Использование продукции биосферы человеком Проблема повышения продуктивности природных

Использование продукции биосферы человеком Проблема повышения продуктивности природных и культурных экосистем

Коэффициент пищевого использования (КПИ) n n n n КПИ = СПЭН / ОПБ (%) СПЭН – суммарное потребление энергии населением (в виде продуктов питания) ОПБ – общая продуктивность биосферы По данным проф. А. А. Покровского человечество потребляет 0, 5 % первичной продукции биосферы. Мировой домашний скот потребляет в 5 раз больше пищи, чем человечество (в пересчете на эквивалентную пищу) Величина КПИ зависит от численности населения и пищевого рациона. В историческом масштабе времени КПИ растет (не равномерно по регионам) Скорость роста численности человечества опережает скорость роста производства продуктов питания

Динамика численности населения Годы 1650 Численность, млрд. 0, 5 Темпы роста, % 0, 3 Время удвоения 250 лет 1900 1, 6 0, 5 140 1970 3, 6 2, 1 30 1991 5, 4 1, 7 2010 6, 82 0, 8

Численность населения по странам мира (2010 г. ) n n n n № Страна 1 Китай 2 Индия 3 США 4 Индонезия 5 Бразилия 6 Пакистан 7 Бангладеш 8 Нигерия 9 Россия 10 Япония 11 Мексика 12 Филиппины 13 Вьетнам 14 Египет 15 Германия Население 1 338 094 418 1 177 995 904 309 824 646 245 512 357 192 572 592 168 800 039 158 255 312 146 019 909 141 935 896 127 288 419 109 955 400 94 281 287 86 986 560 82 713 520 81 369 548 Прирост ▲ 0, 488% ▲ 1, 606% ▲ 0, 894% ▲ 1, 213% ▲ 1, 008% ▲ 0, 828% ▲ 1, 379% ▲ 0, 55% ▲ 0, 03% ▼ -0, 088% ▲ 1, 153% ▲ 1, 764% ▲ 1, 004% ▲ 1, 721% ▼ -0, 033%

Проблема обеспечения населения продуктами питания n n n Темпы роста производства зерна составляют 2, 7 % при потере 40 % урожая Возможность обеспечить население продуктами питания, исходя из рациона: Минимальный рацион, обеспечивающий выживание - 6 млрд. чел. Рацион умеренного питания - 3, 9 млрд. чел. Рацион современного европейского питания - - 2, 9 млрд. чел.

продовольственная проблема По оценкам ВОЗ норма питания для человека составляет 2500 ккал/день Недоедание наступает, когда норма питания опускается ниже 1900 ккал/день Явственный голод наступает, когда норма питания опускается ниже 1000 ккал/день Смысл глобальной продовольственной проблемы заключается в опережающем росте численности населения по сравнению с ростом производства продуктов питания. В результате чего в мире происходит увеличение численности недоедающих и голодающих (ежегодно от голода, недоедания и связанных с ними болезней умирает 40 млн чел. ), растет антропогенная нагрузка на сельскохозяйственные ландшафты, ухудшается качество продуктов питания, возрастает роль генной инженерии в решении продовольственной проблемы. На Земле существует пояс голода, он протянулся голода вдоль экватора. В Тропической Африке находится эпицентр этого пояса. Страны с высоким показателем голодающих: Чад - 50%, Мозамбик – 47%, Сомали - 45%, Уганда 40%, Эфиопия - 39%. На руках у матери умирающий от голода сын. В тоже время на Земле можно выделить пояс переедания, он протянулся через США и переедания Зарубежную Европу. Например граждане США в год потребляют мясных продуктов в 80 раз больше, чем граждане Индии. Это среднестатистические показатели. То есть если один человек съел две курицы, а второй ни одной, то по статистике каждый из них съел по курице!!! 1 - экстенсивный путь - расширение пахотных и пастбищных угодий. 2 - интенсивный путь - повышение продуктивности угодий, выведение высокоурожайных сортов, производство искусственных продуктов.

