Лекции. Охрана окружающей среды.
advertisement
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова» ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ краткий курс лекций для студентов II курса Направления подготовки 110100.62 Агрохимия и агропочвоведение Профиль подготовки Агроэкология Саратов 2012 Введение. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов – одна из важнейших дисциплин в области рационального природопользования. Охрана окружающей среды изучает основные экологические проблемы, состояние природных ресурсов и вопросы их рационального использования, характер воздействия производственной деятельности и других антропогенных факторов на природную среду. Краткий курс лекций по дисциплине «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» предназначен для студентов по направлению подготовки 110100.62 Агрохимия и агропочвоведение (профиль подготовки Агроэкология). В курсе лекций рассматриваются основы охраны окружающей среды – экологические понятия, законы и закономерности взаимодействия живых организмов с окружающей средой, важнейшие экологические проблемы, принципы мониторинга за состоянием окружающей среды, особое внимание уделено особенностям охраны природы при ведении хозяйственной деятельности. Курс нацелен на формирование ключевых компетенций, необходимых для эффективного решения профессиональных задач и организации профессиональной деятельности на основе глубокого понимания законов функционирования экосистем. 2 Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ 1.1. Структура, цель и задачи дисциплины. Место курса в ряду дисциплин экологического блока. Основные термины и определения Целью освоения дисциплины «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» является формирование представлений о научных основах охраны окружающей природной среды, ее современном состоянии, основных экологических проблемах. Задачи дисциплины: 1) сформировать основные понятия в области охраны природы, показать междисциплинарный характер природоохранных проблем; 2) познакомить с основными экологическими проблемами современности, показать глобальный характер и основные проявления экологического кризиса; 3) сформировать представление о природных ресурсах, проблемах их рационального использования и охраны; 4) сформировать представления о научных основах охраны окружающей среды. Дисциплина «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» входит в профессиональный цикл дисциплин, базируется на знаниях, имеющихся у студентов при изучении общей химии, ботаники с основами геоботаники, экологии и является базовой для изучения дисциплин: сельскохозяйственная экология, методы экологических исследований; сельскохозяйственная радиология; агроэкологическая оценка земель, экологическая экспертиза. Дисциплина «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» направлена на формирование у студентов профессиональной компетенции: «Способностью к проведению экологической экспертизы проектов сельскохозяйственного землепользования» (ПК-15). Охрана окружающей среды – это система научных знаний и комплекс государственных, международных и общественных мероприятий, направленных на рациональное использование, охрану и восстановление природных ресурсов, на сохранение биологического разнообразия, на защиту окружающей среды от загрязнения и разрушения для создания оптимальных условий существования человеческого обществ, удовлетворения материальных и культурных потребностей ныне живущих и будущих поколений. Основные задачи охраны окружающей среды: 1. рациональное использование природных ресурсов, 2. сохранение биологического разнообразия, 3. защита природной среды от загрязнения. Основной целью охраны окружающей среды является улучшение здоровья населения, сохранение и улучшение природных условий в процессе природопользования, последовательное сокращение источников загрязнения, а также непрерывный контроль за состояние окружающей среды и влияющими на нее факторами при различных видах деятельности человека. Формы охраны окружающей среды: 1. народная, 3 2. государственная, 3. общественная, 4. международная. Окружающая среда – совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов. Компоненты природной среды – земля, недра, почвы, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный, животный мир и иные организмы, а также озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство, обеспечивающие в совокупности благоприятные условия для существования жизни на Земле. Благоприятная окружающая среда – окружающая среда, качество которой обеспечивает устойчивое функционирование естественных экологических систем, природных и природно-антропогенных объектов. Природная среда – совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов. Природный объект – естественная экологическая система, природный ландшафт и составляющие их элементы, сохранившие свои природные свойства. Природно-антропогенный объект – природный объект, измененный в результате хозяйственной и иной деятельности, или объект, созданный человеком, обладающий свойствами природного объекта и имеющий рекреационное и защитное значение. Антропогенный объект – объект, созданный человеком для обеспечения его социальных потребностей и не обладающий свойствами природных объектов. Негативное воздействие на окружающую среду – воздействие хозяйственной и иной деятельности, последствия которой приводят к негативным изменениям качества окружающей среды. Контроль в области охраны окружающей среды – система мер, направленная на предотвращение, выявление и пресечение нарушения законодательства в области охраны окружающей среды, обеспечение соблюдения субъектами хозяйственной и иной деятельности требований, в том числе нормативов и нормативных документов, в области охраны окружающей среды (Закон «Об охране окружающей среды», 2002 г.). 