Исследование взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой

Вместе с навозом и  фекалиями в почву нередко  попадают болезнетворные бактерии, яйца гельминтов и другие вредные организмы, которые через продукты питания  попадают в организм человека.

Почву загрязняют нефтепродуктами  при заправке машин на полях и  в лесах, на лесосеках и т.д.

Наибольшей трансформацией подвергается самый верхний, поверхностный  горизонт литосферы. Суша занимает 29,2% поверхности земного шара и включает земли различной категории, из которых  важнейшее значение имеет плодородная  почва. При неправильной эксплуатации почвы безвозвратно уничтожаются в  результате эрозии, засоления, загрязнения  промышленными и иными отходами. Под влиянием деятельности людей  возникает ускоренная эрозия, когда  почвы разрушаются в 100 – 1000 раз  быстрее, чем в естественных условиях. В результате такой эрозии за последнее  столетие утрачено 2 млрд. га плодородных  земельных угодий, или 27% земель сельскохозяйственного  использования.

Поступающие в почву химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают  численность живых организмов, ухудшают ее плодородие.

 Загрязнение почв связано  с загрязнением атмосферы и  воды. В почву попадают различные  твердые и жидкие отходы  промышленного  производства, сельского хозяйства  и коммунально-бытовых предприятий.  Основными загрязняющими почву  веществами являются металлы  и их соединения, радиоактивные  вещества, удобрения и пестициды.

Главными источниками  загрязнения являются:

1)          Жилые дома и бытовые предприятия.  В числе загрязняющих веществ  преобладает бытовой мусор, пищевые  отходы, фекалии, строительный мусор,  отходы отопительных систем, пришедшие  в негодность предметы домашнего  обихода; мусор общественный учреждений  – больниц, столовых, гостиниц, магазинов  и др. Вместе с  фекалиями  в почву нередко попадают болезнетворные  бактерии, яйца гельминтов и другие  вредные организмы, которые через  продукты питания попадают в  организм человека. В фекальных  остатках могут содержаться такие  представители патогенной микрофлоры, как возбудители тифа, дизентерии, туберкулеза, полиомиелита и др. Быстрота гибели в почве разных  микроорганизмов неодинакова. Некоторые  болезнетворные бактерии могут  длительное время сохраняться  и даже размножаться в почве  и грунте. К ним относятся возбудители  столбняка (до 12! лет), газовой гангрены, сибирской язвы, ботулизма и некоторые  другие микробы. Почва является  одним из важных факторов передачи  яиц гельминтов, определяя тем  самым возможность распространения  ряда гельминтозов. Некоторые гельминты  – геогельминты (аскариды, власоглавы, анкилостомиды, сторонгилиды, трихостронгилиды  и др.) проходят одну из стадий  своего развития в почве и  могут длительное время сохранять  жизнеспособность в ней. Так,  например, яйца аскарид могут  сохранять жизнеспособность в  почве в условиях средней полосы  России – до 7-8 лет, Средней  Азии – до 15 лет; яйца власоглавов  – от 1 до 3 лет.

2)          Промышленные предприятия. В твердых  и жидких промышленных отходах  постоянно присутствуют те или  иные вещества, способные оказывать  токсическое воздействие на живые  организмы и их сообщества. Например, в отходах металлургической промышленности  обычно присутствуют соли цветных  и тяжелых металлов. Машиностроительная  промышленность выводит в окружающую  среду цианиды, соединения мышьяка,  бериллия. При производстве пластмасс  и искусственных локон образуются  отходы бензола и фенола. Отходами  целлюлозно-бумажной промышленности, как правило, являются фенолы, метанол, скипидар, кубовые остатки.

3)          Теплоэнергетика. Помимо образования  массы шлаков при сжигании  каменного угля с теплоэнергетикой  связано выделение в атмосферу  сажи, несгоревших частиц, оксидов  серы,  в конце концов оказывающихся  в почве.

4)          Сельское хозяйство. Удобрения,  ядохимикаты, применяемые в сельском  и лесном хозяйстве для защиты  растений  от вредителей, болезней  и сорняков. Загрязнение почв  и нарушение нормального круговорота  веществ происходит в результате  недозированного применения минеральных  удобрений и пестицидов. Пестициды,  с одной стороны, спасают урожай, защищают сады, поля, леса от вредителей  и болезней, уничтожают сорную  растительность, освобождают человека  от кровососущих насекомых и  переносчиков опаснейших болезней (малярия, клещевой энцефалит  и др.), с другой стороны –  разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих  полезных организмов, отрицательно  влияют на здоровье людей. Пестициды  обладают рядом свойств, усиливающих  их отрицательное влияние на  окружающую среду. Технология  применения определяет прямое  попадание на объекты окружающей  среды, где они передаются по  цепям питания, долгое время  циркулируют по внешней среде,  попадай из почвы в воду, из  воды в планктон, затем в организм  рыбы и человека или из воздуха  и почвы в растения, организм  травоядных животных и человека.

