида растений происходит массовое распространение более конкурентоспособных сорняков. В 50-х годах в пойме Оки на юге Московской области располагались богатейшие разнотравные луга. Их перепахали под кукурузу, но размножившиеся паразиты так и не позволили собрать ни одного урожая этой культуры.

Энергозатраты на поддержку функционирования системы – другой важный фактор. Но если в природе биоценозы обходятся только энергией Солнца, передавая ее от продуцентов далее по пищевым цепям, то в агроценозах приходится тратить дополнительную энергию на обработку почвы, внесение удобрений и прочие сельскохозяйственные работы.

Особую проблему в агроценозах составляет эрозия почв: ввиду того, что у культурных растений слабая корневая система и почва достаточно обнажена, плодородный слой регулярно вымывается и выветривается. Там где для местности характерны дожди, ежегодно с полей уносятся миллионы тонн почвы. Разруха от ветровой эрозии не меньше.

Можно сделать вывод, что агроценозы – это незрелые системы, находящиеся в чрезвычайно нестабильном состоянии. Здесь важно отметить, что экосистема не может быть одновременно и высокопродуктивной и стабильной

 

60. Проблемы обезлесения: распространение, природные и социально-экономические факторы, стратегии, международное сотрудничество.

 

Обезлесениет (обезлесиванием) называется исчезновение леса по естественным причинам или в результате хозяйственной деятельности человека.

Процесс антропогенного обезлесения фактически начался еще 10 тыс. лет назад, в эпоху неолитической революции и возникновения земледелия и скотоводства, и продолжается до наших дней. По существующим оценкам, в эпоху этой революции лесами было покрыто 62 млрд га (62 млн км²) земной суши, а с учетом кустарников и перелесков – 75 млрд га, или 56 % всей ее поверхности. Если сравнить вторую из этих цифр с современной, которая была приведена выше, нетрудно сделать вывод о том, что лесистость суши за время становления и развития человеческой цивилизации уменьшилась в два раза.

Этот процесс проходил в определенной и вполне объяснимой географической последовательности. Так, сначала сведению подверглись леса в районах древних речных цивилизаций Передней Азии, Индии, Восточного Китая, а в эпоху античной цивилизации – и Средиземноморья. В средние века широкое сведение лесов началось и в зарубежной Европе, где до VII в. они занимали 70–80 % всей территории, и на Русской равнине. В XVII–XIX вв., с началом промышленных революций, активной промышленной и городской застройки, а также с дальнейшим развитием земледелия и животноводства, процесс обезлесения в наибольшей мере охватил Европу и Северную Америку, хотя затронул и некоторые другие регионы мира. В результате только в 1850–1980 гг. площадь лесов на Земле сократилась еще на 15 %.

Сведение лесов быстрыми темпами продолжается и в наши дни: ежегодно оно проявляется на площади примрено в 13 млн га (эти цифры сопоставимы с размерами территории целых стран, например Ливана или Ямайки). Главные причины сведения лесов остаются прежними. Это необходимость увеличения сельскохозяйственных угодий и площадей, предназначенных для промышленно-городской и транспортной застройки. Это также постоянный рост потребностей в деловой и дровяной древесине (на топливо идет примерно 1/2 всей добываемой в мире древесины). Вот почему объем заготовки древесины все время возрастает. Так, в 1985 г. мировой показатель его составлял примерно 3 млрд м³, а к 2000 г. он увеличился до 4, 5–5 млрд м³, что сопоставимо со всем годовым приростом древесины в лесах мира. А ведь надо помнить еще о том ущербе, который наносят лесной растительности пожары, кислотные дожди и другие отрицательные последствия человеческой деятельности.

При этом, однако, нужно учитывать, что географическое распределение процесса обезлесения в последние десятилетия претерпело существенные изменения. Его эпицентр переместился из северного в южный лесной пояс.

В экономически развитых странах, находящихся в пределах северного лесного пояса, благодаря рациональному ведению лесного хозяйства положение в целом можно оценить как сравнительно благополучное. Лесные площади в этом поясе в последнее время не только не сокращаются, но даже несколько возрастают. Это стало следствием осуществления системы мер по сохранению и воспроизводству лесных ресурсов. Она включает в себя не только контроль за естественным возобновлением лесов, характерный прежде всего для таежных лесов Северной Америки и Евразии, но и искусственное лесоразведение, применяемое в странах (прежде всего европейских) со сведенными ранее и малопродуктивными лесами. В наши дни объем искусственного лесовосстановления в северном лесном поясе достигает уже 4 млн га в год. В большинстве стран Европы и Северной Америки, а также в Китае прирост древесины превышает объемы ежегодных рубок.

Это означает, что все сказанное выше о растущем обезлесении относится в основном к южному лесному поясу, где этот процесс приобретает характер экологической катастрофы. Тем более что леса этого пояса, как хорошо известно, выполняют важнейшую функцию «легких» нашей планеты и именно в них сосредоточено более половины всех видов фауны и флоры, представленных на Земле.

Для предотвращения полного уничтожения тропических лесов уже в XXI в. необходимы срочные и действенные меры. Среди возможных путей воспроизводства лесных площадей в южном поясе наибольший эффект, пожалуй, может дать создание лесных плантаций, специально предназначенных для выращивания высокопродуктивных и быстрорастущих пород деревьев, например эвкалиптов. Имеющийся опыт создания таких плантаций показывает, что они позволяют вырастить в 10 раз больше полноценной древесины, чем, скажем, европейские леса. В конце 1990-х гг. такие плантации во всем мире занимали уже 4, 5 млн га, из которых 2 млн га находились в Бразилии.

На Всемирной конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. в качестве специального документа было принято Заявление о принципах в отношении лесов.

Многие из перечисленных выше проблем актуальны и для России, несмотря на ее богатство лесными ресурсами. При формальном подходе к этому вопросу оснований для какого-либо беспокойства не возникает. Действительно, расчетная лесосека страны составляет 540 млн м³, а фактически вырубается примерно 100 млн м³. Однако это средние показатели, не учитывающие различий между европейской частью страны, где расчетную лесосеку зачастую превышают, и азиатской ее частью, где ее недоиспользуют. Необходимо принимать во внимание и значительную гибель лесных насаждений, в первую очередь из-за лесных пожаров (в 2006 г. – 15 млн га). Поэтому в России принимают меры по рациональному лесопользованию и воспроизводству лесных ресурсов. Теперь площади под лесами в ней не уменьшаются, а растут.

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться: