Лекции по "Геоэкология"

Выделяют несколько географических типов экстремального загрязнения городской атмосферы (смог):

1. Ледяной смог, развитый  в арктических и субарктических  широтах и неоднократно отмеченный  в Фэрбанксе на Аляске. Формируется  он в зимний период с ноября  по март при постоянных морозах  до минус 35°С и ниже в условиях  приземных инверсий. Источником  загрязнения являются тепловые электростанции. Водяной пар, поднимающийся от градирен, образует мельчайшие, размером в 5 – 10 мкм, кристаллы льда, которые ухудшают видимость до 10 м и менее. Выбрасываемые ТЭС окислы серы образуют с водяными парами мельчайшие капельки серной кислоты, и это делает ледяной смог токсичным.

2. Смог, состоящий главным образом из сернистого ангидрида с превышением максимально разовых ПДК в десятки и более раз. Включает также большой спектр тяжелых металлов (Сu, Ni, Аs, Со и др.) наблюдается в Норильске летом, а зимой несколько напоминает смог в Фэрбанксе.
3. Смог лондонского типа наиболее типичен для умеренных широтах, в районах с влажным морским климатом. Он неоднократно отмечался в крупных городах Западной Европы и Северной Америки. При образовании смога лондонского типа резко снижается видимость, быстро нарастает концентрация окислов серы и азота, угарного газа, углеводородов. Наиболее часто такое загрязнение воздуха имеет место в осенне-зимнее время при аномальных условиях стратификации и малых скоростях ветра.
4. Лос-Анджелесский смог формируется в летний период в низких широтах и в южных районах умеренного пояса при высоком уровне загрязнения и значительной солнечной радиации (>2 Дж/см2 в мин). Этот смог, имеющий фотохимическую природу, неоднократно отмечался в Лос-Анджелесе, Мехико и других городах. Основные компоненты смога – фотооксиданты, озон, органические перекиси, нитраты и нитриты, окислы азота. При фотохимических реакциях в смоге образуются вещества более токсичные, чем исходные атмосферные загрязнители.

О степени загрязнения городского воздуха можно судить по тому, какие лишайники удается обнаружить на его территории. В крупных городах выделяется зона лишайниковой «пустыни». Больше всего лишайники страдают от диоксида серы. При его содержании в воздухе 0,08 – 0,10 мг/м3 многие лишайники испытывают угнетение. При концентрациях SО2 0,3 мг/м3 почти все их виды, за небольшим исключением, погибают. В то же время существуют устойчивые к загрязнению лишайники. Если при концентрации SО2 в воздухе свыше 0,3 мг/м3 формируется лишайниковая «пустыня», то при 0,05 – 0,2 мг/м3 на стволах появляются ксантории, физации, анаптихии, ленакоры и др., при менее 0,05 мг/м3 – парамелии, алектории и др.

 Для уменьшения насыщения городской атмосферы загрязняющими веществами, и в первую очередь соединениями серы и азота, сооружаются дымовые трубы высотой до 300 – 500 и даже 800 м. Однако рассеивание загрязняющих 172 веществ на обширные регионы создало сильную угрозу целостности их экосистем из-за выпадения кислотных осадков, которыми поражаются огромные территории. Вместе с экспортом из одних стран в другие воздушным путем соединений серы и азота разносятся также тяжелые металлы. Россия получает с западным переносом много импортных кислотных выпадений.

Во многих странах совершенствуются приемы охраны атмосферного воздуха. Так, степень улавливания твердых частиц золы на ТЭС в Англии составляет 98,3 – 98,7%, во Франции – более 99%, в Бельгии – 98 – 99%, в США – 99%, в Италии 95– 98%. В нашей стране этот показатель равен 90%.

Все шире внедряются предприятия, специализированные на обессеривании угля и мазута. Пионером среди стран мира является Япония, где осуществляется коммерческая эксплуатация установок по денитрификации отходящих газов.

На многих ТЭЦ различных стран улавливаются окислы серы, хотя делается это еще в недостаточных объемах. В ФРГ за 1983 – 1988 гг. были оснащены сероулавливающими установками практически все ТЭС, работающие на каменном угле. Программа, по которой страны Европы обязались в последние 20 лет XX в. сократить выбросы серы на 30%, выполнена в середине 1990-х гг. Сейчас эмиссия SО2 в Европе немного превышает 30 млн. т, а в 1980 г. она достигала 60 млн. т

Использование в энергетике природного газа не только резко снижает загрязнение воздуха вредными веществами, но и уменьшает поступление в атмосферу СО2. Сжигание газа в этом плане энергетически выгодно.

