Взаимодействие человека и природы
1.1 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ БИОСФЕРЫ
1.2. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ
1.3. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА НА БИОСФЕРУ
1.4. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ. ПРИЗНАКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КРИЗИСА
1.5 ВЛИЯНИЕ БИОСФЕРЫ НА ЧЕЛОВЕКА.
1.6. ПИЩЕВЫЕ РЕСУРСЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА. ПРОБЛЕМЫ ПИТАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
1.6.1. ПРОБЛЕМЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
1.6.2. ПЛОДОРОДИЕ ЗЕМЛИ И ПОЧВЫ
1.6.3. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ И ПОЧВ
1.6.4. НОРМИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПОЧВ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЗДОРОВЬЕ ЛЮДЕЙ
1.6.5. НАРУШЕНИЕ И РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ
1.6.6. ОХРАНА ЗЕМЕЛЬ И КОНТРОЛЬ ЗА ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
1.1 ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ БИОСФЕРЫ
Тонкий слой земной поверхности и атмосферы, где существует жизнь, называется биосферой. Биосфера, или, как ее чаще называют, окружающая среда, включает две группы компонентов. Живые, или биотические, компоненты составляют растения, животные и микроорганизмы; к неживым, или абиотическим, компонентам относятся: воздушная среда (атмосфера), водная среда (гидросфера), почва, недра (верхняя часть земной коры), климатическая и акустическая среды.
Рассмотрим абиогенные составляющие окружающей среды, подвергающиеся наибольшему антропогенному воздействию.
Воздушная среда может быть наружной, в которой человек находится меньшую часть времени (до 10—15%), внутренней производственной, в которой человек проводит примерно треть своего времени (до 25—30%), и внутренней жилой, в которой люди пребывают большую часть времени (до 60—70%). Из этого не следует, конечно, что можно недооценивать состояние наружной воздушной среды, так как из нее поступает воздух в жилые и производственные помещения.
У поверхности земли наружный воздух содержит по объему (%): азота 78,08; кислорода 20, 95; инертных газов 0,94; диоксида углерода 0,03. На высоте 5 км содержание кислорода остается тем же, содержание азота увеличивается до 78,89%. У поверхности земли воздух включает различные примеси. В городах в нем может содержаться более 40 ингредиентов, чуждых природной воздушной среде. Внутренний воздух в жилищах, как правило, отличается повышенным содержанием диоксида углерода. Внутренний воздух производственных помещений имеет примеси, характер которых определяется технологией производства.
Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в Мировом океане. Площадь поверхности океана (акватория) составляет 361 млн. км2, что в 2,4 раза больше площади суши (149 млн. км2). Более 1 млрд. км3 воды в океане сохраняет постоянную соленость (около 3,5%о) и температуру (примерно 3,7°С). Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде заметно уменьшается на глубине 50—60 м.
Подземные воды могут быть солеными, солоноватыми и пресными; геотермальные воды имеют повышенную температуру.
Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. км3. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. км3.
При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, подвергая ее опреснению или гиперфильтрации. Оба этих процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интерес предложение, состоящее в использовании в качестве источника пресной воды айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по воде к берегам стран, испытывающих недостаток пресной воды. По предварительным расчетам получение пресной воды таким способом примерно вдвое менее энергоемко по сравнению с опреснением и гиперфильтрацией.
Важным обстоятельством, связанным с водной средой, является то, что через нее в основном передается примерно 80% инфекционных заболеваний.
Почва — верхний слой литосферы (земной коры, твердой оболочки Земли) — занимает особое место среди всех природных богатств: она дает продукты питания, корм для скота, волокно для одежды, лесоматериалы и т. д. Толщина почвы составляет в среднем 18—20 см, в некоторых районах суши она вообще отсутствует, а кое-где достигает 1,5—2 м. Под совокупным воздействием климата, растительности, жизнедеятельности организмов, изменений рельефа в почве непрерывно происходят процессы созидания и разрушения. Подсчитано, что создание плодородного слоя почвы толщиной 2—3 см при благоприятных условиях происходит за 200—1000 лет.
Структура почвы зависит от наличия в ней глины или песка. Если количество песка (частицы диаметром 0,02—2 мм) в почве очень высокое, она не сможет удерживать воду и воздух, в результате чего будут окисляться основные органические вещества. Если в почве высокое содержание глины (частицы диаметром менее 0,002 мм) и ила, почва будет менее проницаемой для воды и газов. Обычно почвы с высоким содержанием глинистых частиц накапливают и удерживают питательные вещества, необходимые для активного роста растений.
Растения и животные также влияют на характер почвы. В верхних слоях почвы накапливаются растительные остатки, которые впоследствии разлагаются под действием почвенных организмов. Разложившиеся растительные остатки разрыхляют почву, делая ее воздухо- и водопроницаемой. Роющие животные от сурка до муравья, земляного червя и крохотных беспозвоночных также способствуют разрыхлению почвы.
Главный фактор, характеризующий качество почвы, — плодородие. Его ухудшение возможно в результате действия процессов природного или антропогенного происхождения (водная и ветровая эрозия, заболачивание, загрязнение почвы промышленными и бытовыми отходами, загрязнение в результате вносимых удобрений и ядохимикатов). Особенно большой ущерб плодородию почв наносит эрозия.
Растительный и животный мир целесообразно рассматривать совместно, так как они не могут существовать раздельно. В зеленых растениях благодаря фотосинтезу создается органическое вещество. Фотосинтез — процесс получения углеводов из диоксида углерода и воды с помощью световой энергии солнечных лучей, которую растения превращают в химическую энергию и запасают в углеводах. При этом выделяется кислород, а углерод входит в состав органических соединений.
Животный мир вносит значительный вклад в почвообразовательные процессы, состояние водоемов, расселение растений. Звери и птицы, мигрируя, рассеивают семена растений, обогащают почву и водоемы органическими веществами. Они служат резервом генетического фонда для дальнейшего выведения ценных пород домашних животных. Животный мир включает более 2 млн. видов, растительный — лишь около 500 тыс.
Человек оказывает большое воздействие на животный и растительный мир. Это воздействие может быть прямым, выражающимся, например, в добыче промысловых животных и истреблении вредных видов, и косвенным, состоящим в изменении условий их существования: загрязнении атмосферы, воды и почвы; осушении болот, распашке степей, строительстве плотин и водохранилищ и др.
Недра содержат величайшие богатства Земли, ее минеральные ресурсы. Это полезные ископаемые: руды черных, цветных и редких металлов, различные виды топлива, химическое сырье и строительные материалы.
Минеральные ресурсы не способны к самовосстановлению и относятся к исчерпаемым, невозобновляемым. Поэтому необходимо следить за сохранностью запасов полезных ископаемых, обеспечивать охрану месторождений от затопления и обновления, не застраивать территории их залегания.
С целью нанесения наименьшего ущерба природе и по экономическим соображениям необходимы комплексная разработка месторождений полезных ископаемых и рекультивация нарушенных земель. Наряду с полезными ископаемыми все составные вещества, содержащиеся в рудном теле и покрывающих породах, могут служить сырьем для различных отраслей народного хозяйства, и при их комплексном использовании сопутствующие компоненты не будут образовывать отвалы. Следует учесть, что стоимость сопутствующих компонентов часто бывает не меньше стоимости основного полезного ископаемого.
Рекультивация состоит в сохранении почвенного слоя, снимаемого до начала горных работ, в формировании из вынутого грунта плоских отвалов, террас и в последующем использовании почвенного слоя для покрытия их поверхности. Рекультивация включает восстановление почвы или создание на отвалах условий, обеспечивающих ее плодородие.
Климатическая среда — важный фактор, определяющий развитие видов животного и растительного мира, урожайность сельскохозяйственных культур. Большая часть территории нашей страны имеет значительно более холодный, чем в других странах, климат.
Акустическая среда — фактор, существенно влияющий на самочувствие людей и животных. Исследования доказали, что повышенный шум неблагоприятно влияет даже на развитие растений.
Акустические колебания охватывают большой диапазон частот: от 1 до 16 Гц — инфразвуковые, от 16 Гц до 20 кГц — звуковые, свыше 20 кГц — ультразвуковые. Находящиеся в звуковой области шумы принято делить на низкочастотные (ниже 350 Гц), среднечастотные (от 350 до 800 Гц) и высокочастотные (свыше 800 Гц). Как правило, в спектре шума присутствуют все частоты. Самое неблагоприятное действие на человека оказывает шум, в спектре которого преобладают высокие частоты.
