Экологические проблемы земельных ресурсов и организмов

Экологические проблемы земельных  ресурсов и организмов

Экологические следствия  использования минеральных удобрений

Темпы роста производства удобрений во многом сходны с ростом производства электроэнергии (объем  удваивается каждые 8-10 лет). С 1950 г. до середины 80-х годов производство минеральных удобрений в мире возросло примерно в 8 раз, а в бывшем СССР - в 18 раз. С 1993 по 2000 г. прогнозируется увеличение мирового производства удобрений  примерно в 2,5 раза.

Влияние минеральных удобрений  на почвы. Наступает такое состояние  системы, когда внесение удобрений  практически не дает никакой прибавки уровня, а еще большие их дозы ведут к снижению урожая. Здесь  срабатывает правило лимитирующего  фактора по его максимальному  значению. Напомним, что привычная нам чистота водоемов связана с тем, что азот и фосфор выступают здесь как лимитирующие факторы для автотрофного (растительного) звена экосистем. Обогащение вод азотом и фосфором неизбежно сопровождается зарастанием водоемов, размножением в них водорослей, в том числе и оказывающих наибольший отрицательный эффект на качество воды - сине-зеленых. Эти вопросы мы рассматривали в разделе, посвященном водным ресурсам. Фосфор вследствие незначительного содержания в водах и малой токсичности практически не оказывает прямого отрицательного влияния на питьевую воду. Этого, однако, нельзя сказать об азоте. Концентрации его в воде часто превышают допустимые значения. Последние, правда, по различным источникам существенно различаются. Так, по нормам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ПДК по нитратному азоту составляет 45 мг/л. У нас в стране этот предел ограничен 10 мг/л. Отрицательное влияние на воды и их обитателей оказывают хлор-содержащие удобрения (NH4C1, KC1), а также примеси к различным удобрениям. Последнее наиболее характерно для фосфорных форм удобрений, содержащих в своем составе фтор, тяжелые металлы и радиоактивные элементы. Наряду с загрязнением минудобрениями поверхностных вод, прогрессирует поступление их в грунтовые воды. Имеются случаи, когда в воде из скважин и колодцев содержалось до 500-700 мг/л нитратов. Особенно прогрессирует загрязнение грунтовых вод в тех случаях, когда они не прикрыты плотными (глинистыми, скальными) породами и залегают на небольшой глубине. Фосфор и калий, как правило, смягчают вредное воздействие азота. Однако при высоких дозах и эти элементы могут вызывать легкие виды отравления растений (токсикозы). Более высокие его концентрации (свыше 8 мг/л) способны снижать эластичность кровеносных сосудов, увеличивать вероятность остеохондрозных явлений.