Япония: семья Юкита из города Кодаира. Расходы на питание в течение одной недели: 37699 йен или $ 317, 25 Любимая еда: сашими, фрукты, пирожные, чипсы

Италия: семья Манцо из Сицилии Расходы на питание в течение одной недели: 214, 36 евро, или $ 260, 11 Любимые блюда: рыба, макароны с рагу, хот-доги, замороженные рыбные палочки

Чад: семья Абубакар из лагеря Брейджинг. Расходы на питание в течение одной недели: 685 франков КФА, или $ 1, 23 Любимые блюда: суп со свежей бараниной

Кувейт: семья Аль-Хагган из города Кувейт Расходы на питание в течение одной недели: 63, 63 динара, или $ 221, 45 Семейный рецепт: Куриное биряни (пряный рис) с рисом басмати

Соединенные Штаты Америки: Семья Ревис из Северной Каролины Расходы на питание в течение одной недели: $ 341, 98 Любимая еда: спагетти, картофель, курица с кунжутом

Мексика: семья Казалес из города Куернавака Расходы на питание в течение одной недели: 1 862, 78 мексиканских песо или $ 189, 09 Любимая еда: пицца, крабы, макароны, курица

Китай: Семья Донг из Пекина Расходы на питание в течение одной недели: 1 233, 76 юаней или $ 155, 06 Любимые блюда: жареная свинина с кисло-сладким соусом

Польша: Семья Собчинцы из города Констанцин-Езорна Расходы на питание в течение одной недели: 582, 48 злотых, или $ 151, 27 Семейный рецепт: свиные ножки с морковью, сельдереем и пастернаком

Египет: семейство Ахмед из Каира Расходы на питание в течение одной недели: 387, 85 египетских фунтов, или $ 68, 53 Семейный рецепт: окра и баранина

Эквадор: семья Эме из Тинго Расходы на питание в течение одной недели: $ 31, 55 Семейный рецепт: картофельный суп с капустой

Бутан: семья из Namgay Shingkhey Виллидж Расходы на питание в течение одной недели: 224, 93 нгултрум или $ 5, 03 Семейный рецепт: грибы с сыром и свининой

Пути повышения продуктивности и производства продуктов питания n n 1. Механизация Использование плуга и домашних животных – Ближний Восток 3000 лет до н. э. Изобретение двигателя внутреннего сгорания и использование горючих ископаемых 20 век. Преимущество: увеличилась площадь обрабатываемых земель и количество производимой продукции

Цена индустриализации агропроизводства n n Эффективность АПК можно выразить биоэнергетическим КПД (академик А. Созинов) КПД рассчитывается как отношение энергии получаемой продукции к совокупной энергии, затраченной АПК (горючее, труд человека, мин. удобрения и пр. ). Если не учитывать энергию солнца и почвы, КПД может быть больше 1. Современные технологии и механизация ведут к росту энергетической цены производства продуктов питания.

Биоэнергетический КПД агропромышленного производства n n n n n Скотоводческие племена (зона Сахеля) Производство ямса (Новая Гвинея) Производство сорго (Судан) Производство маниока (Заир) Современное механизированное п-во Животноводство (Голландия) Тепличное хозяйство (Голландия) Свиноводство (США) Производство говядины (США) 9, 7 16, 4 14, 2 37, 2 0, 3 - 4, 0 0, 14 0, 12 0, 07

Механизация ведет к усиленной эрозии почв и снижению почвенного плодородия. n n За последние 100 лет эрозией уничтожена почва на 20 млн. км 2, что составляет 28 % пахотной земли За 10 лет на 1 га пашни образуется более 3 т органического вещества, теряется за то же время 30 т. За последние 80 лет потери гумуса в южных черноземных районах страны составили 85 т/га, т. е. исчезло 24, 3 % от исходного. Человечество живет взаймы за счет расхода энергии солнца, накопленной в пахотном слое

Почвенная эрозия n n n Водная эрозия: Эрозия плоскостная: нормальная и ускоренная 2. Линейная эрозия (оврагообразование) 3. Ирригационная эрозия Ветровая эрозия

Примеры катастрофических последствий эрозии n n n Северная Африка Карфаген (813 г. до н. э. ), финикийцы, труды Магона по сельскому хозяйству – римляне, переэксплуатация территории, эрозия – в V в. Н. э. племена из южной Африки завершили процесс разрушения Северная Америка Великие равнины (1885 г), фермерское освоение, 1894 г. – первая засуха – 90 % хозяйств разорены; следующее освоение 1914 г. – 1934 засуха, ветровая эрозия, пыльные бури. СССР, 1950, распашка целинных территорий, пыльные бури

Механизация ведет к сокращению площади и утрате природных экосистем n На всей территории Европы утрачены степные экосистемы n Сокращены площади лесных экосистем. Лесистость ландшафтов в лесной зоне не превышает 20 %. (Татарстан – 17 %) n Обезлесивание и почвенная эрозия ведут к заилению водоемов, включая и водохранилища

2. Орошение n n n Орошение с/х земель стало использоваться 6000 лет назад. В аридных условиях вода основной фактор, лимитирующий продуктивность. Большинство орошаемых земель находится в Азии, где в единую ирригационную систему вовлечены стоки крупных рек.