Люди по-разному воспринимают шум в зависимости от возраста, эмоциональности, состояния нервной системы и пр. Он мешает работе, отдыху, нарушает сон. Шум — не только причина развития глухоты, но и таких заболеваний, как гипертония, расстройство центральной нервной системы, язва желудка и др. Сильный шум, длительное время воздействующий на человека, понижает его способность к продолжению рода. Звук, равный 130 дБ, воспринимается уже не как звук, а как давление, причиняющее боль. По данным австралийских исследователей шумовое загрязнение, характерное сейчас для больших городов, сокращает продолжительность жизни людей на 10—12 лет.
Все вещества на нашей планете находятся в процессе биохимического круговорота. Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический). Геологический круговорот длится миллионы лет и происходит между сушей, атмосферой и океаном. При этом часть химических соединений растворяется в воде, переходит в воздух или потребляется организмами. В результате медленных геотектонических изменений материки опускаются, а морское дно поднимается, морские напластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.
Малый круговорот является частью большого, происходит на уровне конкретной экологической системы (лес, тундра, болото и т. д.) и заключается в том, что минеральные питательные вещества почвы и воды под действием солнечной энергии аккумулируются в растениях, расходуясь на создание их массы, обеспечивая существование других биотических компонентов.
1.2. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ
Живые и неживые компоненты в разных сочетаниях образуют экосистемы, представляющие собой участки земли, где все живые существа приспособлены к совместному существованию — биогеоценозу.
Экосистемы удивительным образом различаются в разных частях планеты. Но хотя тропический влажный лес или коралловый риф имеют как будто мало общего с холодной тундрой или открытым морем, жизнеспособность всех экосистем основывается на четырех общих принципах: 1) каждая экосистема способна поглощать энергию и направлять ее своим обитателям; 2) в каждой экосистеме происходит круговорот питательных веществ; 3) в каждой экосистеме устанавливается и сохраняется динамическое равновесие; 4) поток энергии и веществ зависит от характеристики организмов, от уникальной роли каждого из них.
В любой экосистеме обязательно существует поток- энергии, заключающийся в том, что солнечная энергия сначала поглощается растениями, затем переходит от растений к травоядным животным, от травоядных к плотоядным животным и т. д. Все экосистемы имеют особые пути, по которым осуществляются поток и распределение веществ. В частности, в биосфере постоянно происходит циркуляция воды. Вода и тепло с различных источников (живых и неживых) достигают атмосферы в результате испарения. Когда водяной пар движется вместе с ветром, теряя тепло и конденсируясь, образуются аэрозоли или другие, конденсационные центры. Позднее пар выпадает в виде дождя, снега и града или вновь конденсируется на более холодной поверхности в виде росы или инея.
Третий основной компонент экосистемы — изменяющаяся совокупность генотипов, которые организуют материю, используя имеющуюся энергию. Распространение этих генотипов, а иначе говоря, видов растений и животных, и вместе с ними перемещение различных веществ в пространстве и во времени обычно происходят в определенном порядке.
Растения поглощают около 1—5% энергии, достигшей поверхности земли, и фиксируют ее в процессе фотосинтеза для образования Сахаров и других углеводов. Эти растения, называемые продуцентами (производителями), используют часть фиксированной энергии для дыхания, поскольку они должны восстанавливать и увеличивать свою клеточную массу. Все травоядные и плотоядные животные — потребители — зависят от фиксированной энергии, которая идет на удовлетворение их собственных энергетических потребностей и на образование сырьевого материала для других потребителей, в частности для человека. Это относится и к организмам — разрушителям (микроорганизмам), которые разлагают мертвые ткани и освобождают питательные вещества в такой форме, чтобы продуценты опять могли их использовать. Каждая экосистема имеет своих продуцентов, потребителей и разрушителей.
Кроме того, все системы определенным образом изменяются до тех пор, пока не достигнут состояния динамического равновесия под влиянием условий среды.
Экосистемы имеют высокоорганизованную структуру взаимодействия между своими компонентами, причем рискованным для динамического равновесия экосистемы может оказаться как удаление того или иного организма, так и введение нового вида.
С годами экосистемы изменяются, изменяется их абиотическая среда, численность и виды организмов, живущих в экосистеме, пути и эффективность передачи энергии и веществ, и, если не возникает каких-либо катастрофических условий, стабильность экосистемы увеличивается. Можно предположить существование примитивных экосистем в прошлом, которые эволюционировали в более сложные, биологически более разнообразные и физически более устойчивые современные экосистемы. Какими бы характеристиками ни обладали экосистемы, все они эволюционируют в направлении более высокой стабильности, т. е. к динамическому равновесию, при котором обеспечиваются потребности всех видов в пище, убежище, удалении отходов, регуляция численности популяций и уровня заболеваемости.
Процесс изменения экосистем называют сукцессией. Первичная сукцессия начинается в бесплодной среде, которая никогда до этого не была обитаемой. Вторичная сукцессия происходит на территории, которая была ранее заселена, но оказалась разрушенной под действием естественных сил: огня, шторма и климатического сдвига, или в результате искусственного вмешательства — обработки земли, распашки и т. д. В обоих случаях образуется простое сообщество первых организмов, которые постепенно создают условия, благоприятные для обеспечения все большего разнообразия организмов, населяющих экосистему. Сообщество, состоящее из популяций растений и животных, живущих на одной и той же территории, становится все более сложным, пока не будет достигнуто равновесие с физической средой. Такое сообщество называют климаксовым, и до тех пор, пока оно не будет нарушено, оно само поддерживает свою стабильность, будь это тропический, березово-осиновый лес или северная тундра.
На протяжении столетий климаксовые сообщества прогрессировали, разрушались, исчезали и вновь появлялись в зависимости от изменения климата. Если указанные процессы происходят без вмешательства человека, то их последовательность предсказуема, так как базируется на известных принципах, приведенных ранее.
Известно, что экосистемы становились разнообразнее и накапливали химические элементы по мере эволюции наземных растений от мха до пышных лесов. Слой почвы утолщался по мере того, как у растений развивались настоящие корни (отсутствующие у самых ранних наземных растений). Увеличивалась взаимозависимость видов, например, насекомых и цветковых растений, муравьев и тли.
1.3. ВЛИЯНИЕ ЧЕЛОВЕКА НА БИОСФЕРУ
В 60-х годах XX в. в Египте вблизи города Асуана была построена высокая плотина через реку Нил. Это огромное сооружение привело к появлению одного из самых крупных искусственных озер в мире. Вода вращает гигантские турбины, которые производят миллионы киловатт электроэнергии ежегодно, и орошает 3000 га земли. Там, где раньше собирали только один урожай в год, стало возможным выращивать три и даже четыре урожая ежегодно. Плотина регулирует также значительные сезонные колебания уровня воды Нила, Увеличена навигация, промышленность получает электроэнергию, а само озеро послужило источником лова пресноводных рыб. Это положительные последствия, связанные с постройкой плотины. Но имеются и отрицательные последствия, которым не было уделено достаточного внимания.
Одно из таких последствий — значительное уменьшение улова сардин в водах дельты Нила. Как известно, во время ежегодного разлива Нила в высокогорных районах Эфиопии в его пойме собираются тысячи тонн богатых веществами илистых наносов, которые до строительства плотины уносились по реке в море. Эта вода не только обогащала питательными веществами берега Нила, но также и близлежащие воды Средиземного моря. Мелкие плавающие растения моря быстро росли, затем использовались в пищу беспозвоночными животными, которые, в свою очередь, становились добычей сардин. Однако с завершением строительства плотины плодородные осадки перестали достигать Средиземного моря, и поэтому популяция сардин начала сокращаться. Это сокращение составляет приблизительно 18 000 т ежегодно и дает убыток в 5 млн. долларов.
Отсутствие богатых питательными веществами осадков сказывается также на плодородии полей нижней части долины Нила. Увеличилось применение синтетических удобрений (азота), что, естественно, повлекло за собой определенные расходы и частично компенсировало эту потерю, но промышленные удобрения сами по себе не в состоянии поддерживать высокий уровень азота в почве.
Таким образом, строительство плотины оказалось серьезным, дорогим и драматичным экспериментом, нарушившим равновесие экосистемы Нила в результате недальновидного вмешательства человека. Возникает вопрос: вносят ли люди, как другие организмы, вклад в увеличение продуктивности и стабильности биосферы или же они нарушают равновесие в результате своего вмешательства?
Человек несет ответственность за нарушение экосистемы, потому что уменьшает ее способность поддерживать популяцию человека без внесения какого-либо дополнительного вклада, часто очень дорогого. Необходимо сводить к минимуму вред, наносимый экосистеме, учиться такому важному и часто дорогостоящему делу, как восстановление разрушенных или исчезнувших экосистем.