Проблемы пестицидов

К пестицидам относят также  вещества, используемые не только для  уничтожения, но и отпугивания организмов, приносящих вред человеку или его  изделиям (постройкам, одежде и т. п.). По данным ФАО, в мире от болезней растений, сорняков и вредителей ежегодно теряется около 35% урожая, что в выражении  составляет около 75 миллиардов долларов США. При этом в развивающихся  странах от сорняков и вредителей погибает до 50% урожая, а в развитых - около 15%. В США затраты на производство пестицидов ежегодно составляют около 4 млрд. долларов, а эффект от их применения равен 15-18 млрд. долларов. В бывшем СССР аналогичные расчеты давали 0,5 и 4,5 млрд. долларов. Однако все эти  оценки, как правило, не учитывают  экологических издержек от применения пестицидов. Между тем они значительны, а нередко неоправданно велики. В  США такие явления описаны  на примере белоголового орлана и  скопы, питавшихся рыбой, обитавшей  в водах, содержащих ДДТ и другие пестициды. В экологическом отношении  особую тревогу вызывает ежегодное  увеличение объемов применения пестицидов. Это связано не только с расширением  обрабатываемых площадей, но и с  привыканием к пестицидам организмов. С течением времени для получения  одного и того же эффекта приходится применять все больше и больше пестицидов. Например, устойчивость колорадского жука к пестицидам в ряде районов  США возросла в 20 раз. Степень привыкания организмов к пестицидам и другим ядам обычно тем значительнее, чем  более короткий цикл воспроизводства (от яйца до яйца) характерен для них. Насекомые и сорняки, как правило, характеризуются короткими циклами  и поэтому привыкают к определенным дозам пестицидов быстрее, чем другие организмы. Человек потребляет значительное количество пищи с верхних уровней  цепей питания, поэтому пестициды  или их производные он часто получает в наиболее концентрированном виде. Срабатывает так называемый «экологический бумеранг» - плата за антиэкологические действия. Считается, что в мире ежегодно в той или иной мере страдает от пестицидов около 500 тыс. человек. Например, проверка продуктов питания, проведенная в Ленинграде (1987 год), показала, что более 30% из них содержали пестициды в количествах, превышающих допустимые нормы. Еще большим был данный показатель (45%) в продуктах детских молочных кухонь. Наиболее высокое содержание пестицидов (5 ПДК и выше) отмечалось в 40% проб садовой земляники, 26% - овощных консервов, 25% - яблок, 21 % - колбасных изделий и 30% - консервов детского питания (Яблоков, 1990). На определенном этапе применения пестицидов человек начинает стимулировать размножение самих вредителей. Этому, кроме быстрых адаптации, способствует также уничтожение их конкурентов или хищников, характеризующихся меньшим привыканием. Существует даже такой термин - «разведение вредителей с помощью пестицидов». Б. Небел приводит случай, когда численность померанцевой розовой щитовки начала интенсивно увеличиваться, по сравнению с контролем, после 6-12 обработок ДДТ. Следствием применения пестицидов может быть увеличение численности и тех организмов, которые раньше не вызывали беспокойства (в основном в результате уничтожения их врагов). Для организмов, находящихся на высоких уровнях цепей питания, вред пестицидов нередко связан не столько с действием на сами организмы, сколько на их потомство. Так, упомянутые выше белоголовый орлан и скопа (рыбоядные виды) вымирали в США потому, что родители не могли высиживать птенцов из-за того, что яйца разбивались в гнезде вследствие слабой скорлупы, обусловливаемой нарушением кальциевого обмена под воздействием ДДТ.

Биологические меры борьбы с  нежелательными видами организмов

В качестве биологических  агентов чаще всего используются организмы-антагонисты или продукты их жизнедеятельности, а также некоторые  вещества и агротехнические приемы, не причиняющие вреда экосистемам  и получаемой продукции. Беспестицидные технологии являются одной из составляющих нехимических способов ведения сельского хозяйства. За рубежом (США) хозяйства, где продукция выращивается без химических средств получили название «органические фермы». В ряде стран (Швеция, Голландия, Венгрия, Дания и др.) осуществляются программы снижения объемов использования ядохимикатов. А. В. Яблоков (1990) приводит целую систему биологических и других нехимических мероприятий регулирования численности организмов. Назовем некоторые из них.

1. Внедрение в популяции  особей, ие способных давать потомство или передающих потомству нежизнеспособные линии. Этот генетический метод находит все большее применение. В частности, в США довольно широко используется метод стерилизованных самцов. Последних вводят в природные популяции. Спаривание осуществляется, но без оплодотворения.

2. Природные или синтезированные  по типу природных средства  для отпугивания, привлечения  или прерывания отдельных стадий  развития животных. Эти вещества  получили название феромоны (гр. фереин - переносить, ормон - возбудимость). Широкое применение находит одна из групп феромонов -половые аттрактанты (лат. аттрахере - привлекать) - вещества, привлекающие особей другого пола. Б. Небел описывает технологию применения аттрактанта для борьбы с коробчатым червенцом хлопчатника. Для этого используют трубчатый материал. Изнутри трубочки обрабатывают аттрактантом, привлекающим самцов, а с поверхности - инсектицидом. При попытке спаривания с трубочкой самец соприкасается с инсектицидом и погибает. Аттрактанты используются также для заманивания насекомых в ловушки и последующего уничтожения. Часто с помощью аттракган-тов создают эффект замешательства. Для этого препарат распыляют с таким расчетом, чтобы отвлечь самцов от популяций самок. Феромоны иногда используются для прерывания отдельных стадий развития насекомых. Например, один из феромонов способен исключать переход гусениц на стадии окукливания. Возможно действие и на другие стадии.