Большую роль в охране атмосферного воздуха играют меры по усовершенствованию систем сжигания топлива автомобилей. В последние годы широко применяются катализаторные устройства, преобразующие и обезвреживающие основные компоненты отработавших газов. Углеводороды и СО окисляются, давая на выходе СО2 и водяной пар. NО2 преобразуется в азот и кислород. Ведущую роль в обезвреживании загрязняющих веществ играют платиновые металлы, нанесенные на шарики из окиси алюминия или сотовые структуры из металла или керамики. Применение катализаторов осуществляется в Японии, США, Германии и ряде других стран.

Качество городского воздуха во многом зависит от режима поливо-моечных работ с целью поддержания чистоты улиц и площадей. Большую роль в этом играет умелое управление отходами.

Чтобы город лучше проветривался, используется специальная «продувная» застройка. Однако в некоторых северных городах для защиты от метелей применяется П-образный план застройки. Большое значение имеет также организация транспортных потоков и размещение предприятий-загрязнителей в зависимости от господствующих ветров.

Важнейшую роль в снижении загрязнения воздуха и улучшении других параметров городской среды играют зеленые насаждения. Норма озеленения, установленная Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ), равна 50 м2 городских насаждений на 1 человека и 300 м2 пригородных.

По функциональному назначению зеленые насаждения городов разделяются на три группы:

1) общего пользования  – общегородские парки культуры  и отдыха, районные парки (парки  планировочных и административных  районов города), городские сады, сады жилых районов и микрорайонов, бульвары, в том числе на набережных, лесопарки;

2) ограниченного пользования  – зеленые насаждения на жилых  территориях микрорайонов и жилых  районов, на участках детских  садов, яслей, школ, спортивных комплексов, учреждений здравоохранения, учебных, культурно-просветительных, административных  и др.

3) специального назначения  – насаждения на городских  улицах и магистралях, территориях  санитарно-защитных и водоохранных  зон, ботанические и зоологические  сады, насаждения на участках  выставок, на территориях кладбищ, питомников, цветочных хозяйств  и т. п.

Плохими по условиям озеленения считаются города, где растительность занимает менее 10% площади, в разряд удовлетворительных отнесены города, где озеленение занимает 10 – 40% площади, в разряд хороших – с 40 – 60% и к отличным – с озеленением не менее 60% площади.

Озеленение проводится с учетом устойчивости пород деревьев и кустарников к городским условиям и географического положения территории. Крайне важно и сохранение вблизи городов лесных массивов или других высокопродуктивных массивов естественной растительности.

3.4. Разрушение  почв сельскохозяйственных угодий

Главными причинами разрушения сельскохозяйственных угодий являются ускоренная эрозия и дефляция почв, которые развиты во многих странах:

Аргентина – 18,3 млн. га, или 13% общей пахотной площади, страдает от водной эрозии и 22 мл. га, или 16%, от ветровой;

Зимбабве – через 50 лет после распашки целины 2/5 площади пашни подвержены эрозии, причем треть этой доли – в сильной степени;

Австралия – 50% всех сельскохозяйственных земель, включая пастбища, требует борьбы с эрозионными или дефляционными процессами;

Испания – 90% пашни страдает от умеренной или сильной эрозии;

Эфиопия – ежегодные потери продуктивных почв превышают 1 млрд т;

Перу, Непал, Индонезия, Иран - эрозией поражено от 50 до 60% их территорий;

Натал (ЮАР) – потери плодородных почв ежегодно достигают 200 млн.. т;

Сальвадор – 77% территории страны страдает от ускоренной эрозии;

Боливия – около 80% всех пахотных земель эродировано в разной степени;

Колумбия - от эрозии в той или иной степени страдает практически 100% пашни; под влиянием водной эрозии находится 58,6 млн. га, или 51,4% территории страны, от выноса и накопления грубых наносов страдают земли площадью 26,8 млн. га, или 23,5%, от дефляции – 0,3 млн. га, или 0,3%; только 28,2 млн. га, или четверть площади земель страны, не деградирует под воздействием эрозионных и дефляционных процессов;

Лесото – ежегодно из-за водной эрозии теряется около 1% пашни.

Катастрофические темпы эрозионного разрушения почвенного покрова, порядка 300 – 500 т/га в год, были отмечены в ряде районов Бангладеш, Индонезии, Тринидада, Гватемалы, ряда стран Африки.

Следует отметить, что мировым полюсом эрозии является Лессовое плато Китая, где смыв почвы в среднем составляет 100 – 200 т/га в год. Чрезвычайно сильна эрозия почв в Непале и на Яве.

