Взаємозв’язок біосфери та агросфери як її складової
СОДЕРЖАНИЕ: Визначення та сутність понять біосфера та ноосфера, а також аналіз ролі В.І. Вернадського у їх вивченні. Агросфера як складова біосфери, оцінка її екологічного становища в Україні. Загальна характеристика та особливості світових традицій землеробства.Реферат
На тему: Взаємозв’язок біосфери та агросфери як її складової
Зміст
Біосфера та ноосфера
Роль В.І. Вернадського у вивченні біосфери та ноосфери
Агросфера як складова біосфери
Екологічна ситуація в агросфері України
Світові традиції землеробства
Біосфера та ноосфера
3,5 млрд. років тому в первісному океані Землі під впливом ультрафіолетового та проникаючого випромінювань, а також електричних грозових розрядів почалося утворення перших органічних зєднань – органічного бульйону, за виразом академіка А.І. Опаріна. Зі зростанням концентрації цього розчину деякі органічні молекулі, обєднуючись, стали утворювати коацерватні краплі, ізольовані від оточуючого їх середовища і котрі використовували речовини, що входили до його складу, для збільшення свого розміру. Так виникли молекули, здатні самовідтворюватися, що означало народження Життя.
Перші організми живилися оточуючим їх органічним розчином, однак настав час, коли його запаси почали вичерпуватися, а вільного кисню – найкращого окислювача – практично не було, І перші організми змушені були отримувати енергію завдяки процесу бродіння. Однак цей процес малоефективний і вимагає великої кількості їжі. Тому життя було приречене на голодну смерть. Єдина можливість перетворення скінченної речовини в нескінченну – включення її в кругообіг. Тому внаслідок природного відбору утворилися фотосинтезуючі організми, котрі не живилися готовою органічною речовиною, а створювали її самі, використовуючи сонячне світло для перетворення вуглекислого газу, мінеральних солей та води. Відходом цього способу живлення став кисень, котрий, по-перше, зробив можливою появу багатоклітинних представників тваринного світу, які потребують енергії з готових органічних речовин шляхом їх окислення, і, по-друге, створив захист від згубного для білкових зєднань, впливу ультрафіолетового випромінювання, оскільки деяка частина вільного кисню перетворилася в озон, що є потужним його поглиначем. Таким чином живі істоти отримали можливість вийти з води, котра захищала їх від впливу випромінювання, на суходіл і поступово поширились на всій планеті.
Так утворилося замкнене коло взаємозалежних та взаємо-пристосованих організмів і процесів, серед котрих немає жодного зайвого, оскільки кожен виконує свою функцію: відходи життєдіяльності одного є умовою життя іншого.
Тварини не могли б харчуватися та дихати без допомоги рослин. Однак і рослини без тварин дуже швидко загинули б, оскільки нікому було б переробляти та розкладати утворену органіку на воду, вуглекислий газ та мінеральні солі, запобігаючи засміченню планети відмерлими залишками та відтворюючи запаси поживних речовин для нових поколінь рослин. Живі організми беруть також участь у загальному круговороті речовин в природі і формуванні планети.
Отже, тварини та рослинні організми своєю діяльністю за життя та біомасою після смерті мільярди років створювали та вдосконалювали умови, сприятливі для життя, тобто біосферу, перш ніж зявилася людина, котра через кілька сотень тисяч років стала руйнувати її своєю нерозумною діяльністю.
На підставі праць В.І. Вернадського та його послідовників використовується визначення біосфери як загальнопланетної оболонки, до складу якої належать_нижні шари атмосфери, гідросфера, та верхні шари літосфери, її склад і будова зумовлені сучасною і минулою життєдіяльністю всієї сукупності живих організмів. Вона є наслідком взаємодії її живих і неживих компонентів, акумуляції і перерозподілу в ній величезної кількості енергії та є термодинамічне відкритою, самоорганізованою, саморегульованою, динамічно зрівноваженою, стійкою, мозаїчною геометричною), глобальною системою.