3. Животные, питающиеся только  определенными видами растений (узкоспециализированные  фитофаги). Если такими растениями  являются сорняки, то животные  уничтожают их, не трогая сельскохозяйственные  культуры.

4. Пестициды (чаще всего  инсектициды) естественной природы.  К таким препаратам относятся,  например, вытяжки, отвары или  пудры из табака, ботвы помидоров,  чеснока, горчицы, ромашки и  других растений. В настоящее  время выделено около 800 веществ  биологической природы, которые  могут заменять пестициды. Более  250 из них находят применение  и поступают в продажу.

5. Препараты физической  природы, обладающие пестицидными свойствами. Например, описаны методы борьбы с насекомыми посредством «диатомовой земли» (тонкая пыль из диатомовых водорослей).

6. Селекционные методы, основанные  на выведении сортов, устойчивых  к определенным вредителям. Например, учеными США выведены сорта  хлопчатника с гладкими листьями, затрудняющими насекомому (хлопковая совка) прикреплять яйца на растения. Получены сорта фитофтороустойчивого картофеля и др. К сожалению, создание более урожайных сортов растений далеко не всегда сочетается с отбором их на устойчивость к вредителям или болезням. Часто наблюдается обратная закономерность: высокоурожайные сорта характеризуются, как правило, пониженной устойчивостью к вредителям. В бывшем СССР только около 5% вновь внедряемых в сельскохозяйственную практику сортов имело повышенную устойчивость к вредителям и 15-20% - к возбудителям болезней. В некоторых странах доля таких сортов достигает 70-90%.

7. Методы генной инженерии,  позволяющие повысить устойчивость  организмов к вредителям и  болезням. Это возможно путем  внедрения генов, с которыми  связаны отпугивающие (репелленты)

или ядовитые (пестициды) свойства. Например, устойчивость томатов существенно  повышена введением в их геном  бактерий, продуцирующих белки, способные  убивать гусениц насекомых-вредителей.

8. Интегрированные методы. Сущность их заключается в  применении комбинаций биологических,  агротехнических и селекционных  приемов - при резком сокращении  использования химических препаратов. Существенное внимание должно  уделяться также увеличению разнообразия  выращиваемых растений и животных. Это снижает вероятность потерь  за счет сохранения более Устойчивых  видов (сортов, пород).