Наряду со значительными непосредственными изменениями в окружающей среде деятельность людей приводит к менее заметным, но более стабильным и отдаленным последствиям.
Один из наиболее опасных экспериментов такого рода — широкое применение хлорсодержащих углеводородов в качестве инсектицидов. В 40-х годах XX в. эти ядовитые вещества оказались такими эффективными против мух, москитов, вшей, блох и других потенциальных возбудителей заболеваний, что их начали использовать во всем мире. Сотни тысяч тонн этих веществ вносились на площади в сотни миллионов гектаров земли в лесах и городах. При этом преследовалась только одна узкая цель — борьба с насекомыми.
Однако отдаленные последствия таких действий чрезвычайно серьезны. Увеличилось количество насекомых, устойчивых к пестицидам. Сами пестициды не разлагались, а концентрировались в окружающей среде и поглощались всеми видами организмов. У многих крупных организмов в тканях накапливалось большое количество пестицидов, что влияло на их приспособляемость. В результате многие естественные враги насекомых погибали, и поэтому с насекомыми некому было бороться. В отсутствие естественных врагов насекомых с вредителями можно бороться, только увеличивая количество и разнообразие пестицидов. Более того, даже те насекомые, которые ранее были безвредными, могут стать вредителями, если их численность больше не подвергается естественному контролю.
Хуже всего то, что человек продолжает совершать те же самые ошибки. Как только один инсектицид становится бесполезным, его стараются заменить другим, причем в большинстве случаев следуя той же стратегии полного истребления, которая не оправдала себя раньше. Сколько же ядовитых веществ используется против насекомых? И сколько же из них, попадая в пищу, отравляют тех же самых людей, которых они должны были защищать? Многие пестициды плохо растворяются, но сравнительно легко усваиваются организмами. В результате происходит их биоаккумуляция. Этот процесс можно проиллюстрировать следующим образом. В воде содержится примерно 50 частей пестицида на триллион частей воды; микроскопический зоопланктон может аккумулировать в 1000 раз большее количество пестицидов. В креветках, питающихся зоопланктоном, концентрация ядовитого вещества в четыре раза выше; мелкая и другая рыба содержит еще большее количество токсических остатков, а ныряющие птицы, которые питаются рыбой, могут накапливать чрезвычайно высокое количество данного вещества: до 600—800 частей на миллион частей воды. По этой причине птицы размером с дрозда гибнут в огромном количестве. Кроме того, яйца, отложенные самками орлов, могут иметь такие тонкие стенки, что птенцы в них не развиваются. Биоаккумуляцией объясняется и тот факт, что лосось, пойманный в о. Мичиган, нередко содержал такое большое количество ДДТ, что признавался непригодным для пищи. Иногда непригодным по этой же причине становилось материнское молоко. В настоящее время применение ДДТ запрещено.
В результате биоаккумуляции происходит накопление и радиоактивных изотопов некоторых метаболически важных элементов. Эти изотопы обычно существуют в природе в незначительных количествах, но их содержание в окружающей среде стало возрастать с начала «атомного века» (т. е. с 1945 г.) в результате испытания атомного оружия и развития производства ядерной энергии. Наиболее опасные изотопы для человека — иод 133, который скапливается в щитовидной железе, стронций 90, концентрирующийся в костных тканях, и цезий 137, аккумулирующийся в тканях мышц. Когда эти элементы становятся компонентами в цепи питания, то их концентрация на каждом уровне этой цепи оказывается выше, чем на предыдущем.
Таким образом, деятельность людей все чаще приводит к непредсказуемым цепным реакциям в окружающей среде. Человек успешно конкурирует с любыми другими организмами, например с крупными рыбами и млекопитающими, в потреблении продуктов моря. Люди проникают повсюду: в Антарктиду, джунгли, пустыни и т. д. Такое расширение зон обитания и экологической нищи неизбежно ограничило «права» других видов организмов.
Особенно тяжелыми были последствия такого ограничения для диких форм. Вычислено, что за каждое тысячелетие существования человека, которое насчитывает более миллиона лет, в результате его деятельности исчезал один вид организмов. Правда это только научная догадка, основанная на ископаемых данных. Но тем не менее, можно с уверенностью сказать, что скорость вымирания организмов резко повысилась. Сегодня вымирает один вид каждые пять или десять лет.
Исчезло более 1% известных видов млекопитающих и птиц, а более 300 видов птиц в настоящее время находятся под серьезной угрозой исчезновения.
Людисущественновидоизменили окружающую среду, построив огромную сеть дорог, городов, промышленных, сельскохозяйственныхидругихкомплексов, разделяющих инарушающихестественныеэкосистемы, при этом мало внимания уделяянегативнымэкологическим последствиям.
Дорогиразделяютповерхность Земли на отдельные части и в ряде случаев нарушают целостность биогеоценоза. Леса прорезают широкие просеки, с которых удаляют верхний слой почвы и которые регулярно скашивают с целью регулирования на них роста растительности. Каждую зиму на проезжих дорогах расходуют тонны соли. А летом тротуар нагревается под действием солнечных лучей более чем до 50° С. Движение транспорта на дорогах создает шум, вибрацию, приводит к загрязнениювоздуха. Кроме того, движение автомобилей препятствует перемещению через дорогу животных.
Строительство дорог способствует заселению тех территорий, которые раньше были недоступны.
Дорога, пересекающая лес, препятствует естественному движению воды, а также перемещению живых организмов. Дорога, пересекающая дренажный путь в мелководной долине, может через несколько лет превратить богатое пастбище в болото, если дорога не будет дренирована.
Влияние дорог на состояние тех или иных компонентов окружающей среды еще не осознано полностью. Каждый год строятся тысячи километров новых дорог и появляются миллионы новых автомобилей и других видов транспорта.
Города характеризуются скоплением людей, зданий, дорог, научных, промышленных и культурных учреждений, транспорта. По мере роста городов уменьшается количество земли — мест обитания флоры и фауны. Концентрация отходов продуктов в городе также оказывает неблагоприятное воздействие на естественную среду, поскольку в ней резко уменьшилось количество организмов, разрушающих эти отходы. Воздух, вода, почва и даже космос становятся все более загрязненными.
Температурные условия города и дикой местности резко противоположны. Из-за ограниченного количества растительности, которая богата влагой и активно ее испаряет, температура в городе быстро повышается в течение дня и уменьшается ночью, если при этом отсутствует смог.
Города являются также центрами шумового загрязнения, что неблагоприятно сказывается на работоспособности.
Будет ли человек продолжать игнорировать экологические факторы или нет, в конце концов ему придется платить истинную цену за свое существование. И эта цена высока, поскольку приходится расплачиваться за 200-летний период нерадивого отношения к природе.
Закономерности существования естественных экосистем могут послужить основой для организации человеческих сообществ. В процессе эволюции экосистемы достигли состояния динамического равновесия, при котором все члены экосистем находятся в равновесии друг с другом. Люди должны научиться жить в гармоническом взаимодействии с другими организмами и элементами экосистемы, иначе их эксплуатация человеком приведет к разрушению всей структуры экосистемы.
Первый урок касается территориального расположения в экосистеме организмов-производителей и организмов-потребителей. Образование и разложение веществ в природе осуществляется в основном локально, без распространения вширь. Дерево вырастает, используя углекислоту воздуха, минеральные элементы и воду из почвы на месте своего произрастания. Его листья не употребляются в качестве компоста где-нибудь в нескольких километрах от дерева, а опадают прямо рядом с корнями и таким образом возвращают часть питательных веществ в почву. Поэтому потеря питательных веществ в лесу очень мала.
Растительноядные олень или дикий кабан могут передвигаться по сравнительно большой территории до 12—15 км . Орел может схватить рыбу и улететь со своей добычей за несколько километров от гнезда. Но все это незначительные расстояния по сравнению с расстояниями в тысячи километров, на которые люди перевозят уголь, сталь, пшеницу, мясо и бесчисленное множество других продуктов и товаров' потребления. Скорее следует думать о том, как сократить количество перевозимых материалов, чем концентрировать внимание на том, как сделать их перевозку более эффективной.
Следует также попытаться предотвратить потерю энергии и веществ в воздухе, почве, морях и реках, где они накапливаются в больших количествах, часто становясь загрязнителями окружающей среды. Особенностью экосистем является и территориальное распространение живых организмов. Организм (чаще всего самец) стремится закрепиться на определенном участке, а затем пытается привлечь на него самку. Он защищает эту территорию от вторжения других представителей того же вида и пола. Мелкие рыбы, птицы и многие млекопитающие, включая человека, проявляют территориальное поведение. Очевидно, это одно из удовлетворительных решений проблемы адекватного и эффективного распределения пищи, убежищ, строительного материала и территории.