Поняття біосфера (від грець, bios – життя + sphairo – cфepa, куля) близько підійшов французький біолог Ж.Б. Ламарк 1802). Але сам термін біосфера вперше застосував австрійський геолог Е. Зюсс (1875). Він же виділив біосферу як окрему оболонку Землі, охоплену життям, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери. Живі істоти (рослини, тварини, мікроорганізми) існують на поверхні Землі, в її атмосфері, гідросфері та верхній частині літосфери, в цілому складаючи плівку життя (сферу) на нашій планеті. Верхня межа біосфери сягає 85 км над поверхнею Землі. На таких висотах (у стратосфері) під час запусків геофізичних ракет у пробах повітря виявлено спори мікроорганізмів. Нижня межа біосфери сягає глибин літосфери, де температура становить 100°С (у молодих складчастих областях – це приблизно 1,5-2 км і на кристалічних щитах – 7-8 км).
Отже, область існування живих організмів на Землі називають біосферою (сферою життя).
Верхня межа біосфери, за В.І. Вернадським, є променевою, а нижня – термічною. Променева межа зумовлена наявністю жорсткого короткохвильового випромінювання, від якого життя на Землі захищає озоновий шар, термічна – наявністю високих температур і знаходиться на суші в середньому на глибині 3-3,5 км від земної поверхні. Таким чином, загальна товщина цієї земної оболонки повинна була б становити кілька десятків кілометрів
Цікаві узагальнення з приводу параметрів біосфери наводить Ф JL Шипунов (1980). За його даними, найбільшу товщину біосфера має на тропічних широтах – 22 км, найменшу – на полярних – 12 км. Приблизна маса біосфери становить 3x1024 г, а обєм – 10х1024 см3, в тому числі літосфери – 0,6х1024 см3, гідросфери – 1,4x1024 см3 і тропосфери – 8x1024 см3 (приблизна маса тропосфери – 0,004хЮ24 г, гідросфери – 1,4хЮ24 г, а літосфери товщиною 3 км на суші і під дном океану – 0,5 км маса 1,6 х 1024 г). Приблизна маса біосфери становить 0,05% від маси Землі, а об’єм – 0,4% від обєму Землі, включаючи до останнього атмосферу, товщину в 2000 км від рівня геоїда
Процеси, які відбуваються у біосфері та в оточуючому її оточуючому середовищі, породжуються і підтримуються, з одного оку космічними, а з другого – земними факторами, повязаними з особливостями Землі, як планети (напруженість гравітацій магнітного полів, особливості її речовини, випромінювання тощо). Взаємодія цих двох факторів створює єдиний утвір – систему Землі (Шипунов). Біосфера є структурною частиною цієї складної планетної системи. І якщо її жива речовина формує для себе найсприятливіше середовище існування і розвитку – біосферу то остання перетворює своє планетне середовище таким чином і в таких розмірах, щоб мати максимальну стійкість своєї структурної організації. Тому біосферу треба розглядати не лише як область розвитку живої речовини на Землі, але й як область, що трансформує своє близьке оточення в невідємне від неї екологічне планетне середовище.
Роль В.І. Вернадського у вивченні біосфери та ноосфери
Наш геніальний співвітчизник – перший президент Академії Наук України Володимир Іванович Вернадський був у числі перших, хто сприймав Землю як єдиний живий організм, в якому, на перший погляд, зовсім різні процеси у трьох зовнішніх сферах Землі – літосфері, гідросфері і атмосфері – тісно повязані між собою.
Володимир Вернадський – великий український натураліст і філософ XX сторіччя. Народився 12 березня 1863 року у Петербурзі в сімї українського економіста, професора Івана Вернадського, помер б січня 1945 року. І за походженням, і за національною самовідданістю Вернадський був українцем, багато зробив Для відродження України, її культури і науки. Зокрема, він був організатором і першим президентом Всеукраїнської Академії Наук, Національної книгозбірні України, Комісії з вивчення продуктивних сил України тощо. Всесвітню славу вченому принесли створені ним вчення про біосферу та ноосферу.