Негативные последствия орошения. n n n Засоление верхних почвенных горизонтов и утрата их сельскохозяйственной значимости. Распространение некоторых заболеваний. Пример: Шистоматоз, вызываемый щистозомами (кровяной двуусткой)

3. Использование минеральных удобрений n n n Теоретической основой для развития этой технологии послужили работы Ю. Либиха Первая страна, увеличившая производство продуктов питания за счет применения минеральных удобрений, была Япония. В мире на 1 га пашни в среднем выносится 0, 5 кг мин. удобрений, в высокопродуктивных хозяйствах до 335 кг/га.

Проблемы и негативные последствия использования минеральных удобрений Ограниченные ресурсы фосфора. n Загрязнение окружающей среды : – поверхностных вод (эвтрофизация); - грунтовых вод; - продуктов питания (овощи, фрукты) n

4. Применение химических средств борьбы с вредителями и болезнями животных и растений n n Возможно ли современное производство без применения пестицидов (от англ. Pest – вредитель)? По данным FAO (Food Agriculture Organization) ежегодные потери урожая на сумму 75 млрд. $ - 35 % до сбора и 15 % после (в основном крысы). 1 рабочий (пр-во гербицидов) заменяет 100 человек на ручной прополке. Ежегодно в мире на 1 га вносится около 300 г пестицидов; в развитых странах до 2 -3 кг/га

Потери урожая от вредителей в России n n n Акад. К. Г. Скрябин: Россия теряет из-за сорняков, вредителей, болезней – 35 % злаковых культур; 42 % сахарной свеклы; 37 % подсолнечника; 46 % картофеля Ежегодное потребление картофеля – 35 млн. т на сумму 7 млрд. $, потери – 3, 5 млрд. $; кредит МВФ России – 2, 8 млрд. $ (т. е. , колорадский жук съедает весь кредит МВФ).

История создания и использования пестицида ДДТ n n n n 1873 г. Отмар Цайдлер (Швейцария) синтезировал ДДТ (хлорорганическое соединение) 1939 г. Пауль Мюллер открыл инсектицидные свойства ДДТ– лауреат Нобелевской премии 1944 г. Эпидемия тифа в Неаполе – 1400 человек погибло, использование ДДТ остановило эпидемию 1974 г. – ВОЗ (Всемирная Организация Здравоохранения) запретила производство и применение ДДТ В мире произведено около 3 млн. т ДДТ, ½ часть накопилась в биосфере. ДДТ устойчивое, растворимое в жирах и маслах вещество, не разрушающееся при кулинарной обработке. При температуре 115 – 1200 в течение 15 часов не разрушается. Токсическая доза при попадании внутрь 10 -15 мг/кг Отмечен в жировой ткани человека: Индия – 26 мг/кг, США – 10, 4; Австралия – 1, 7; Венгрия – 13, 8 мг/кг

Современное производство пестицидов n n 1944 г. Шрадер в лаборатории боевых отравляющих веществ синтезировал паратион (органофосфаты) – Нобелевская премия Производятся современные пестициды, безвредные для теплокровных – севин (карбаматный инсектицид)

Экологические последствия использования пестицидов

Демэкологические последствия n n n Хроническая интоксикация ведет к снижению биотического потенциала: 1. Снижается обычная плодовитость (уменьшается количество откладываемых яиц, числа новорожденных); 2. Снижается выживаемость яиц и молодняка Повышенная смертность эмбрионов и птенцов обусловлена непрочностью скорлупы яиц, снижением содержания кальция, вызванное нарушением равновесия половых гормонов. 3. Бесплодие самок

5. Создание продуктивных сортов растений и пород животных n n n Генетически модифицированные продукты питания По площади: 1 -США, 2 - Аргентина, 3 - Китай. 34 % мирового производства сои на основе трансгенных сортов (США - 62%, Аргентина - 80%, Россия сертифицировала). США - 60 % продуктов питания содержат ГМП, включая детское питание. Канада - трансгенный морозостойкий виноград (ген морозоустойчивости от дикорастущего родственника капусты брокколи, сорт был выведен за 1 год, обычными технологиями необходимо 2534 года).