Каждая экосистема характеризуется соответствующим распределением организмов в имеющемся пространстве. Такую оптимальную продуктивность окружающей среды, способную поддерживать жизнь, называют переносимым объемом. Это в равной мере относится и к людям.
Второй урок организации экосистем заключается в том, что природа образует мало токсических веществ, которые не подвержены биологическому распаду. Защитные токсины, образуемые многими тысячами животных и растений, не распространяются беспорядочно и не остаются ядовитыми в течение долгого времени.
Люди же производят ядовитые вещества, биоциды, которые не распадаются на неядовитые вещества. Некоторые из них вступают в реакцию с веществами окружающей среды и становятся еще более ядовитыми, накапливаясь в почве и воде до значительного уровня. Поскольку организмы поглощают и аккумулируют эти вещества в цепях питания, то вполне вероятно, что в биосфере уже скопилось достаточное количество токсичных веществ, которое может привести к многочисленным вредным последствиям.
В природе существует ряд биологически стабильных соединений углерода. Однако за прошедшие геологические эпохи эти вещества накапливались глубоко под землей, где они были недоступны для живых организмов. Некоторые из этих высокорезистентных соединений углерода составляют часть нефтяных запасов на Земле. При использовании составных веществ нефти и смешивании их с неорганическими веществами высвобождается целый арсенал смертельно опасных веществ. Если эти вещества вновь начинают участвовать в круговороте, они не подвергаются разложению и не оседают в почве. Наоборот, они легко усваиваются живыми организмами и мигрируют выше в экологической пирамиде.
Помимо токсических веществ, люди производят продукцию, состоящую из сотен компонентов, не разлагающихся под действием других организмов. Это прежде всего пластмасса. В природу поступает все больше веществ, которые она не в состоянии перерабатывать.
Таким образом, основные правила, которые следует заимствовать у сбалансированных экосистем, следующие:
1) ограничение распространения продукции человеческой деятельности;
2) непревышение переносимого объема Земли;
3) ограничение производства продукции как токсичной, так и нетоксичной, которая не может разлагаться естественным путем или вновь участвовать в круговороте под влиянием искусственных воздействий.
По мере того как усложняется экосистема и увеличивается взаимозависимость между ее компонентами, в ней устанавливается динамическое равновесие, и она способна нейтрализовать различные нарушения, чего нельзя сказать о человеческом обществе.
Чем сложнее становится техника, тем разрушительнее последствия ее неправильного использования и тем беспомощнее люди чувствуют себя при решении встающих перед ними задач. Народонаселение в мире увеличивается с возрастающей скоростью, в то время как способность природной среды поддерживать существование человека уменьшается в связи с ее неправильной эксплуатацией. Возобновляемые ресурсы, такие как леса, рыбные запасы и пастбищные луга, постепенно сокращаются. Все это тоже свидетельствует о нестабильности.
Усиленное злоупотребление природными ресурсами неизбежно ведет к экологическому «банкротству». Чрезмерное использование кислорода, сокращение природных ресурсов, эрозия почвы, разрушение лесов и загрязнение атмосферы диоксидом углерода — это только некоторые результаты деятельности человека, нарушающей природные механизмы стабилизации.
Быстрота, с которой разрушаются те самые механизмы, от которых зависит наша жизнь, требуют от нас осознания ответственности за состояние окружающей среды, стремления к постижению эффективных методов и средств поддержания в ней динамического равновесия.
Проблема охраны окружающей среды включает следующие аспекты: социально-политические, правовые, социально-гигиенические, технико-технологические и эколого-экономические.
Социально-политический аспект проблемы охраны окружающей среды связан с необходимостью решения этой проблемы в масштабах всего человечества независимо от той или иной политической системы. Загрязнение природной среды невозможно удержать в территориальных границах страны, в которой оно происходит. Каким бы мощным экономическим и научно-техническим потенциалом ни обладала отдельная страна, она не может полностью решить сложную экологическую проблему. Россия по проблемам охраны окружающей среды сотрудничает как со странами ближнего зарубежья, так и с США, Англией, Францией, Швецией, активно участвует в осуществлении программы ООН по окружающей среде.
Правовой аспект касается установленной законом системы мер, направленных на охрану окружающей среды и рациональное использование, восстановление и умножение природных богатств. Правовой охране подлежат все объекты природы, как вовлеченные в хозяйственный оборот, так и неэксплуатируемые; государство осуществляет контроль за рациональным использованием природных ресурсов и охраной природы, за соблюдением законодательства по охране природы.
Социально-гигиенически и аспект охраны окружающей среды отражает принципы приоритета охраны здоровья и сохранения благоприятных гигиенических условий жизни населения. Мероприятия по оздоровлению окружающей среды предполагают разработку количественных санитарно-гигиенических показателей состояния качества окружающей среды; критериев безвредности, обеспечивающих оптимальные условия жизнедеятельности человека; учет адаптационных возможностей живых организмов к изменениям окружающей среды.
Важный момент данного аспекта — социально-гигиеническое прогнозирование будущего состояния преобразованной окружающей среды с целью сохранения здоровья населения.
Технико-технологический аспект охраны окружающей среды предполагает организацию производства по принципу безотходности. Реальный путь экологизации технологии в современных условиях — постепенный переход сначала к малоотходным, а затем к безотходным замкнутым производственным циклам.
Эколого-экономический аспект охраны окружающей среды начал формироваться недавно и обусловлен бурным ростом производства и научно-технической революцией. Масштабы антропогенной деятельности сейчас неизмеримо возросли, изменения природного равновесия стали сильно отражаться на развитии народного хозяйства, и проблема охраны окружающей среды приобрела не только биологическое, но и большое экономическое значение особенно в связи с ограниченностью природных ресурсов. В то же время само экономическое развитие внутренне противоречиво: с одной стороны, оно порождает острые экологические проблемы, с другой — в самом экономическом развитии заложены основы для решения этих проблем. Оптимальным вариантом было бы такое положение, когда экономический рост и повышение благосостояния людей сочетались бы не только с сохранением, но и с непрерывным улучшением окружающей среды.
1.4. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ. ПРИЗНАКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КРИЗИСА
Каждый час днем и ночью население нашей планеты увеличивается более чем на 7500 человек. За год чистый прирост населения достигает 70 млн. человек. За последние 30 лет население в мире увеличилось примерно вдвое. В то же время за последние 40 лет значительно изменилась средняя плотность населения на земном шаре. По сравнению с 1950 годом она увеличилась вдвое и составляет 36 человек на квадратный километр. Характерно, что одновременно с ростом населения увеличивается (особенно в развитых странах) его средний возраст, растет число пенсионеров, что создает определенные трудности для работающей части населения.
Численность населения существенно влияет на окружающую среду и, в частности, на ее загрязнение, так как с увеличением количества населения возрастает количество всего того, что потребляется, производится, строится человеком (продукты питания, энергия, жилье, машины, транспорт, сырье, металл и т.п.) и выбрасывается.
В общем виде «кризис есть нарушение равновесия системы и в то же время переход к новому ее равновесию». Таким образом, кризис есть стадия, на которой функционирование системы достигает своих пределов. Кризис может характеризоваться ситуацией возникновения препятствий в развитии системы, и задача системы — найти приемлемый выход из создавшегося положения. Человечество уже не раз сталкивалось с возникновением экологических кризисов и достаточно уверенно преодолевало их.
Рассмотрим не менее глобальные экологические проблемы, во многом связанные с усилением антропогенной деятельности.
Известно, что главный источник жизни на земле — энергия Солнца. От Солнца на Землю поступает огромное количество энергии, в том числе тепловой. Годовое ее количество примерно в десять раз больше количества всей тепловой энергии, заключенной во всех разведанных запасах органического топлива планеты. Использование лишь 0,01% общего количества световой энергии, поступающей на поверхность Земли, могло бы полностью обеспечить мировые потребности в энергии. Однако количество усвояемой Землей солнечной энергии ничтожно мало. Его увеличению способствует наличие в атмосфере так называемых «парниковых» газов и прежде всего диоксида углерода, выделение которого заметно возрастает. Он свободно пропускает солнечные лучи, но задерживает отраженное тепловое излучение Земли. В атмосфере содержатся и другие газы, обладающие тем же эффектом: метан, фторхлоруглероды (фреоны), рост мирового выброса которых за 1957—1987гг.