У своїй праці Декілька слів про ноосферу, яка зявилася у 1944РоЦі, у концентрованому вигляді викладено його бачення еволюційно-історичного процесу, перспектив майбуття людства як космічного феномена
В.І. Вернадський одним із перших усвідомив величезний перетворюючий вплив живих організмів на усі три зовнішні оболонки Землі в планетарному масштабі, тісну взаємодію і взаємозалежність усіх форм життя. Це дало йому поштовх до створення всеохоплюючої теорії біосфери, тобто тієї частини зовнішніх оболонок нашої планети, яка безпосередньо повязана з існуванням життя на Землі. Вернадський В.І. (1934) дав таке визначення біосфери: Біосфера являє собою оболонку життя – область існування живої речовини.
Вернадський особливо виділяє перетворюючий вплив на . Землю однієї з форм життя – людини через її розумну діяльність і передбачає швидке зростання глибини і масштабів цього Впливу. Природні обєкти, які вже зазнали впливу людської діяльності, він відносить до ноосфери тобто до сфери розуму і передбачає, що ноосфера буде швидко розширюватись, охоплюючи все більшу частину Землі – від глибоких її надр до найвищих
шарів атмосфери.
В золотий фонд світової науки увійшла робота В.І. Вернадського Декілька слів про ноосферу, яка зявилася у 1944 р. Тут у концентрованому вигляді викладено його бачення еволюційно-історичного процесу, перспектив майбуття людства як космічного феномена. Стверджується, що під впливом розвитку науки і пізнання біосфера має стати ноосферою, тобто цариною розуму, де панують закони мудрості і гармонії.
Він писав: Людство, взяте в цілому, стає могутньою геологічною силою. Й перед ним, перед його думкою та працею, постає питання про перебудову біосфери в інтересах вільно мислячого людства як єдиного цілого.
В.І. Вернадський вважав, що ноосфера – це такий стан біосфери, в якому повинні проявитися розум і спрямована ним праця людини як нова, не бувала на планеті, геологічна сила.
Очевидно, що ноосфера в просторі значною мірою перекривається з біосферою, але не тотожна їй. Темпи розвитку ноосфери незрівнянно вищі від темпів змін біосфери.
Але життя на Землі безпосередньо залежить також від низки космічних факторів, найголовнішим (але далеко не єдиним) з яких завжди вважалось випромінювання Сонця. Усвідомлення перетворюючого впливу життя на одне з космічних тіл – планету Земля і безпосередній звязок земного життя з космічними факторами дозволили В.І. Вернадському висловити свою всесвітньовідому тезу: життя на Землі – явище космічне. На його думку, зародки життя заносяться з космосу на всі планети, які виникають v Всесвіті, а далі за сприятливих умов різні форми життя можуть еволюціонувати, урізноманітнюватись і вдосконалюватись – залежно від конкретних умов даної планети, посилаючи в свою чергу зародки життя у космос на усі інші планети Всесвіту.
Агросфера як складова біосфери
Агросфера як складова біосфери, чинник добробуту людства та одна з причин екологічної кризи. Як уже зазначалося, вчення про біосферу створив В.І. Вернадський. Біосфера – нижня частина атмосфери, вся гідросфера, верхня частина літосфери, яка є зоною існування і функціонування живої речовини або зачеплена життєдіяльністю живих організмів (у тім числі в історичному минулому); активна оболонка Землі, в якій сукупна діяльність живих організмів проявляється як геохімічний чинник планетарного масштабу. В межах цієї глобальної екосистеми взаємодіють жива і нежива речовини.
Найважливішими компонентами біосфери є жива речовина (рослини, тварини і мікроорганізми), біогенні речовини (органічні й ор-гано-мінеральні продукти, створювані живими організмами упродовж геологічної історії – камяне вугілля, нафта, торф та ін.), неживі речовини (атмосфера, гірські породи неорганічного походження, вода); безживні речовини (продукт синтезу живого і неживого, тобто осадові породи, ґрунт, мул).