1.2. История взаимодействия человека с окружающей средой. Формы воздействия человека на природу и природные ресурсы В нарастающем процессе производственной деятельности человека происходит естественное изъятие из природы необходимых ресурсов. Одновременно возрастает антропогенное воздействие человека на природу. На заре развития человеческого общества воздействие человека на природные ресурсы было малозаметным и касалось главным образом крупных животных. С развитием скотоводства и особенно земледелия воздействие резко возросло. Интенсивный выпас скота, распашка степей, вырубка и выжигание лесов повлекли за собой коренные изменения облика природы на больших площадях: сокращение численности животных, оскудение рек, нарастающее опустынивание и др. С развитие техники влияние человека на природу стало особенно заметным. Стремление получать максимальный доход привели к расхищению богатств земли. Исчез ряд видов растений и животных. Под угрозой исчезновения оказались целые ландшафты. Именно в это время (конец 19 в. – начало 20 в.) возникло понятие «охрана природы», под которым подразумевали лишь охрану некоторых видов растений, 4 животных и других уникальных объектов или отдельных участков дикой природы. Охрану природы рассматривали преимущественно как биологическую проблему. В 30-х гг. 20 в. возникла опасность истощения большинства природных ресурсов, необходимых для производственной деятельности, появилось понятие «охрана природных ресурсов». В 50-60-х гг. 20 в., когда в результате бурного развития техники оказалось, что вся биосфера Земли находится под воздействием радиоактивных осадков, пестицидов, отходов промышленности и других загрязнителей, угрожающих здоровью населения, экономике и нормальному функционированию биосферы, возникло понятие «охрана окружающей среды». В период с 1960 по 1970 гг. заметно возрос интерес экологов к разнообразию видов. На современном этапе он перерос в чрезвычайно важную проблему биологического разнообразия, от сохранения которого зависит и выживание человечества как части биосферы. Различают прямое и косвенное воздействие человека на природу. Вмешательство человека в природу приводит к изменению ее компонентов. Эти изменения бывают обратимые и необратимые. Различают также преднамеренное (сознательное) и непреднамеренное (стихийное) воздействие человека на природу. 1.3. Этапы развития охраны окружающей среды в нашей стране Выделяют три этапа развития охраны окружающей среды в нашей стране. Первый этап. Первые законодательные акты по охране природы в России появились в 11-12 вв. В «Русской правде» Ярослава Мудрого ограничивалась добыча зверей и птиц. В 13 в. князь Владимир Волынский заложил основу будущего заповедника в Беловежской Пуще. В 14-17 вв. учреждались «засеки» - заповедные леса военного назначения. Деревья здесь были повалены широкой полосой в сторону возможного нашествия врага, что делало такие преграды непроходимыми. Всем, кроме ратников охраны, запрещался доступ в «засечные» леса, тем самым в них сберегалась разнообразная флора и фауна. В этот период появляется ряд царских указов об ограничительных мерах добычи таких пушных зверей, как бобр и соболь. Во второй половине 17 в. при царе Алексее Михайловиче были приняты указы об охоте, в которых определялись ее сроки, запретные зоны, привилегии царя на охоте, санкции к нарушителям. Большое внимание уделялось соколиной охоте, был учрежден заповедник для сохранения гнездовий сокола-кречета. Вводится запрет на охоту в окрестностях Москвы, сберегаются заповедные леса под Рязанью. Обширные мероприятия по охране окружающей среды предусматривались указами Петра I. Особое значение придавалось охране лесов. Так, в малолесных районах было запрещено использовать лес на дрова, а для отопления приказано разрабатывать торфяники. Специальные указы Петра I предписывали посадку леса в южных районах, помещикам запрещалось рубить дубовые леса. В Москве и Петербурге были заложены городские парки и «аптекарские» (ботанические) сады. Природоохранные указы Петра I касались и других ресурсов: строго охранялась чистота воды в реке Неве, запрещались хищнические способы ловли рыбы, охранялись нерестилища, предусматривалась охрана и наземных животных. 