Повышение содержания этих газов в воздухе, а также озона, загрязняющего нижние слои атмосферы, может привести к тому, что Землей будет усваиваться больше солнечной энергии. Это, а также увеличение тепловыделений от хозяйственной деятельности человека, приводит к повышению температуры воздуха на Земле. В Северном полушарии сейчас температура воздуха у поверхности Земли на 0,4°С выше, чем в 1950—1980гг.
По прогнозам на 2050 г. вероятное глобальное повышение температуры составит 3—4° С, изменится режим осадков. В связи с этим в высоких широтах могут растаять материковые льды; уровень воды в морях и океанах поднимется не только вследствие таяния льдов, но и в результате увеличения объема воды из-за повышения ее температуры.
Высказывается предположение, что летняя жара в последние годы во многих районах планеты есть результат парникового эффекта.
Для снижения угрозы потепления климата Земли необходимо сокращение выбросов диоксида углерода и других «парниковых» газов, а также сокращение сжигания различных видов органического топлива.
Еще одна глобальная экологическая проблема — так называемые кислотные дожди. Кислотный дождь — одна из наиболее серьезных форм загрязнения окружающей среды, опасная болезнь биосферы. Эти дожди образуются вследствие поступления в атмосферу на большую высоту от сгорающего топлива (особенно сернистого) диоксида серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения. Установить место зарождения кислотного дождя технически пока невозможно.
Проникая в почву, кислотные дожди нарушают ее структуру, пагубно влияют на полезные микроорганизмы, растворяют природные минералы, такие как кальций и калий, унося их в подпочвенный слой и отбирая у растений их основной источник питания. Вред, наносимый растительности кислотными дождями, особенно соединениями серы, огромен. Внешний признак воздействия сернистого ангидрида — постепенное потемнение листьев на деревьях, покраснение игл сосны. Из культивируемых растений наиболее чувствительны к его действию люцерна, ячмень, овес, пшеница, ревень, салат-латук, шпинат, табак, фасоль, свекла, редис и томаты.
Загрязнение воздушной среды теплогенерирующими установками, промышленностью и транспортом, как полагают ученые, привело к новому явлению — поражению некоторых видов лиственных пород деревьев, а также к быстрому сокращению скорости роста по меньшей мере шести видов хвойных деревьев, что прослеживается по годовым кольцам этих деревьев. Начался этот процесс примерно в 1960г. и значительно ускорился в последние 10 лет. Предварительные анализы показывают, что рост некоторых вечнозеленых видов растений замедлился на 20—30% по сравнению с 1930—1950гг.
Ущерб, наносимый в Европе кислотными дождями рыбным запасам, растительному покрову, архитектурным сооружениям, оценивается в 3 млрд. долл. в год.
Кислотные дожди, различные вредные вещества, находящиеся' в воздухе крупных городов, вызывают также разрушение промышленных конструкций и металлических деталей. Исследования, проведенные в Спрингфилде (штат Иллинойс, США), показали, что интенсивность коррозии в городе в три раза выше, чем в сельской местности.
Большой урон наносят кислотные дожди здоровью людей.
Вредные вещества, образующие кислотные дожди, переносятся, с воздушными потоками из одной страны в другую, что иногда служит причиной международных конфликтов.
Кроме потепления климата и появления кислотных дождей, на планете наблюдается еще одно глобальное явление — разрушение озонового слоя Земли. При превышении предельно допустимой концентрации (в воздухе рабочей зоны она составляет 0,1 мг/м3) озон оказывает вредное воздействие на человека и животных. При соединении с выхлопными газами автомобилей и промышленными выбросами вредное действие озона усиливается, особенно при солнечном облучении этой смеси. Вместе с тем озоновый слой на высоте Н—20 км от поверхности земли задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, которое разрушительно влияет на организм человека и животных. Избыток солнечного излучения вызывает рак кожи и другие заболевания, снижая продуктивность сельскохозяйственных угодий и Мирового океана.
Сегодня во всем мире производится около 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ, из них менее 10% — в России. На долю США приходится 35% выпуска фторхлоруглеродов, на долю Японии— 10%.
Для предотвращения тяжелых последствий, связанных с разрушением защитного озонового слоя Земли, на международном уровне была принята Венская конвенция, посвященная его охране. Она предусматривает замораживание и последующее сокращение выпуска озоноразрушающих веществ, а также разработку их безвредных заменителей.
1.5 ВЛИЯНИЕ БИОСФЕРЫ НА ЧЕЛОВЕКА.
Человек занимает свою нишу в биосфере. Жизнедеятельность человека обеспечивается за счет поступления в его организм необходимых микроэлементов, суточная потребность в которых приведена ниже.
Данные таблицы показывают не только частоту заболеваний различных органов человека, но и то, насколько больше число случаев заболеваний в Липецке и Березниках, чем в среднем по стране. В определенной степени объясняется это тем, что концентрация контролировавшихся вредных веществ в атмосферном воздухе Липецка в 2—6, в Березниках в 2—4 раза выше предельно допустимых.
Доказано также, что структура заболеваемости зависит от качественного состава выбросов и вида промышленности, загрязняющей воздух.
Степень вредного воздействия загрязнений зависит от их химического состава, концентрации в воздухе, воде, пище, продолжительности действия, степени аккумуляции их органами человека. Наибольшую опасность представляют вещества, оказывающие влияние на органы человека и кровь. Химические соединения и синтетические вещества вызывают отравления. До концентрации С1 химические загрязнения не оказывают влияния на здоровье человека. В диапазоне концентраций С2—С3 загрязнения при попадании в организм человека и длительном действии могут вызывать хронические заболевания. При концентрации выше С2 могут произойти острые отравления, а более С3 — наступить смерть.
Различные излучения отрицательно действуют на сердечно-сосудистую и нервную систему.
Биологические загрязнения могут привести к заболеванию брюшным тифом, гепатитом, холерой, дизентерией и др. Одно из главных направлений сокращения воздействия загрязнений на человека и живые организмы — недопущение их поступления в воду, воздух, почву.
Неблагоприятными экологическими условиями объясняется снижение качества нашей жизни и, в частности, ее.
1.6. ПИЩЕВЫЕ РЕСУРСЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА. ПРОБЛЕМЫ ПИТАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
1.6.1. Проблемы рационального питания
Питание — важнейшая физиологическая потребность организма, от которой во многом зависит состояние здоровья и работоспособность человека. Оно необходимо для построения и непрерывного обновления клеток и тканей, восполнения энергозатрат, выработки ферментов, гормонов и других регуляторов обменных процессов в организме. Проблема здорового питания непосредственно связана с экологическими условиями получения, производства и хранения пищевого сырья и пищевой продукции.
Качество пищевых продуктов определяется комплексом характеристик и, в первую очередь, пищевой ценностью, объединяющей биологическую и энергетическую ценность, органолептические и санитарно-гигиенические показатели.
Согласно концепции сбалансированного питания, для нормальной жизнедеятельности человека необходимо не только поступление в организм необходимых компонентов пищи, но и обеспечение определенных соотношений между ними.
Основой полноценного питания человека является качество, количество и соотношение потребляемой им сельскохозяйственной продукции.
Широкий ассортимент возделываемых зерновых, зернобобовых, овощных, садово-ягодных культур и производимых продуктов животноводства в России позволяет обеспечить потребность населения в питательных и биологически активных веществах. Однако доля каждого продукта в пищевом балансе человека изучена недостаточно. Наука о полноценном и нормированном питании человека только начинает развиваться, несмотря на то, что от организации полноценного питания зависят нормальная жизнедеятельность и максимальное проявление генетического потенциала человека, профилактика около 80% заболеваний, работоспособность и продолжительность жизни.
Установлено также, что огромные возможности иммунной, генетической и биологической памяти максимально проявляются только при полном и постоянном обеспечении организма питательными и биологически активными веществами.
В результате исследований определен набор продуктов питания и их соотношение для разных групп населения с учетом максимальной обеспеченности питательными и биологически активными веществами. Из этих данных следует, что для обеспечения потребностей населения необходимо около 60 наименований продуктов.