Сільськогосподарською екосистемою найвищого рівня вважають агросферу – поверхню суходолу, залучену до сільськогосподарського виробництва.
Агросфера – продукт сільськогосподарської діяльності людини – головний компонент антропогеоценозів і складова частина біосфери. В усі часи забезпечення продуктами харчування населення Землі, чисельність якого постійно зростає, було найважливішим завданням. І хоча виробництво харчових продуктів у світі неухильно зростає, ця проблема залишається гострою в багатьох країнах.
Із сотень тисяч видів рослин і тварин, що живуть на Землі, лише декілька сотень видів і сортів основних сільськогосподарських культур і порід тварин використовують люди для виготовлення продуктів харчування. Крім того, виробництво і забезпечення населення продуктами харчування значною мірою залежить від випадкових явищ: екстремальних умов погоди (засухи, суховії, морози, град, вимокання та ін.), епіфітотій та епізоотій серед сільськогосподарських рослин і тварин, забруднення навколишнього середовища понад допустимі норми.
Ріст чисельності населення планети спричинює необхідність значного збільшення обсягів продуктів харчування, що призводить до посилення антропогенного тиску на природні екосистеми.
У своєму прагненні взяти від природних ресурсів якомога більше для забезпечення зростаючих потреб суспільства людина в процесі сільськогосподарського виробництва дедалі енергійніше втручається в екологічну рівновагу, яка складалася тисячоліттями. XX ст. ознаменувалося різким прискоренням і посиленням такого вторгнення: вирубування лісів, різке збільшення площ розораних територій, будівництво гігантських гідротехнічних споруд і систем, часто без належного екологічного обґрунтування, зміна екологічних умов існування біоти зростаючими обсягами застосування хімічних засобів (добрива, пестициди тощо). У результаті розвинулись деградація ґрунтового і рослинного покривів, забруднення повітря, ґрунтів, водойм, спустелення, зменшилась біологічна різноманітність на Землі та ін. Людина своєю господарською діяльністю вийшла на глобальний рівень впливу на біосферу. Незважаючи на деяке збільшення виробництва продуктів харчування в розрахунку на душу населення загалом на Землі, в багатьох країнах сотні мільйонів людей недоїдають і сотні тисяч вмирають від голоду.
У матеріалах конференції ООН з навколишнього середовища і розвитку (Ріо-де-Жанейро, 1992) наведено дані, що прибуток 1,1 млрд. жителів Землі становить менш ніж 1 долар США в день.
Екологічна ситуація в агросфері України
Загальний стан сільського господарства в Україні характеризується спадом виробництва продукції, виснаженням землі, різким зменшенням поголівя худоби, погіршенням матеріально-технічної бази.
У спадок від XX ст. в багатьох випадках нам дісталася важка екологічна ситуація внаслідок екстенсивного, масово безграмотного і хижацького використання природних ресурсів, серед яких унікальним багатством є земля. Адже в Україні близько 28 % світової площі найбільш родючих земель – чорноземів і всього 0,1 % населення планети. Водночас у нас надзвичайно гострим є питання забезпечення його харчовими продуктами.
Переплетення економічних, соціальних і екологічних проблем породжує необхідність пошуку шляхів виходу з цієї затяжної кризи.
Фізичне знищення геобіоценозів і агроландшафтів на території будь-якої держави є великою трагедією. В Центральній Європі тільки Україна має класичну модель знищення геобіоценозу на території, що перевищує 1 млн га. Йдеться про створення шести водосховищ Дніпровського каскаду (Запорізьке, Каховське, Кременчуцьке, Дніпродзержинське, Київське, Канівське).
Небачених масштабів із часів останнього льодовикового періоду (18 тис. років тому) набули геологічні процеси розмивання берегової
лінії і переміщення мас землі; площа підтоплених земель сягає 1 млн. га, а затоплених – 260 тис. га.