 Вместе с навозом  в почву нередко попадают болезнетворные  бактерии, яйца гельминтов и другие  вредные организмы, которые через  продукты питания попадают в  организм человека.

5)          Транспорт. При работе двигателей  внутреннего сгорания интенсивно  выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды и другие вещества, оседающие на поверхности почвы  или поглощаемые растениями. Каждый  автомобиль выбрасывает в атмосферу  в среднем в год 1 кг свинца  в виде аэрозоля. Свинец выбрасывается  в выхлопными газами автомобилей,  осаждается на растениях, проникает  в почву, где он может оставаться  довольно долго, поскольку слабо  растворяется. Наблюдается ярко  выраженная тенденция к росту  количества свинца в тканях  растений. Это явление можно сопоставить  со все увеличивающимся потреблением  горючего, содержащего тетра-этил  свинца. Люди, живущие в городе  около магистралей с интенсивным  движением, подвергаются риску  аккумулировать в своем организме  всего за несколько лет такое  количество свинца, которое намного  превышает допустимые пределы.  Свинец включается в различные  клеточные ферменты, и в результате  эти  ферменты уже не могут  выполнять предназначенные им  в организме функции. В начале  отравления отмечают повышенную  активность и бессонницу, позднее  утомляемость, депрессии. Более поздними  симптомами отравления являются  расстройства функции нервной  системы и поражение головного  мозга. Автотранспорт в Москве  выбрасывает ежегодно 130 кг загрязняющих  веществ на человека.

 Почву загрязняют нефтепродуктами  при заправке машин на полях  и в лесах, на лесосеках и  т.д.

Самоочищение почв, как  правило, - медленный процесс. Токсичные  вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению химического  состава почв,  нарушению единства геохимической среды и живых  организмов. Из почвы токсические  вещества могут попасть в организмы  животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

В почвах накапливаются соединения металлов, например, железа, ртути, свинца, меди и др. Ртуть поступает в  почву с пестицидами и промышленными  отходами. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют до 25 кг в год. О масштабах химического  преобразования  поверхности литосферы  можно судить по следующим данным: за столетие (1870-1970) на земную поверхность  осело свыше 20 млрд. т шлаков, 3 млрд. т золы. Выбросы цинка, сурьмы составили  по 600 тыс. т, мышьяка – 1,5 млн. т, кобальта – свыше 0,9 млн. т, никеля – более 1 млн. т.

6. Основные ступени и блоки системы мониторинга

В природно-ресурсной базе сельского хозяйства тревожное  положение. Промышленность, транспорт, авиация, коммунальное хозяйство резко  увеличили загрязнение окружающей среды. Примитивное земледелие и  животноводство, ошибки и неудачи  в мелиорации, обработке почвы, чрезмерное стравливание пастбищ наряду с аридизацией  привели во многих регионах к нарушению  стабильности экосистем. Причем эти  изменения столь глубоки, что  могут стать необратимыми.

В некоторых районах потенциал  земли в значительной степени  подорван или полностью исчерпан. Поэтому важное значение приобретает  мониторинг окружающей среды.

Под мониторингом понимают систему наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей природной среды. Мониторинг окружающей природной среды основан на трех независимых элементах: мониторинге окружающей природной среды, мониторинге искусственной или преобразованной окружающей среды и мониторинге антропосферы (см. схему). Объект первого мониторинга — абиотические компоненты окружающей среды (литосфера, гидросфера, педосфера и атмосфера). Мониторинг антропогенных изменений дает оценку и прогноз состояния преобразованной и искусственной окружающей среды. Мониторинг антропосферы осуществляется методами демографического и санитарно-гигиенического мониторингов.

В целом задачи, стоящие  перед мониторингом, заключаются  в выявлении и наблюдении за источниками  и воздействиями антропогенных  факторов на окружающую среду и прежде всего на биологические системы  с конечной целью принятия решений  по регулированию ее качества. Различают  четыре группы антропогенных факторов.

1. Факторы-тела. К ним относятся  измененный рельеф, водоемы, каналы, почвы, здания, интродуцированные  виды животных и растений и  т.д. Многие из этих факторов  существуют длительное время.  Например, курганы скифов, пирамиды  фараонов и т.п. Как правило,  факторы-тела неподвижны. Интродуцированные  животные представляют в этом  отношении исключение, как и растения, которые, распространяя семена  с помощью ветра, насекомых  и птиц, могут расширять свой  ареал.