Наряду с испаШованием пространственно разделенных видов или сортов (на разных полях), многочисленные данные свидетельствуют о целесообразности перехода от одновидовых (монокультура) к многовидовым (поликультуры, сортосмеси) посевам или посадкам. Монокультура, как и обработка почвы с оборотами пласта (см. выше), чужды природе. Незаполненность в таких культурах экологических ниш имеет неизбежным следствием внедрение в них других видов, называемых человеком вредителями или сорняками. Иначе, создавая монокультуру, человек одновременно «создает» вредителей и проблемы борьбы с ними. Поэтому важно в пределах возможного моделировать природные экосистемы. Многовидовые сообщества более устойчивы не только к вредителям или болезням, но и к другим неблагоприятным факторам (метеорологические условия и т. п.). Академик А. Л. Тахтаджян пришел к выводу, что победа цветковых растений в меловом периоде (над голосеменными и споровыми) в значительной мере была связана с их способностью образовывать сложные многовидовые сообщества. Имеется немало примеров, что смешанные посевы дают более высокие урожаи. Одним из таких примеров являются викоовсяные смеси. В данном случае вика как растение семейства бобовых обогащает почву азотом, а овес служит опорой для склонных к полеганию стеблей вики. Аналогичные смеси используются при выращивании клевера (бобовые) вместе со злаками. Все более широко практикуется выращивание других культур в смешанных посевах. Иногда это делается с той целью, чтобы один вид принимал на себя вредителей, отвлекая их от другого. Так, в смешанных культурах сладкого картофеля и кукурузы первый отвлекает на себя муравьев. В чистых культурах кукурузу иногда вырастить не удается, так как она практически полностью уничтожается этим насекомым. Давно замечено, что конопля, высеянная под яблонями, является отпугивающим фактором для яблоневой плодожорки. В многовидовых сообществах меньше вероятность снижения плодородия почв в результате длительного выращивания одной и той же культуры, что обычно называют термином «почвоутомление».Еще более экологична оптимизация ландшафтов. Однообразные поля - от горизонта до горизонта - не лучшее творение человека. Несравнимо экологичнее ландшафты, в которых чередуются в пространстве не только выращиваемые культуры, но и различные угодия. Например, сельскохозяйственные поля и лесные экосистемы или лесополосы, созданные по типу естественных сообществ. В таких условиях больше возможностей для сохранения популяций животных, которые включают в свои цепи питания вредителей сельскохозяйственных культур. Иногда рекомендуется поддержание определенного уровня засоренности полей, поскольку это приближает экосистемы к естественным. Кроме этого, сорнякам отводится роль растений, которые вредители предпочитают сельскохозяйственным культурам либо отпугивают их. Следует, однако, быть крайне осторожным в применении таких рекомендаций. Нельзя забывать, что сорняки обладают колоссальным потенциалом размножения и могут превратиться в джина, выпущенного из бутылки. В этом отношении их можно сравнить с огнем. Последний в культурном хозяйстве нередко используется как положительный экологический фактор. Например, доказано, что очистка огнем лесосек от порубочных остатков намного упрощает в дальнейшем выращивание целесообразных древесных пород: повышается продуктивность почв, уничтожаются многие возбудители болезней и т. п. Однако этим фактором надо пользоваться очень осторожно и в определенных границах противопожарных мер. Другими словами, огонь, как и «целесообразные сорняки», целенаправленно можно использовать только в высококультурном хозяйстве. Есть еще одна возможность существенного сокращения применения пестицидов - это отказ от «синдрома белоснежки». Под последним понимаются (Б. Небел) пестицидные нагрузки, связанные не столько с сохранением урожая, сколько с приданием продукции товарного вида. Последнее в наибольшей мере типично для фруктов и овощей. Часто неоднократные обработки пестицидами проводятся ради исключения малейших поражений покровов, сохранения формы, блеска и других чисто эстетических свойств. В заключение данного раздела еще раз подчеркнем, что применение биологических методов ни в коем случае не исключает использование пестицидов и других «чужеродных» экосистемам методов (в том числе и огня). Однако пестициды, как и остродействующие лекарства, должны применяться преимущественно в тех случаях, когда требуется экстренное вмешательство, и прежде всего для подавления массовых вспышек нежелательных видов. Такие явления, как известно, присущи не только искусственно создаваемым агроценозам, но и естественным экосистемам. Как отмечает А. В. Яблоков, вредители возникают не от недостатка пестицидов в среде, так же как головная боль - не от недостатка обезболивающих лекарств в организме. Они могут быть следствием неумелого применения пестицидов, как и лекарств. Экологически оправданная борьба с вредителями (болезнями и сорняками) - это, прежде всего, меры, основанные на глубоком знании закономерностей существования экосистем, биологии входящих в них организмов. В этой связи любые попытки компенсировать недостаток знаний избытком пестицидов никак нельзя отнести к экологически верным.

Экологические следствия  современных методов животноводства

Крупные и сверхкрупные животноводческие комплексы - один из разительных примеров приоритета экономических интересов  над экологическими. На крупных комплексах обычно заметно снижается себестоимость получаемой продукции, имеются возможности механизации и автоматизации производственных процессов, перевода животноводства на промышленную основу. Экологические издержки при этом далеко не всегда учитываются, хотя они и находятся в прямой зависимости от размера комплексов. Антиэкологичность животноводческих комплексов связана не с отходами животноводства как таковыми, а с их количеством. Экскременты обычно смешивались с органическими остатками (чаще всего соломой). Это исключало практически полностью загрязнение среды. При выпасе скота также не возникало существенных проблем с загрязнением среды, поскольку экскременты равномерно распределялись по пастбищам и также включались в естественные циклы. При концентрированном содержании скота положительные явления превратились в свою противоположность, поскольку связаны с накоплением ядовитых отходов, которые оказывают разрушительное влияние на экосистемы и различные элементы среды. Отрицательное воздействие животноводческих отходов значительно сокращается в тех случаях, когда они используются в переработанном виде: компостируются либо превращаются в навоз посредством смешения с соломой, торфом, мелкими отходами деревообработки и другими органическими материалами. В этих случаях отходы включаются в пищевые цепи и в процессы круговорота.