Функционирование агроэкосистем в условиях техногенеза.
По мере роста производительных сил использование природно-ресурсного потенциала неуклонно расширяется, усиливается разностороннее антропогенное воздействие на природные комплексы и их компоненты. Прямым следствием такого воздействия является формирование и развитие процессов техногенеза.
Техногенез – это процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. Заключается в преобразовании биосферы, вызываемом совокупностью геохимических процессов, связанных с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из окружающей среды, концентрации и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений.
В результате промышленной, сельскохозяйственной и иной многоплановой деятельности человека возникает техногенная миграция значительных объемов разнообразнейших веществ, являющихся, как правило, загрязнителями окружающей среды.
В соответствии с современными представлениями интегральным показателем последствий техногенеза является загрязнение окружающей природной среды.
С экологической точки зрения загрязнение окружающей среды есть любое внесение в ту или иную экосистему несвойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего снижается продуктивность данной экосистемы или она разрушается. Из-за загрязнения ухудшается физическое и моральное состояние человека.
Загрязняющие факторы по физико-химическим параметрам подразделяются на механические, физические (энергетические), химические и биологические. Механическиеисточники загрязнения представлены инертными пылевыми частицами в атмосфере, твердыми частицами и разнообразными предметами в воде и почве. Кхимическим источникам загрязнения относятся газообразные, жидкие и твердые химические элементы и соединения, попадающие в атмосферу и взаимодействующие с компонентами окружающей природной среды. Физическими (энергетическими) источниками загрязнения являются тепло, шум, вибрации, видимые инфракрасные и ультрафиолетовые части спектра световой энергии, электромагнитные поля, ионизирующие излучения. Биологические загрязнения связаны с различными видами организмов, появившихся при участии человека и причиняющих вред ему самому или живой природе. Сравнительно недавно к загрязнениям начали относить нарушение природных ландшафтов и пейзажей, урбанизацию и т.п.
Для характеристики различных неблагоприятных воздействий применяют «стресс - индексы» категорий загрязнителей среды, которые по своему функциональному значению (смыслу) пропорциональны значениям экологического риска, являющегося мерой экологической опасности (табл.1). Они позволяют получить относительную характеристику опасности загрязнений.
1. Стресс - индексы загрязнителей среды
Загрязнители среды | Стресс - индексы | Загрязнители среды | Стресс - индексы |
Пестициды | Органические бытовые отходы | ||
Тяжелые металлы | Окислы азота | ||
Транспортируемые отходы АЭС | Хранилища радиоактивных отходов | ||
Твердые токсичные отходы | Городской мусор | ||
Взвешенные металлы в металлургии | Фотохимические оксиданты | ||
Неочищенные сточные воды | Летучие углеводороды в воздухе | ||
Двуокись серы | Городские шумы | ||
Разливы нефти | Окись углерода | ||
Химические удобрения |
Агроэкосистемы, ставшие неотъемлемой составной частью современной биотехносферы, испытывают постоянные техногенные воздействия посредством загрязнений локального, регионального и глобального характера.
Центральное место в агроэкосистемах занимают продуценты, представляемые широким набором культивируемых растений. Именно в этом звене в значительной мере накапливаются продукты техногенеза, прежде всего газопылевые выбросы. Различают невидимые воздействия на растительность и видимые повреждения.
К основным невидимым воздействиям относятся: загрязнение растительного материала газообразными или твердыми компонентами вредных веществ, которые поглощаются частями растений, скапливаясь внутри или прилипая; реакции в растительном обмене веществ, проходящие в течение короткого времени; структурные изменения внутри клеток.
К внешним (видимым) изменениям относятся следующие: загрязнения (например, от сажи, летучей золы, цементной пыли, оксида железа и др.), особенно на шероховатых, покрытых волосками, клейких или влажных частях растений; прилипающая токсичная пыль, содержащая Рb, Аs или F; некроз, проявляющийся в изменении цвета или ожогах на листьях и хвоинках или других частях растений в результате воздействия SO2 , HF, SiF4, SO3, НСl; верхушечный некроз на плодах под действием НF; преждевременный опад листьев или хвоинок; депрессия роста функционально важных или предназначенных для использования частей растений в результате снижения ассимиляции; потери зеленой массы из-за некроза или вследствие нарушения роста корневой системы из-за попавших в землю токсичных веществ.