Так, например, для взрослого человека с массой тела 75 кг необходимо на год (в кг): хлеба — 74, крупы гречневой — 30, гороховой— 7,5, перловой — 14,8, манной — 14, кукурузной — 7,5, пшена— 22, риса — 30, вермишели—18,5, макарон—18,5, муки пшеничной и др. — 36,5, картофеля—109,5,' моркови — 25,7, капусты— 29,3, свеклы — 18,3, лука—18, чеснока—1,8, тыквы — 9,2, редьки — 3,7, редиса — 3, огурцов—18,5, помидоров — 29,5, баклажан— 5,5, фасоли — 5, перца салатного — 4, укропа — 0,4, петрушки — 0,4, клубники — 3,9, малины — 3,5, смородины — 5,5, крыжовника— 1,8, облепихи — 2, вишен — 3,7, винограда — 4, яблок—И, абрикосов — 2, груш—1,5, слив — 2,5, апельсинов — 5, лимонов— 3,7, арбузов — 15, дынь — 3,5, орехов — 2,5, меда — 4,8, сахара— 15,3, молока— 148, творога — 4, сыра — 4,5, сметаны — 5,5, кефира— 8, масла сливочного — 7, яиц—11,8, рыбы—18,6, мяса говяжьего — 20, свиного — 11, куриного — 5,5, утиного — 4, гусиного— 5, кроличьего — 5,5.
Для того чтобы эти продукты как можно чаще входили в состав диеты, все они с учетом сходства химического состава распределены на 10 групп: 1—хлеб и хлебопродукты, 2 — крупы, 3 — овощи, 4 — корнеклубнеплоды, 5 — ягоды, 6 — фрукты, 7 — молоко и молочные продукты, 8 — мясо и мясные продукты, 9 — мед, сахар и другие кондитерские добавки, 10 — вода питьевая минеральная и другие напитки. Из каждой группы один или несколько продуктов должны входить в диету взрослого человека, при этом их необходимо периодически менять, учитывая, что продукты даже одной группы имеют разный химический состав.
Расчеты показывают, что при научной организации и координации производства на территории России, составляющей восьмую часть суши, можно кормить высококачественными продуктами питания 1,5—2 млрд. человек. Это значит, что при росте промышленного производства в западных странах и увеличении населения основным поставщиком продуктов питания в Европе и в мире должна стать Россия. Это можно ускорить, разрабатывая новые технологии производства и переработки продуктов питания и активно выводя их на внешние рынки.
Однако в последнее десятилетие состояние питания и здоровья населения России, в том числе ее отдельных регионов, особенно экологически неблагополучных, характеризуется негативными тенденциями. Среди причин заболеваний большое место занимает нарушение структуры питания, обусловленное как недостаточным потреблением пищевых веществ, в первую очередь витаминов, макро- и микроэлементов, полноценных белков, так и нерациональным их соотношением. Среди малоимущих слоев населения усиливается тенденция недостаточного потребления продуктов питания. Обследование семейных бюджетов, например, в неблагоприятной в экологическом отношении Кемеровской области свидетельствует о постоянно снижающихся показателях потребления основных пищевых продуктов питания.
Нарушения в питании населения вызваны кризисным состоянием как производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, так и резким ухудшением экономического положения в стране.
В качестве срочных мер учеными сейчас разрабатываются региональные целевые программы по профилактике заболеваний, связанных с несбалансированным питанием. Цель программ — улучшение питания и состояния здоровья различных групп населения.
Для решения проблемы поставлены следующие приоритетные задачи:
— организация системы регионального мониторинга по обеспечению населения витаминами и микроэлементами;
— изучение фактического состояния питания и здоровья различных групп населения;
— разработка и внедрение в производство пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми питательными веществами;
— осуществление программы непрерывного обучения различных групп населения в области организации рационального питания.
В результате выполнения разработанных программ будет создана система производства и потребления обогащенных продуктов питания, которая позволит улучшить питание и состояние здоровья, что в свою очередь обеспечит снижение заболеваний и повышение качества жизни.
Большую работу в указанном направлении проводят сотрудники Института питания Российской академии медицинских наук (РАМН).
Массовые обследования, регулярно проводимые Институтом питания РАМН и охватывающие более 90% населения страны, свидетельствуют о глубоком дефиците как у детского, так и у взрослого населения прежде всего витаминов С, группы В и бета-каротина. Серьезную проблему для многих регионов России представляет недостаточная обеспеченность населения минеральными веществами — кальцием, магнием и железом.
Нарушение структуры питания населения приводит к различным формам иммунодефицитов, снижению сопротивляемости организма инфекциям и другим неблагоприятным факторам окружающей среды, к увеличению частоты таких алиментарнозависимых заболеваний, как железодефицитные анемии у взрослых и детей; связанные с дефицитом иода заболевания щитовидной железы, а с дефицитом кальция — заболевания опорно-двигательного аппарата и др.
Один из эффективных путей улучшения обеспеченности организма витаминами и минеральными веществами — использование в питании населения экологически чистых и высококачественных пищевых продуктов.
Институтом питания РАМН совместно со специалистами агропромышленного комплекса разработан большой ассортимент продуктов лечебно-профилактического назначения, обогащенных витаминами, каротином, минеральными веществами. Среди них хлебобулочные изделия, обогащенные витаминами, бета-каротином; стерилизованноемолоко«Провита»,обогащенноекаротином и витамином С; мучные кондитерские изделия — крекеры, сахарное, сдобное печенье, обогащенное комплексом витаминов, каротином; кондитерские изделия на пектине — мармелад «Рыжик», «Апельсиновые дольки», зефир «Солнечный» с витамином С и бета-каротином.
В особую группу продуктов с оптимизированным минеральным составом можно выделить разработанные Институтом питания РАМН лечебно-профилактические соли: «Соль пищевая профилактическая» с пониженным содержанием натрия и «Соль пищевая иодированная». Предпосылкой для разработки рецептур солей с пониженным содержанием натрия явилось то, что для огромного большинства людей характерно избыточное потребление хлористого натрия.
Именно этот избыток расценивается как фактор, повышающий риск гипертонической болезни, ухудшающий работу почек и сердца. Ограничение потребления хлорида натрия — важное звено в профилактике гипертонической болезни и такого грозного осложнения диабета, как нефропатия. В составе «Соли пищевой профилактической» 30% натрия заменены на калий и магний, благоприятно воздействующие на работу сердечной мышцы. Эта соль рекомендуется вместо обычной поваренной соли для приготовления и досаливания пищи в количестве 5—6 г в сутки, что обеспечивает 35% физиологической потребности в калии и 15% — в магнии.
Для восполнения недостаточного потребления иода с рационом пищи разработана «Соль пищевая иодированная», которая предназначена для приготовления и досаливания пищи. Недостаток иода приводит к тяжелым нарушениям в организме человека. Он служит причиной так называемого эндемического зоба или базедовой болезни— увеличения щитовидной железы, грозящего переходом в рак. Другое проявление йодной недостаточности — снижение работоспособности, угнетение иммунной системы, нарушение умственного развития, детородной функции, низкий рост. Дефицит иода во время беременности ведет к выкидышам, рождению глухонемых, умственно неполноценных детей.
Потребность взрослого человека в иоде составляет 150—300 мкг в сутки. Из-за низкого содержания этого элемента в воде и продуктах питания его поступление с обычным рационом недостаточно.
Разработанная технология предусматривает обогащение соли иодом в форме высокостабильного иодата калия (KJO3) до уровня 40 мкг иода в 1 г соли. Эта соль в количестве 5—6 г в сутки полностью обеспечивает потребность организма в иоде.
1.6.2. Плодородие земли и почвы
Одна из глобальных экологических проблем — резкий рост населения на планете. Причем на каждого сытого человека приходится другой, которому едва удается себя прокормить, и третий, который недоедает изо дня в день. А ведь каждый час население увеличивается более чем на 7500 человек.
Главным средством сельскохозяйственного производства является земля — важнейшая часть окружающей среды, характеризующаяся пространством, рельефом, климатом, почвенным покровом, растительностью, водами. Современный земельный фонд во всем мире характеризуется следующими данными (%): пахотные земли— 10, луга и пастбища — 20, леса — 30, прочие земли, включая ледники, пустыни, тундры и т.п., — 40. Рост населения на земле диктует необходимость увеличения пахотных земель и их плодородия для получения продуктов питания, но на практике получается обратное.
За период своего развития человечество потеряло из-за водной, ветровой эрозии и других разрушительных процессов почти 2 млрд. га продуктивных земель. Это больше, чем в настоящее время находится под пашнями и пастбищами. Темпы современного опустынивания, по данным ООН, составляют около 6 млн. га в год. Если такой процесс не остановить, то к концу тысячелетия планета утратит до трети земель, которыми люди располагали в 70-х годах. Потери не обходят стороной и Россию. Только в результате водохозяйственных мероприятий за последние 25 лет потеряно примерно 2% пахотных земель и пастбищ, а около 6% их находится в критическом состоянии. Разработанная в 50—60-х годах концепция затопления земель при строительстве гидростанций привела к потере около 12 млн. га лучших пахотных земель и лугов.