2. Факторы-вещества. Эти антропогенные  факторы не ограничены пространством,  степенью концентрации и воздействия  на среду. К ним относятся  аэрозоли, химические элементы и  вещества, радиоактивные вещества, примеси в воде, промышленные  сточные воды, выбросы предприятий  и т.д. Одни из них быстро  разрушаются, другие находятся  в природе многие сотни и  тысячи лет (радиоактивные элементы). Вследствие этого они могут  накапливаться в почве и в  живых организмах.

Рассмотрим схему мониторинга  популяции, испытаний на мутагенность отдельных загрязнителей и биосферных моделей.(Схема 1.)

Приложение к  схеме 1. Рекомендации:

1. Разработка  плана-прогноза генетических последствий  окружающей среды.

2. При выявлении  допустимой активности для наследственности  человека: соединения первоочередной  важности для промышленности, сельского  хозяйства, медицины и т.д. остаются  в обращении с ограничениями;  соединения, имеющие частное значение  или немутагенные аналоги, запрещаются  к использованию, ставится задача  поисков немутагенных заменителей  или их аналогов.

3. Выведение сортов  растений, устойчивых к различным  вредителям и поэтому не требующих  применения пестицидов. В эту  группу входят, например, растения  хлопчатника с природной ранней  листопадностью, что исключает использование  дефолиантов перед машинной уборкой,  и т.п.

4. Изучение и  поиск антимутагенов.

3.Факторы-процессы. Весьма  многообразны. Это прежде всего  различная деятельность человека, стихийная и направленная перевозка  растений и животных, интродукция,  выведение пород животных, селекция  растений, эксплуатация природных  ресурсов, коррозия металлов, вспашка  почвы, различные виды эрозии  почвы, изменение уровня воды, антропогенный круговорот элементов  и веществ и т.д. Факторы-процессы  отличаются большой динамичностью.

4. Факторы-явления. К этой  группе относятся свет, тепло,  радиоволны, электротоки, давление, загрязнение воды и атмосферы,  шум, вибрация. Их действие пространственно  ограничено, с увеличением расстояния  от их источника они исчезают. Эти факторы отрицательно воздействуют  не только на естественные  процессы в природе, но и  на живые организмы, в том  числе и на человека. Например, из-за сильного шума не только  ухудшается самочувствие человека, расстраиваются сон, важные физиологические  процессы, но и снижаются удойность  коров, яйценоскость кур и др. Статистические данные ряда зарубежных  стран показывают, что в результате  повышения интенсивности шума  в городах производительность  труда снижается на 15—20 %.

Надо иметь в виду, что  антропогенные факторы не изолированы, а, как правило, действуют в виде определенного комплекса, вызывая  синергический эффект. Следует предпринять  самые действенные меры по борьбе с указанными неблагоприятными факторами, ибо кумулятивный эффект их бывает непредсказуем.

Мониторинг проводят как  на локальном, местном, так и на глобальном уровне с установлением критических  факторов воздействия, критических  зон и элементов биосферы, которые  максимально подвергаются воздействию  этих факторов.

Глобальная система мониторинга оценивает сложившееся фоновое состояние биосферы. При изучении фонового мониторинга отдельно рассматривают абиотическую и биотическую части биосферы. Существуют региональные и базовые станции системы мониторинга. На региональных станциях изучают антропогенные факторы, их источники и воздействие на окружающую среду. На базовых — получают глобальную информацию о состоянии среды.

На территории каждого  государства должен осуществляться национальный мониторинг. Его задачей  является получение информации о  загрязнении среды в национальных интересах для того, чтобы предпринять  необходимые меры.

Локальные источники загрязнения  и воздействий (раздел А) представлены такими природными явлениями, как извержения вулканов, выбросы нефти, газов и  т.д. и антропогенными выбросами  предприятий и техники, пестицидами, удобрениями и т.д.

Состояние окружающей среды (раздел Б) характеризуется физико-географическими  явлениями и процессами, которые  являются источниками стихийных  бедствий (вулканизм, землетрясения, цунами, засухи, суховеи, заморозки, ураганы, наводнения, снежные лавины, эрозия почв и др.). В этот же раздел входят данные о  распределении водных бассейнов, рек  и суши, рельефа, природных ресурсах, народонаселении, урбанизации, дополняющие  характеристику природной окружающей среды. Среди природных ресурсов особенно важны земельные. Хотя почва  менее динамичная и более инерционная, чем другие ресурсы, она дает важнейшую информацию о природной среде, так как является аккумулятором и трансформатором всех экологических процессов, происходящих в биосфере. В этой тонкой органо-минеральной оболочке Земли, как отмечал В.И.Вернадский, происходят наиболее разнообразные химические реакции, связанные с живым веществом. В этом же разделе анализируют наблюдения за круговоротом веществ в биосфере. Сюда же относятся наблюдения за атмосферой, за химическим составом, осадками, поверхностными и подземными водами, растительностью, животными, за динамикой загрязнителей.