Законы передачи энергии в экосистеме. Экологические пирамиды. Экологические проблемы упаковки и пути их решения

В схемах пищевых цепей каждый организм представлен  питающимся организмами какого-то определённого  типа. Действительность намного сложнее, и организмы (особенно, хищники) могут питаться самыми разными организмами, даже из различных пищевых цепей. Таким образом, пищевые цепи переплетаются, образуя пищевые сети.

      Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. Простейшими из них являются пирамиды численности, которые отражают количество организмов (отдельных особей) на каждом трофическом уровне. Для удобства анализа эти количества отображаются прямоугольниками, длина которых пропорциональна количеству организмов, обитающих в изучаемой экосистеме, либо логарифму этого количества. Часто пирамиды численности строят в расчёте на единицу площади (в наземных экосистемах) или объёма (в водных экосистемах).

      В пирамидах численности дерево и  колосок учитываются одинаково, несмотря  на их различную массу.  Поэтому более удобно  использовать

11

 

пирамиды  биомассы, которые рассчитываются не по количеству особей на каждом трофическом уровне, а по их суммарной массе. Построение пирамид биомассы - более сложный и длительный процесс.

 

     Пирамиды  биомассы не отражают энергетической значимости организмов и не учитывают  скорость потребления биомассы. Это  может приводить к аномалиям  в виде перевёрнутых пирамид. Выходом  из положения является построение наиболее сложных пирамид - пирамид энергии. Они показывают количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень экосистемы за определённый промежуток времени (например, за год - чтобы учесть сезонные колебания). В основание пирамиды энергии часто добавляют прямоугольник, показывающий приток солнечной энергии. Пирамиды энергии позволяют сравнивать энергетическую значимость популяций внутри экосистемы. Так, доля энергии, проходящей через почвенных бактерий, несмотря на их ничтожную

 

     

биомассу, может составлять десятки процентов  от общего потока энергии, проходящего  через первичных консументов.

      Органическое  вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Скорость накопления энергии первичными продуцентами называется валовой первичной продуктивностью, а скорость накопления органических веществ - чистой первичной продуктивностью. ВПП примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так как часть энергии растения тратят на дыхание. Всего растения усваивают около процента солнечной энергии, поглощённой ими.

Поток энергии  через пастбищную пищевую цепь. Все  цифры даны в кДж/м²тод.

     При поедании одних организмов другими  вещество и пища переходят на следующий  трофический уровень. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами, называется вторичной продукцией. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непереваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Это накладывает существенное ограничение на длину пищевых цепей; количество звеньев в них редко бывает больше 6. Отметим, что эффективность переноса энергии от одних организмов к другим значительно выше, чем эффективность производства первичной продукции. Средняя эффективность переноса энергии от растения

13

 

к животному  составляет около 10%, а от животного  к животному - 20%. Обычно растительная пища энергетически менее ценна, так как в ней содержится большое  количество целлюлозы и древесины, не перевариваемых большинством животных.

     Изучение продуктивности экосистем важно для их рационального использования. Эффективность экосистем может быть повышена за счёт повышения урожайности, уменьшения помех со стороны других организмов (например, сорняков по отношению к сельскохозяйственным культурам), использования культур, более приспобленных к условиям данной экосистемы. По отношению к животным необходимо знать максимальный уровень добычи (то есть количество особей, которые можно изъять из популяции за определённый промежуток времени без ущерба для её дальнейшей продуктивности).

      Экологическая пирамида чисел для водной экосистемы, выраженная в условных единицах биомассы, выглядит следующим образом:

      Таким образом, экологические пирамиды показывают соотношение биомасс и эквивалентных им энергий в каждом звене пищевой цепи. Это используется в практических целях, например, для обоснования необходимой площади для сельхоз. культур, чтобы обеспечить кормами скот.

 

      

Глава 2. Экологические проблемы упаковки и пути их решения.

1. Экологические аспекты упаковки. Утилизация и деградация.

     Практически любая упаковка, выполнившая свои функции для производителя и  потребителя, оказывается на свалке, и далее мы можем абстрактно описывать  любую упаковку как отходы. Проблема упаковки в качестве отходов стоит очень остро вследствие огромного количества ежедневно выбрасываемых упаковок.

      Отходы - это материалы и предметы, от которых избавляется их владелец по собственному желанию или по требованию закона, что делает необходимым организацию их сбора, сортировки, очистки, транспортировки и обработки, складирование и дальнейшую переработку или какое-либо другое использование, а также ликвидацию. Отходы подразделяются на несколько видов:

• бытовые отходы - мусор, скапливающийся в квартирах, домах, крупных магазинах, предприятиях бытового обслуживания и т.д.
• промышленные отходы - отходы, скапливающиеся на промышленных предприятиях.

     К настоящему моменту в крупном  городе на одного человека в год  в среднем приходится 250-300 кг твердых бытовых отходов (ТБО), а ежегодный прирост составляет около 5 %, что приводит к быстрому росту мусорных свалок как разрешенных (зарегистрированных), так и "диких" (незарегистрированных).

      Свалки  приводят к значительному ухудшению  окружающей среды: загрязнению воздуха, почвы и грунтовых вод метаном, диоксидом серы, растворителями, 2,3,7,8-тетрахлордибензо-1,4-диоксаном (диоксин), инсектицидами, тяжелыми металлами в виде их солей и другими вредными веществами. Свалки являются причиной просадки грунта, непродуктивного использования  земельных участков  вместо  полезного  отведения  их под

15

 

садово-парковые посадки, жилищное строительство или  общественно-значимых сооружения и  т.д.