До фізичного виведення з ладу на невизначений час слід віднести часто непродумане, неконтрольоване відведення земель під несільськогосподарське використання. За останні 60 років їх вилучено 3,3 млн. га.
Загрозливою стала деградація ґрунтового покриву, що повязано з процесами водної і вітрової ерозії, переущільненням ґрунту, погіршенням його якісного складу. Основною причиною багатьох деградаційних процесів є тотальна розораність земель України. За даними В.Ф. Сайка (2000), розораність сільськогосподарських угідь в Україні сягає 82 %. Для порівняння: в ФРН – 32 %, у Великій Британії – 18,5, у США – 20 %.
Екологічна деградація, спричинена людською діяльністю, найбільш відчутно зачепила береги і басейни малих річок України, що є основною структурною одиницею українських агроландшафтів. Малі річки часто стають причиною екологічних катастроф, коли внаслідок змивів або паводків їх замулені русла неспроможні пропустити критичну масу атмосферних чи талих вод. В усіх ґрунтово-кліматичних зонах погіршується якість землі – знижується вміст гумусу (за останні 10 років гумусний фонд України зменшився на 10 – 14 %). Нині в ґрунті не вистачає азоту, в орному шарі дедалі знижується вміст рухомих форм фосфору і калію, збільшуються площі підкислених і засолених ґрунтів.
Величезних масштабів набуло забруднення навколишнього середовища.
Найбільшу загрозу несуть у собі відходи виробництва і побутові. Вони нагромадились в Україні на площі 160 тис. га загальним обємом 25 млрд т зі щорічним надходженням близько 2 млрд. т. Дуже небезпечним залишається радіонуклідне забруднення, що сталося внаслідок чорнобильської катастрофи, – площі з рівнем забруднення радіонуклідами понад 1 Кі/км2 становлять близько 9 млн. га. Величезні території землі забруднені важкими металами. Загалом в Україні потребує оздоровлення від різних видів забруднення близько половини сільськогосподарських угідь.
Світові традиції землеробства
Антропогенне перетворення природних ландшафтів на аграрні відбувалось упродовж тисячоліть.
Першою системою землеробства була підсічно-вогнева, яка в деяких племенах зберігається досі. За такої системи спалюють ліси, а на вивільненій території, вкритій попелом (золою), сіють і вирощують культурні рослини. Через швидке виснаження ґрунтів термін використання таких полів був короткий (до 10 років). Поля, які різко знижували родючість, тимчасово залишали у спокої. В результаті природних процесів вони поступово відновлювали родючість. На цій території знову спалювали ліси і вивільнені ділянки включали у сільськогосподарське використання.
На зміну підсічно-вогневій системі землеробства прийшла обліжно-перелогова. Після 5 - 10-річного використання поля покидали і вони поступово перетворювались на облоги і перелоги. З часом їх родючість відновлювалась, польові ділянки звільнялись від бурянів.
Екстенсивні системи землеробства замінили інтенсивні – парові, сидеральні, травопільні, плодозмінні.
Прогрес у рослинництві тісно повязаний із розвитком тваринництва. За безперервного використання одних і тих самих полів, городів, садів для отримання на них високих урожаїв потрібно вживати заходів щодо підтримання й відтворення родючості ґрунтів. Для цього їх удобрювали в основному гноєм. Відходи тваринництва
сприяли розвитку рослинництва. Водночас рослинництво – дуже важливий чинник розвитку тваринництва, оскільки фітомасу полів, луків, лісів тощо використовували для годівлі сільськогосподарських тварин.
За розмірами антропогенних енергетичних субсидій основні типи агроекосистем поділяють на групи.
Першу групу утворюють екстенсивні агроекосистеми. їх продуктивність низька, ступінь адаптивності високий, спеціалізація рослинницька, тваринницька, комплексна. Характеризуються тривалою обліжно-перелоговою стадією, збереженням балансу між продуктивністю кормових угідь і поголівям худоби.