Действие загрязняющих веществ на растения зависит от их вида и концентрации, длительности воздействия, относительной восприимчивости видов или отдельных растений к дымам и газам, стадии физиологического развития, в которой находится растение или его часть. Ведущие факторы – концентрация и продолжительность воздействия вредных ингредиентов.
Последствия техногенеза отрицательно сказываются на состоянии почв. Например, количество дождевых червей, принятое в качестве интегральной характеристики почвенного благополучия, заметно меняется в зависимости от расстояния до источника выброса и направления переноса загрязнений. На расстоянии до 600м в пахотных слоях черви практически полностью отсутствуют (табл.2).
2.Количество дождевых червей (шт.) в пахотном слое почвы, рассчитанное на 100л (по Луке, 1981)
Удаление от источника выброса (м) и направление | Е | Е | Е | Е | Е | Е | W |
Дождевые черви | 0,5 | 7,5 |
Примечание. В почве этого ареала содержится 200-2000мг/кг Аs, 100-200мг/кг Рb и до 1000мг/кг Zn. Е – восток, W – запад.
И на протяжении 1500м их численность значительно снижена. Это свидетельствует об «омертвлении» почвы.
В результате действия загрязнений наблюдается падение продуктивности агросистем (табл.3). Считается, что фитотоксичные концентрации SO2 находятся в интервале 50-90 мкг/м3. Картофель выдерживает довольно большие концентрации SO2 в воздухе (250 мкг\м3) без существенных изменений по некоторым показателям.
3.Снижение урожайности сельскохозяйственных культур (%) в зависимости от расстояния до источника вредных выбросов в атмосферу, (Балацкий, 1979)
Культура | Расстояние, км | Культура | Расстояние, км | ||
2 – 3 | 2-3 | ||||
Пшеница | 18,7 | 9,4 | Картофель | 35-47 | 18-24 |
Рожь | 15,2 | 7,6 | Свекла | 25-62 | 13-31 |
Ячмень | 24,4 | 12,2 | Лен | 62,6 | 31,3 |
Овес | 31,1 | 15,5 | Клевер | 33,1 | 16,6 |
Кукуруза | 25,0 | 12,5 | Люцерна | 37,8 | 18,9 |
Опасный токсикант для сельскохозяйственных растений – фтор. Соединения фтора могут быть газообразными ( НF, SiF4, H2SiF2, CF6), твердыми частицами и аэрозолями (NaF4, CaF2, AlF3, Na2SiF6). Содержание фтора в атмосфере для незагрязненных экосистем составляет 0,0001мг/м3. Симптомы интоксикации начинают проявляться при накоплении фтора в тканях в концентрации более 1,5-2,0 мг/кг. Сельскохозяйственные культуры нельзя выращивать на расстоянии ближе 3 км от источника фтористых выбросов.
Азотистые соединения в определенных количествах также негативно сказываются на состоянии агросистем. При высокотемпературном горении непосредственно в атмосферу поступает оксид азота (NO), который быстро окисляется до диоксида азота (NO2).
Диоксид азота участвует в фотохимических реакциях; в результате образуются сильные окислители (озон, пероксиацетилнитраты). А вместе с диоксидом серы NO2 образует кислые аэрозоли и осадки.
При скармливании на протяжении двух лет (в общей сложности 37 недель) лактирующим коровам загрязненных кормов удои по сравнению с удоями животных, получавших только промытые корма, были в среднем на 19,8% ниже. При использовании загрязненных кормов наблюдалось снижение прироста массы у крупного рогатого скота на 19,4-37,5%.
Загрязняющие вещества, с одной стороны, концентрируются непосредственно в тканях растений, а с другой – меняют условия среды их обитания. У многих растений существуют механизмы детоксикации и окислительной деградации поглощенных токсикантов. Так, установлено, что 70% диоксида серы, попавшего в листья ячменя, превращается в серную кислоту, 30% детоксицируется – образуются свободные аминокислоты, содержащие серу (цистеин, метионин, глутатион), что подтверждается значительным увеличением содержания этих веществ в клетках в ответ на воздействие SO2.
Дата добавления: 2016-02-11; просмотров: 3368;