Одним из главных компонентов земли, обусловливающих ее плодородие, являются почвы. Под почвой понимается естественно-. историческое органоминеральное природное тело, возникшее на поверхности земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов и имеющее специфические генетико-морфологические свойства и признаки, создающие условия для роста и развития растений.
Почва формируется в естественных условиях со скоростью 0,4 см в год, или 12,5 т/га в год.
Почва состоит из минеральных, органических, органоминеральных соединений, воды, воздуха, солей и гумуса (перегноя) — основы плодородия почв. В черноземе содержание гумуса составляет 4—9%, в других почвах 1—4%. Количество и качество гумуса оказывают влияние на водный, воздушный, тепловой режим почв, их физические и физико-химические свойства.
В последнее время на больших площадях из-за уменьшения содержания гумуса снижается продуктивность почв. Только за последние 20 лет его запасы сократились на 25—30%, а ежегодные потери в целом по Российской Федерации составляют примерно 82 млн. т. По данным агрохимического обследования, в России 16,5 млн. га пашни характеризуются очень низким содержанием гумуса, 21 млн. га — низким. Гумусированность черноземов центральных черноземных областей за последние 100 лет снизилась почти вдвое — от 9—12% до 4—9% и ниже. Ежегодные потери гумуса в черноземах составляют в среднем 0,5—1,0 т/га.
Плодородие почв сохраняется благодаря поддержанию определенных свойств, которые подразделяются на следующие группы: аэрофизические и технологические (влажность, пористость, водопроницаемость, плотность); физико-химические (водородный показатель — рН, солоноватость, насыщенность основаниями, состав катионов); агрохимические и химические (процент гумуса, азота, фосфора, калия, карбонатов); растительные; санитарные.
1.6.3. Загрязнение земель и почв
В результате антропогенного воздействия земли и почвы загрязняются, что приводит к снижению их плодородия, а в некоторых случаях к выводу их из сферы землепользования. Под загрязнением понимается насыщение поверхностных слоев земли физическими, химическими и биологическими компонентами, которые отрицательно влияют на окружающую природную среду и плодородие почв.
Источниками загрязнения земли служат промышленность, транспорт, энергетика, химические удобрения, хозяйственно-бытовые отходы и другие виды деятельности людей. Загрязнение земель происходит через сточные воды, воздух, в результате непосредственного воздействия физических, химических, биологических факторов, вывозимых и сбрасываемых на земли отходов производства.
Виды антропогенных воздействий на почву, приводящих к изменению ее плодородия
Вид воздействия
Основные изменения в почвах
Ежегодная вспашка
Усилениевзаимодействиясатмосферой,ветровая и водная эрозия, изменение численности почвенных организмов
Сенокошение, уборка урожая
Уменьшение некоторых химических элементов, усиление испарения
Выпас скота
Уплотнение почвы, уничтожение скрепляющей почву растительности, возникновение эрозии, обеднение почвы рядом химических элементов, иссушение, удобрение навозом, биологическое загрязнение (разложение трупов)
Выжигание старой травы (сорняков)
Гибель почвенных организмов в поверхностных слоях, усиление испарения
Орошение
При неправильном поливе происходит заболачивание и засоление почв
Осушение
Снижение влажности, возникновение ветровой эрозии
Применение ядохимикатов и гербицидов
Гибель ряда почвенных организмов, изменение почвообразовательного процесса, накопление некоторых опасныхдляживыхорганизмовядов(ототравления пестицидами в мире ежегодно погибает 14 тыс. человек, а у 700 тыс. человек ухудшается здоровье)
Свалки промышленных и бытовых отходов
Снижение площади земель, пригодных для сельского хозяйства, отравление почвенных организмов в прилегающих участках
Работа наземного транспорта
Уплотнение почв при движении вне дорог, загрязнение почв отработанными газами и сыпучими материалами
Сточные воды
Увлажнение почв, отравление почвенных организмов, загрязнение почв органическими и химическими веществами, изменение состава почв
Выбросы в атмосферу
Загрязнение почвы химическими веществами, изменение ее кислотности и состава
Уничтожение лесов
Усиление ветровой и водной эрозии, усиление испарения
Вывоз органических отходов производства и фекалий на поля
Загрязнение почв опасными организмами, изменение их состава
Шум и вибрация
Замедление роста растений, гибель живых организмов
Энергетические излучения
Замедление роста растений
Анализ данных таблицы показывает, что каждое искусственное вмешательство в естественные процессы почвообразования приводит к изменениям, которые могут иметь положительный и отрицательный эффект.
Уровень загрязнения почвы классифицируется на фоновый, локальный, региональный, глобальный.
Фоновым принято считать содержание загрязняющих веществ в почве, соответствующее или близкое к ее природному составу.
Локальным считается загрязнение почвы вблизи одного или не
скольких источников загрязнений.
Региональное загрязнение возникает вследствие переноса загрязняющих веществ на расстояние не более 40 км от техногенных и более 10 км от сельскохозяйственных источников загрязнения.
Глобальное загрязнение почвы создается вследствие дальнего переноса загрязняющего вещества на расстояние более 1000 км от любых источников загрязнения. Наибольшую опасность для почв представляют химические загрязнения, эрозия и засоление. По степени опасности химические вещества подразделяются на три класса: класс 1 — вещества высокоопасные; класс 2 — вещества умеренно опасные; класс 3 — вещества малоопасные.
Класс опасности устанавливается по показателям. Отнесение веществ к классам опасности проводится в соответствии с ГОСТ 17.4.1.02—83. Так, мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бензапирен относятся к веществам класса 1; бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром — к классу 2; барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций — к классу 3.
По степени загрязнения почвы подразделяют на сильнозагрязненные, среднезагрязненные, слабозагрязненные.
В сильнозагрязненных почвах количество загрязняющих веществ в несколько раз превышает ПДК. Они имеют низкую биологическую продуктивность и существенное изменение физико-химических, химических и биологических характеристик, в результате чего содержание химических веществ в выращиваемых культурах превышает норму.
Показатели и классы опасности химических веществ
Показатель
Нормы концентрации
Класс I
Класс 2
Класс 3
Токсичность, ЛД50 (летальная доза для 50% биогеоценоза)
До 200
От 200 до 1000
Свыше 1000
Персистентность(сохраняемость) в почве, мес.
Свыше 12
От 6 до 12
Менее 6
ПДК (предельно допустимая концентрация} почве, мг/кг
Менее 0,2
От 0,2 до 0,5
Свыше 0,5
Персистентность в растениях, мес.
3 и более
От 1 до 3
Менее 1
Влияниенапищевуюценностьсельскохозяйственной продукции
Сильное
Умеренно
Нет
По степени устойчивости к химическим загрязнениям и характеру ответной реакции почвы подразделяют на очень устойчивые, среднеустойчивые, малоустойчивые. Степень устойчивости почв к химическим загрязнениям характеризуется такими показателями, как гумусное состояние почв, кислотно-основные свойства, окислительно-восстановительные свойства, катионообменные свойства, биологическая активность, уровень грунтовых вод, доля веществ, находящихся в растворенном состоянии.
При оценке устойчивости почв к химическим загрязнениям учитывают показатели, характеризующие краткосрочные (2—5 лет) и долгосрочные (5—10 лет) изменения почв и показатели ранней диагностики развития изменений в почвах.
Краткосрочные изменения свойств почв диагностируются по динамике влажности, величине водородного показателя рН, составу почвенных растворов, дыханию почв, содержанию питательных веществ.
Долгосрочные изменения свойств почв диагностируются по содержанию и запасу гумуса, отношению углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот, по обеднению почв из-за эрозии, общей щелочности, кислотности, по содержанию солей.
1.6.4. Нормирование загрязнений почв и их влияние на здоровье людей
В минеральной части почв присутствуют кремний, алюминий, железо, медь, калий, кальций, марганец, фосфор, сера и другие элементы (всего более 47). Как правило, химические элементы в почве находятся в окисленном состоянии или в виде солей угольной, серной, фосфорной, соляной и других кислот.
Органическая составляющая почв представляет собой продукты распада животного и растительного происхождения (гумус), а также белки, углеводы, органические кислоты, жиры, дубильные вещества и др. В почвах находится большое количество живых организмов, играющих важную роль в процессе почвообразования.
Из почвы химические вещества в определенных количествах переходят в растения, а из растений с пищей попадают в организм животных и человека. Микроэлементы играют важную роль в развитии растительного и животного мира, в том числе и человека. Недостаток и избыток микроэлементов в почве приводят к нарушению обменных процессов не только у травоядных, но и у плотоядных животных и в организме человека. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, называются эндемическими. Почвы способны накапливать радиоактивные вещества, которые поражают живые организмы, а попадая с пищей в организм животных и человека, приводят к заболеваниям.