      Свалки  способствуют возникновению эпидемиологической опасности, связанной с появлением грызунов и переносу ими различных заболеваний. По мере увеличения свалки наступают и постепенно занимают "зеленые" зоны и пригородные места отдыха. Это, в свою очередь, требует увеличения затрат на транспортировку отходов и способствует дальнейшему загрязнению территорий выхлопными газами транспортных средств. Проблема охраны окружающей среды от изношенной и использованной упаковки может быть решена двумя путями - уничтожением и утилизацией; последняя подразумевает ее трансформацию в полезный продукт. Основными способами уничтожения ТБО, включающих изношенную упаковку, являются захоронение и сжигание.

     Захоронение ТБО связано с отведением под мусорные свалки значительных земельных участков и отторжением их от полезного использования. В РФ примерно 90 % ТБО вывозится на свалки, занимающие более 20 тыс. га. Каждая такая свалка "съедает" от 6 до 50 га земельных угодий. Кроме того, на свалки вывозится ценнейшее вторичное сырье (макулатура, пластмассы, стекло, металлы и др.), которое может и должно вовлекаться в полезные производственные циклы.

      Сжиганию  можно подвергать как твердые, так и жидкие отходы. Этот метод не является рациональным и экономичным, так как при сжигании выделяются ядовитые продукты окисления. При сжигании отходов имеет место быстрый износ установок (мусоросжигательных печей), выделение вредных продуктов сжигания в атмосферу и повторное ее загрязнение, попадание токсичных солей тяжелых металлов в почву и водную среду, а значит и в организм человека. Установки для сжигания мусора, как правило, представляют собой сложные и дорогостоящие сооружения, так как они должны быть оснащены эффективными фильтрами и газоуловителями.

 
16

 

      Указанные причины не позволяют широко использовать данный метод для уничтожения ТБО, хотя в некоторых случаях, например, при невозможности разделения отходов он может оказаться единственным способом уничтожения. Форсированным способом уничтожения полимерных отходов из использованных упаковок может явиться их радиационная обработка. Необходимый результат при этом можно получить, используя гамма-излучение, нейтроны и бета-частицы, энергия которых в значительной степени превышает энергию химических связей макромолекул. При радиодеструкции полимеров образуются низкомолекулярные и олигомерные свободные радикалы, которые легко взаимодействуют с кислородом воздуха, инициируя цепные реакции фото- и термоокислительной деструкции, приводящие к разрушению полимеров.

     В результате воздействия на полимерную основу упаковки различных факторов природного и техногенного характеров макромолекула распадается на более низкомолекулярные продукты, такие, как спирты, эфиры, кислоты и карбонильные соединения, которые затем естественным образом вовлекаются в природные и биологические циклы круговорота веществ, как правило, не нанося вреда окружающей среде.

      Отходы  потребления и промышленные отходы, пригодные к дальнейшей переработке, называют вторичным полимерным сырьем (ВПС), к которому относятся необработанные изделия из полимерных и других материалов, а также смесевых композиций (композиционных материалов), утративших свои потребительские свойства в результате физического или морального износа и предназначенные для переработки и использования в народном хозяйстве.

      При утилизации вторичного полимерного сырья с целью создания малоотходных технологий и снижения нагрузки на окружающую среду особую роль в организации сбора ВПС и его сортировки играет экологическая маркировка. Европейский союз предпринимает значительные усилия   по   введению   унифицированной   экомаркировки.   Решение   о   ее

17

 

присвоении  принимается компетентными органами стран-членов ЕС на конкурсной основе. Наносимая на упаковку экологическая  маркировка подразделяется на три основные группы:

      Знаки, обозначающие степень экологического благополучия товара или его упаковки. К ним относятся, например, голубой ангел ()Право на его использование осуществляется на конкурсной основе и путем продажи, что составляет финансовую основу DSD.

      Основой единой экомаркировки в соответствии с требованиями ЕС является знак, который может быть выполнен в двух цветах (зеленом и голубом), а также черным по белому или белым цветом на черном фоне.

      К этой группе можно отнести знаки, обозначающие изделия, поддающиеся  повторному использованию или полученные в результате вторичной переработки. Существует большое разнообразие таких знаков, но наиболее распространенными являются знаки, представляющие замкнутый цикл, обозначающие систему "создание - применение - утилизация" с указанием материала, из которого произведено данное изделие.

     Наиболее  узнаваемым и распространенным из этой серии знаков представляется знак "Зеленая  точка" в рамках "Дуальной системы" Германии (DSD).

     В соответствии с требованиями Директивы ЕС всякая упаковка должна маркироваться следующими знаками: повторное или многоразовое использование При необходимости для идентификации материала упаковки и облегчения сортировки на нее наносятся цифровые или буквенные обозначения, расположенные чаще всего в центре знака ( а иногда - ниже), позволяющая установить тип материала.

Упаковочные материалы обозначаются следующими цифрами:

пластмассы - от 1 до 19;

бумага и  картон - от 20 до 39;

металлы от 40 до 49;

древесина - от 50 до 59;

18

 

текстиль - от 60 до 69; стекло - от 70 до 79.

      В свою очередь, для пластмасс установлены следующие цифровые обозначения:

1. - ПЭТ,

2. - ПЭНД, 3-ПВХ,

4 - ПЭВД, 5-ПП, 6-ПС,