Интегральный показатель последствий техногенеза – загрязнение окружающей среды. Загрязнение – привнесение в какую-либо среду новых, нехарактерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня содержания этих агентов в среде.
Загрязнение – все то, что находится не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия и отличается от обычно наблюдаемой нормы. Загрязнение может быть вызвано любым агентом, может возникать как в результате естественных причин (природное), так и под влиянием деятельности человека (антропогенное).
С экологической точки зрения сущность загрязняющих воздействий более адекватно отражает следующее определение:
Загрязнение ОС – любое внесение в ту или иную экологическую систему (биогеоценоз) 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.
В любом случае объектом загрязнения является элементарная структурная единица биосферы – биогеоценоз.
По своей сути загрязнение является нежелательной потерей веществ, энергии, труда и средств, используемых при добыче и заготовке сырья и материалов, которые превращаются в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере. Загрязнение становится причиной необратимого разрушения экологических систем, воздействует на глобальные физико-химические параметры среды; в результате загрязнения происходит потеря плодородных земель, падает продуктивность экологических систем и биосферы в целом; из-за загрязнения непосредственно или опосредовано ухудшается физическое и моральное состояние человека.
Агроэкологические системы, ставшие неотъемлемой составной частью современной биотехносферы, испытывают, как и естественные ценозы, постоянные техногенные воздействия, подвергаются влиянию различных загрязнений локального, регионального и глобального характера.
Последствия техногенеза отрицательно сказываются на состоянии почв, может наблюдаться «омертвление» почвы, «стерилизация» почвы. В результате действия загрязнений снижается продуктивность агроэкосистем.
На рис. 8.5 приведена схема, позволяющая лучше понять характер, направленность и особенности взаимосвязей, формирующихся в функционально сложившейся системе: техногенные воздействия- окружающая среда – растения – животные – человек, а также сложность этих взаимосвязей. Продукты техногенеза в виде разнообразных загрязняющих веществ проходят многостадийные превращения, что необходимо учитывать при формировании продуктивных агроэкосистем.
Центральное место в агроэкосистемах занимают продуценты (автотрофное звено), представляемые широким набором культивируемых растений. Именно в этом звене в заначительной мере непосредственно и опосредованно депонируются продукты техногенеза, прежде всего газопылевые выбросы.
Различают невидимые воздействия загрязнений 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 (некоторые компоненты, будучи неопасными для растений или отдельных их органов, при дальнейшем использовании растительного материала могут оказаться токсичными);
- реакции в растительном обмене веществ, проходящие в течение короткого времени (например, при высокой концентрации ингредиентов-загрязнителей), они представляют собой скрытое предварительное воздействие, которое в сочетании с другими факторами среды усиливает негативный эффект;
-структурные изменения внутри клеток.
К внешним, в той или иной степени выраженным изменениям относятся:
- загрязнения (например, от сажи, летучей золы, цементной пыли и др.), особенно на шероховатых, покрытых волосками, клейких или влажных частях растений;
- прилипающая пассивная пыль (до образования корки при определенных условиях);
- прилипающая токсичная пыль, содержащая, например, свинец, фтор;
- некроз, появляющийся в изменении цвета или ожогах на листьях и хвоинках или других частях растений в результате воздействия, SO2 (диоксид серы), SO3 (триоксид серы), HF (фтороводородная кислота), SiF4 (тетрафторид кремния), HCL (соляная кислота);
- некротические изменения цвета кончиков или краев листьев или частей хвоинок, межреберных полей листьев или некроз всего листа (хвоинки) рис….;
- верхушечный некроз на плодах под действием HF;
- преждевременный опад листьев или хвоинок;
- депрессия роста функционально важных или предназначенных для использования частей растений в результате снижения ассимиляции (например, очень маленькие листья или хвоинки, уменьшение зеленой массы, урожая плодов, выхода древесины);
- потери зеленой массы из-за некроза или преждевременного опадения листвы, а также вследствие нарушения роста корневой системы из-за попавших в землю токсичных веществ.
Действия загрязняющих веществ на растения зависит от их вида и концентрации, длительности воздействия, относительной воспиимчивости видов или отдельных растений к дымам и газам, стадии физиологического развития, в которой находится растение или его часть. Ведущие факторы – концентрация и продолжительность воздействия.
Сельскохозяйственные растения обладают разной устойчивостью к токсикантам. Хроническое воздействие некоторых токсичных газов, оценивамое по снижению продуктивности или других функций растений, в разной степени опасно для различных культур.
Немалый вред наносят растениям соединения серы, попадающие в атмосферу вследствие техногенных выбросов. Поражения растений серой внешне проявляется в виде белых и коричневых некротических пятен, а также в виде межжилкового некроза. Нередко повреждение ратений происходит без видимых симптомов, но с нарушениями основных процессов метаболизма, роста, репродуктивного развития.
Опасный токсикант для сельскохозяйственных растений – F. Основная опасность загрязнения фтористыми соединениями обусловлена высокой химической активностью накапливаемых токсичных водорастворимых форм. Соединения фтора вступают в реакции как с органическими, так и с неорганическими компонентами почвы, в результате происходит диспергирование почвенной массы, изменение физико-химических свойств почвы и, как следствие, снижение плодородия. Из-за токсикации растений снижается урожай и ухудшается его качество.
При высоких концентрациях оксидов азота (что обычно наблюдается в непосредственной близости от промышленных объектов и автомобильных дорог) сельскохозяйственные культуры могут сильно повреждаться, что сказывается на продуктивности агроэкосистем. Симптомы поражения азота проявляются в виде темных и коричневых некротических пятен на листьях, в межжилковом некрозе, снижении интенсивности роста, нарушении процессов фотосинтеза, усилении поражаемости болезнями и вредителями, уменьшении устойчивости к стрессам.
Загрязняющие вещества, с одной стороны, концентрируются непосредственно в тканях растений, а с другой – меняют условия среды их обитания. У многих растений наряду с морфоструктурными механизмами защиты от чужеродных веществ существуют биохимические механизмы детоксикации и окислительной деградации поглощенных токсикантов.
В качестве интегральной характеристики состояния агроэкосистем целесообразно использовать показатели экологического неблагополучия (табл. 8.6), соответствующие норме, риску, катастрофе и бедствию.
Норма (Н) – состояние системы, отвечающее области ее равновесия, устойчивости (обычно область наиболее вероятных состояний).
Риск (Р) – вероятность деградации окружающей среды или перехода ее в неустойчивое состояние в результате текущей или планируемой хозяйственной деятельности.
Катастрофа (К) – неравновесное, нестационарное преобразование окружающей среды, следствием которого становится потеря устойчивости (равновесия) в результате изменения собственных параметров, быстрого изменения внешних переменных.
Бедствие (Б) – последствия катастрофы, равновесное состояние экологической системы (окружающей среды) на предельно низком энергетическом уровне.
Необходимо управлять процессами загрязнения окружающей среды. Возможная схема такого управления приведена на рис. 8.8.
Понимание сущности техногенеза должно служить важной предпосылкой формирования конструктивного подхода к ограничению воздействия загрязнений на агроэкологические системы, обеспечению их стабильного функционирования.