Общая площадь сельскохозяйственных земель в России, где требуется проведение противоэрозионных мероприятий, составляет 124 млн. га, в том числе 87 млн. га – это пашня. Пятую часть пашни страны занимают смытые почвы. Приблизительная оценка смытого почвенного материала в мире 25 млрд т в год. Человечество активно расходует почвенный ресурс и это представляет серьезную опасность для цивилизации.

Защита земель от ускоренной эрозии и дефляции трудная многоаспектная проблема. Этот вид хозяйственной деятельности, аккумулирующий многолетний опыт земледелия, все еще несовершенен. В России, несмотря на имеющееся природно-сельскохозяйственное районирование, разработанные концепции севооборотов с учетом конкретных природных условий и рекомендации по обработке почвы и ее защите от ускоренной эрозии и дефляции, ущерб остается значительным.

Трудности в охране почв в развивающихся странах обычно связаны с бедностью землевладельцев, с их нежеланием отступать от традиционных методов ведения земледелия. Важную роль здесь играет внедрение плантационного хозяйства пропашных культур – табак, кукуруза и др. на месте сведенных тропических лесов. Эрозия почв на таких площадях достигает нескольких десятков тонн с гектара и более.

Еще в конце XIX в. В.В. Докучаевым был предложен комплекс противоэрозионных мероприятий. Он рекомендовал прекратить доступ грубых наносов в долины, улучшить водный баланс территорий и максимально приблизить структуру окультуренных ландшафтов к существовавшим ранее природным. Для этого надо провести посадки деревьев и кустарников по берегам рек и на песках, перегородить овраги рядами плетней и живых изгородей; задерживать талые воды на полях; образовать в оврагах системы прудов по путям естественного стока талых и дождевых вод, особенно в верховьях; засадить сплошным лесом все неудобные для пашни участки.

Минимальная и нулевая обработка почв предусматривает полный отказ от отвальной вспашки и резко сокращает число проходов тяжелой техники по полю. При этом пожнивные остатки предыдущего урожая (мульча) остаются на полях, что является очень эффективной противоэрозионной мерой. При минимальной обработке используются дисковые бороны. Обрабатывается не вся поверхность поля, а полосы шириной до 1 м, чередующиеся с необработанными полосами шириной до 0,5 м. Широко используется также чизельный плуг, представляющий собой набор тонких зубьев длиной до 30 – 40 см, отстоящих друг от друга на расстояние до 50 см, который рыхлит почву, не нарушая ее структуры. С сорняками борются, применяя гербициды. При нулевой обработке все операции – посев, внесение удобрений и борьба с сорняками – выполняются за один проход специального агрегата по полю. Семена заделываются, в небольшие лунки, туда же вносятся медленно растворимые гранулы удобрений.

Применение минимальной и нулевой обработки практически сводит на нет эрозию, но имеет и негативный аспект. Так, например, для борьбы с сорняками и вредителями необходимо применять повышенные дозы пестицидов, что содержит потенциальную опасность химического загрязнения почв. В настоящее время минимизация обработки почвы широко распространяется в США, особенно на Юге и Среднем Западе, при выращивании, кукурузы, сои, хлопка, а также пшеницы, сорго и других культур. Первые шаги в этом направлении делают и некоторые развивающиеся страны.

В ряде развивающихся стран в целях экономии применяют дешевые биологические методы защиты почвы от ускоренной эрозии. В Кении специалисты рекомендуют снижать плоскостной смыв путем создания густого растительного покрова в период вегетации на полях, а в межсезонье покрывать их пожнивными остатками. Указывается на необходимость обогащения почв навозом и другими органическими удобрениями. Кроме того, весьма эффективны такие приемы, как контурная вспашка и севооборот, создание дренажных канав и травяных валиков для регулирования поверхностного стока и ослабления овражной эрозии.

Поскольку полностью прекратить смыв нельзя, введено понятие «допустимые потери почвы» (в т/га в год), которые не сказываются на урожайности культур. Для разных типов почв они варьируют от 2 – 3 т/га в год для подзолистых и дерново-подзолистых почв до 11 – 12 т/га в год для черноземов и буроземов.

В России меры борьбы с ускоренной эрозией почв осуществляются приемами почвозащитного земледелия с учетом природных особенностей агроэкологических районов и, в частности, их принадлежности к трем поясам, выделенным по особенностям поверхностного смыва. В поясе развития преобладающего талого смыва вод контроль над ускоренной эрозией осуществляется исходя из категории земель.