До другої групи належать інтенсивні агроекосистеми. їх продуктивність висока, ступінь адаптивності низький, спеціалізація рослинницька, тваринницька, комплексна. Характеризуються застосуванням сівозмін із травами і сидератами; утилізацією безпідстилкового гною, внесенням його на поля.
До третьої групи входять адаптивні агроекосистеми. їх продуктивність помірно висока, ступінь адаптивності високий, спеціалізація рослинницька, тваринницька, комплексна. Характеризуються широким застосуванням сидерації, побічної продукції сільськогосподарських культур, сівозмін із короткою ротацією, адаптивною структурою агроекосистеми, зменшенням біологічного різноманіття, повною утилізацією гною, застосуванням біометодів.
У багатьох аграрних ландшафтах, де природні механізми саморегулювання й оптимізації екологічної ситуації в екосистемах не були порушені, сільське господарство розвивалося ефективно. Тут агроландшафт згубно не впливав на навколишнє середовище, на природні комплекси, що з ним межують.
Проте навіть у стародавньому світі траплялися екологічні катастрофи, повязані з деградацією ґрунтів, зникненням водойм, зміною клімату, що негативно впливало на розвиток рослинництва і тваринництва.
У міру розширення агросфери й інтенсифікації сільського господарства екологічні катастрофи ставали дедалі частішими і більш грізними.
Спеціальні біологічні препарати повинні додати рослинам необхідної сили і активізувати певні процеси у ґрунті. Гумусні препарати готують з рогів тварин і гною, кремнієві - з рогів і розмеленого кварцу. Цим препаратам, які застосовують у дуже розведеному вигляді, приписують особливі можливості.
Крім того, є так звані компостні препарати, що регулюють живлення і розвиток рослин, їх готують з різних рослин - деревію, кропиви, ромашки лікарської, дубової кори, валеріани тощо, а потім змішують з гноєм.
Витяжки, відвари і продукти бродіння з рослин використовують як добрива (для позакореневого підживлення і внесення в ґрунт), стимулятори росту і для захисних цілей.
Найбільше поширення одержали препарати з кропиви і хвоща. Для їх приготування кропиву (до цвітіння) подрібнюють, додають дощову воду (1:10) і витримують 1-2 тижні. Рідину, що перебродила (витяжку), використовують при розведенні у 10 разів. Вона містить вітаміни і стимулятори росту, її можна застосовувати проти попелиць. Препарат хвоща польового готують так: рослини подрібнюють, додають (1:1), кипятять і настоюють ЗО днів. Відвар придатний для підживлення, боротьби з грибними хворобами (борошниста роса тощо). Майже так само готують і використовують (головним чином для захисних цілей) препарати з живокосту, полину гіркого, грициків, пижми тощо.
Екологічна система. В деяких країнах налічується небагаточисельна група послідовників цієї системи. Чітке уявлення характерних її властивостей скласти неважко. Основою її є суворе обмеження застосування пестицидів і гнучке відношення до питання про мінеральні добрива дозволяється використовувати навіть їх водорозчинні форми, але з врахуванням механічного складу ґрунту та інших умов.
Навіть коротке ознайомлення із змістом альтернативних систем свідчить про умовність і відносність їх назв. Наприклад, викликає сумнів біологічна система, оскільки в усіх випадках обєктом землеробства є живий організм - рослина, і будь-яка система є біологічною.
У найбільших масштабах альтернативне землеробство застосовується в Швейцарії. За останні 10-15 років територія ферм, що застосовують ці методи, збільшилася в 6 разів і до 1981 р. становила 11,8 тис. га (близько 1% корисної сільськогосподарської площі країни).
У Данії продукція альтернативних господарств в 1987 р. досягала 1-2% загального виробництва сільськогосподарських продуктів у країні.
Альтернативне землеробство в Західній Європі і США одержало офіційне визнання й існує на законних засадах. Землероби, що його застосовують, обєднуються в союзи, спілки, товариства. Ці обєднання мають часто свої видання. Державні органи здійснюють офіційний контроль за дотриманням фермерами вимог по вирощуванню сільськогосподарської продукції без застосування засобів хімізації.