Наиболее распространено загрязнение почв канцерогенами типа полициклических ароматических углеводородов. Основные источники канцерогенных загрязнений — выхлопные газы двигателей тепловозов, автомобилей, строительных машин, самолетов, а также выбросы котельных и промышленных предприятий. Загрязнение почв канцерогенами отмечается на расстоянии до 5 км от дорог и источников выбросов утвержденные Минздравом СССР. При этом под предельно допустимым количеством загрязняющих почву веществ (ПДК) понимается массовая доля загрязняющего почву химического вещества (мгУкг), не вызывающая прямого или косвенного влияния (включая отдаленные последствия) на окружающую среду и здоровье человека. Одновременно с нормированием химических веществ в почве были разработаны теоретические и методологические основы нормирования количества пестицидов, тяжелых металлов, нефтепродуктов, органических соединений и микроэлементов. Ниже показаны значения ПДК некоторых химических веществ в почве:
Номенклатура регламентированных ПДК химических веществ в почве составляет несколько десятков наименований. По степени вредности химические вещества при систематическом их поступлении в почву располагаются в такой последовательности: пестициды и их метаболиты, тяжелые металлы, микроэлементы, нефтепродукты, сернистые соединения, вещества органического синтеза и др. Кроме ПДК, в качестве оценочного применяется показатель ориентировочно допустимого количества загрязняющего почву химического вещества (ОДК), который определяется расчетным методом. Санитарная оценка состояния почв проводится по специальным показателям. В качестве основного химического показателя принято санитарное число — частное от деления количества почвенного белкового азота в миллиграммах в 100 г абсолютно сухой почвы к количеству органического азота в тех же единицах. Показателем бактериального загрязнения почвы служит титр кишечной палочки и титр одного из анаэробов. Санитарно-гельминтологическим показателем почвы служит число яиц гельминтов в 1 кг почвы. Энтомологический показатель определяется по наличию личинок и куколок мух в 0,25 м2 поверхности почвы.
0,001 и ниже
0,0001 и ниже
0,7 и ниже
Для земель единого государственного земельного фонда устанавливается номенклатура показателей санитарного состояния почв в соответствии с ГОСТ 17.4.2.01—81. Эта номенклатура показателей должна применяться при разработке нормативно-технической документации по охране почв от загрязнений, а также при контроле состояния почв.
Контроль за состоянием почв осуществляется по специальным методикам санитарными врачами, санитарно-эпидемиологическими станциями, а по химическим загрязнениям, вызывающим подкисление или подщелачивание почв, — агрохимическими лабораториями, санитарно-эпидемиологическими станциями и органами охраны природы по методикам, приводимым во «Временных методических рекомендациях по контролю загрязнения почв». Методы анализа загрязнения почв следующие:
Наименование вещества
1.6.5. Нарушение и рекультивация земель
Нарушение земель происходит при изыскательских работах, добыче и переработке ископаемых, при строительстве предприятий и дорог. Оно вызывает изменение почвенного покрова, гидрологического режима, образование техногенного рельефа и другие качественные изменения. Нарушенные земли утрачивают свою первоначальную ценность, отрицательно влияя на окружающую среду.
При различных земляных работах верхние плодородные слои, содержащие гумус, подлежат снятию и последующему использованию на малопригодных и рекультивируемых землях.
Глубина снятия плодородных слоев почв регламентируется ГОСТ 17.5.3.06—85. Нормы снятия плодородного слоя почв приведены ниже.
Нарушенные земли подлежат рекультивации, под которой понимается комплекс работ, направленных на восстановление их продуктивности и народнохозяйственной ценности, а также улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества.
Рекультивация — составная часть технологических процессов восстановления нарушенных земель. На работы по рекультивации составляется проект, при разработке которого учитывают природные условия района, расположение нарушенного участка, перспективы развития района, состояние земель на начало рекультивации, использование рекультивированных земель, выбор смешиваемых земель, силы, средства и время на рекультивацию, сроки использования рекультивированных земель, кроме того предусматривается охрана окружающей среды от пыли.
Важнейшим этапом рекультивации является землевание — комплекс работ по снятию, транспортировке и нанесению плодородного слоя почвы и потенциально-пригодных пород на рекультивируемые участки земли.
Основная характеристика землевания — величина наносимого на рекультивированную землю плодородного слоя, который определяется исходя из предназначения участка, особенностей природной зоны, экономических возможностей и др. Землевание может быть сплошным и выборочным, обычным и комбинированным.
Обычное землевание проводят в один прием без перемешивания основных и наносимых почв.
Комбинированное землевание осуществляют в два этапа: нанесение плодородного слоя толщиной 10—15 см и перемешивание его с улучшаемой почвой или породой; повторное нанесение плодородного слоя почвы до запроектированной нормы.
1.6.6. Охрана земель и контроль за их использованием
Под охраной земель понимается комплекс организационно-хозяйственных, агрономических, технических, мелиоративных, экономических и правовых мероприятий по предотвращению и устранению процессов, ухудшающих состояние земель, а также случаев нарушения порядка пользования землей.
Охрана земель осуществляется на основе комплексного подхода к угодьям как к сложным экосистемам. Использование земель должно носить природоохранный ресурсосберегающий характер и предусматривать сохранение плодородия почв.
Государственный контроль за использованием и охраной земель осуществляется:
— Комитетом по земельной реформе в центре и на местах, который контролирует соблюдение земельного законодательства, режимы использования земель, своевременность рекультивации нарушенных земель, своевременное и качественное выполнение мероприятий по улучшению земель, предупреждению эрозии, засоления, заболачивания земель, их возврат в землепользование;
— Государственным санитарно-эпидемиологическим надзором, который контролирует выполнение землепользователями санитарного законодательства, санитарных правил и норм захоронения в землю токсичных отходов, заражения земель свалками, бактериально-паразитическими и другими опасными организмами, загрязнения земель химическими и радиоактивными веществами;
— местными органами архитектуры, строительства и жилищ-но-коммунального хозяйства, которые осуществляют контроль и не допускают самовольное строительство, соблюдают градостроительные требования при отводе земель, экологические требования и нормы при строительстве и реконструкции предприятий, контролируют загрязнения и захламление земель, а также рекультивацию и восстановление земель после завершения строительства;
— органами охраны природы, которые контролируют выполнение природоохранных требований при отводе земель в пользование, соблюдение экологических правил и норм при реконструкции предприятий, степень загрязнения земель сточными водами, выбросами, промышленными и бытовыми отходами, пестицидами, удобрениями.
Основными принципами рационального землепользования и сохранения плодородия почв, положенными в основу деятельности государственных органов по управлению земельными ресурсами, являются: планирование и районирование земель с учетом экономических фондов землепользования; почвенно-мелиоративные работы по всей территории страны; контроль состояния и плодородия почв с целью своевременного принятия мер по недопущению снижения плодородия почв; приоритетное внимание к повышению плодородия освоенных земель за счет различных мелиоративных работ; освоение новых земель с учетом всех видов ресурсов и возмещения затрат на освоение земель в короткие сроки; 'научно обоснованное (с учетом влияния на окружающую среду) осушение земель; паспортизация всех земель и почв с разработкой планов повышения их плодородия; совершенствование системы управления землепользованием и охраной земель и создание стройной системы технологического и метрологического обеспечения; разработка в составе системы управления действенной системы контроля и информации о состоянии земель; введение системы правовой и экономической ответственности землепользователей за состояние и охрану почв.
Охрана земель осуществляется как государственными органами, предоставляющими землю в пользование, так и землепользователями, которые обязаны обеспечивать ее рациональное использование и оптимальное взаимодействие с природными факторами.
Нарушители земельного законодательства привлекаются к административной и уголовной ответственности. Эти виды ответственности распространяются на следующие виды нарушений: сделки, нарушающие государственную собственность на землю; самовольное занятие земельных участков, бесхозяйственное использование земель и их использование с целью извлечения нетрудовых доходов; невыполнение обязательств по улучшению земель и охране почв от ветровой и водной эрозии; несвоевременный возврат временно занимаемых земель; уничтожение межевых знаков; непринятие мер по борьбе с сорняками, невыполнение условий снятия и хранения плодородного слоя почв при строительстве и т. д.
Список использованной литературы:
1) «Экологические основы природопользования». Авторы: В.Г. Еремин, В.Г. Сафонов. М-2002 г.
2) «Экологические основы природопользования». Авторы Э.А. Арустамов, И.В. Леванова, Н.В. Баркалова, М-2000 г.