5 Распад феодализма и развитие капитализма повлекли за собой неограниченное, беспорядочное, массовое уничтожение природных ресурсов. Особенно больших размеров достигло расхищение лесов, катастрофически уменьшилась численность бобров, соболя, лося и калана и других пушных и промысловых животных. Резко снизились уловы осетровых и лососевых рыб. В конце 19 – начале 20 в. получило широкое распространение движение ученых России за охрану природы: Петербургское общество покровительства животным и общество по охране природы. В 1913-1914 гг. Харьковское общество любителей природы устроило первую в России выставку по охране природы. По инициативе обществ и частных лиц в конце 19 – начале 20 в. создавались первые заповедники. По проекту Русского географического общества в 1916 г. был принят первый в России закон, предусматривающий государственное право организации заповедников в научных и культурных целях. Второй этап. В 1923 г. был создан Всероссийский комитет по охране природы, преобразованный затем в Комитет по охране памятников природы. Комитет подготовил ряд правительственных постановлений о режиме заповедных территорий, направлении деятельности заповедников и наметил участки, подлежащие охране в первую очередь. Большое внимание охране природы уделяла общественность. В 1924 г. возникло Всероссийское общество охраны природы. Впервые в резолюции данного общества была четко сформулирована задача охраны природы, которая должна рассматриваться как единая система мероприятий, направленная на защиту, развитие, качественное обогащение и рациональное использование природных ресурсов. Во время Великой Отечественной Войны (1941-1945 гг.) охрана природы продолжала оставаться важной задачей государства. В этот период был принят ряд постановлений об охране лесов, о сохранении и улучшении плодородия почв, созданы новые заповедники. В 1955 г. академия наук сформировала специальную Комиссию по охране природы, которая проделала большую научную и организационную работу по разработке комплексных методов по охране природы, координации усилий отечественных ученых в установлении контактов с международными организациями. В 1960 г. был принят закон «Об охране природы РСФСР». Третий этап. 21 февраля 1992 г. Парламентом РФ был принят новый закон «Об охране окружающей природной среды», который определял три основные задачи: охрана природной среды; предупреждение вредного воздействия хозяйственной или иной деятельности; оздоровление окружающей среды, улучшение ее качества. Основной принцип при решении этих задач – научно-обоснованное сочетание как экологических, так и экономических интересов. В то же время в условиях затяжного экономического кризиса общая природоохранная деятельность в стране существенно ухудшилась. Из-за плохого финансирования ослабла охрана заповедных территорий, резко возросло браконьерство, ухудшился контроль со стороны санитарно-эпидемиологических и противочумных организаций. Во второй половине 1990 гг. в стране появился такой опасный вредитель, как перелетная саранча. Огромные лесные территории не только в Сибири, на Дальнем Востоке, но и в Центральном районе Европейской России летом 1999 и 2000 гг. были охвачены пожарами, на борьбу с которыми не хватало средств, 6 техники, специалистов. Вместе с тем из-за недофинансирования и закрытия многих предприятий добывающей, перерабатывающей, строительной отраслей промышленности существенно уменьшился антропогенный пресс на естественные природные ландшафты, сократилось загрязнение окружающей среды. 10 января 2002 г. был принят новый Федеральный Закон РФ «Об охране окружающей среды» (В.М. Константинов, 2010 г.). Вопросы для самоконтроля 1) Дайте определение: «охрана окружающей среды», «окружающая среда», «природный объект», «антропогенный объект», «природно-антропогенный объект», «компоненты природной среды», «благоприятная окружающая среда». 2) Назовите основные цели и задачи охраны окружающей среды. 3) История взаимодействия человека с окружающей средой. 4) Какие выделяют формы воздействия человека на природу и природные ресурсы? 5) Этапы развития охраны окружающей среды в нашей стране. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Дрогомирецкий, И.И. Охрана окружающей среды / И.И. Дрогомирецкий, Е.Л. Кантор. – Ростов-на-Дону: ИЦ МарТ, 2010. – 394 с. 2. Константинов, В.М. Охрана природы / В.М. Константинов. – М.: Издательство: Академия, 2010. – 240 с. 3. Охрана окружающей среды в России. – М.: Росстат, 2010. – 304 с. 4. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / Ю.М. Мохонько [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 5. Родькин, О.И., Копиця, В.Н. Охрана окружающей среды / О.И. Родькин, В.Н. Копиця. – Минск: Беларусь, 2010. – 168 с. Дополнительная 1. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области. – Саратов, 2011. – 245 с. 2. Российская Федерация. Законы. Федеральный закон «Об охране окружающей среды»: [Федер. закон: принят Гос. Думой 20 дек. 2001 г.: по состоянию на 29 дек. 2010 г.]. – М.: Ось89, 2011. – 64 с. 3. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 7 Лекция 2 ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ 2.1. Экологические кризисы Экологический кризис – ситуация, которая возникает в экологических системах (биогеоценозах) в результате нарушения равновесия под воздействием стихийных природных явлений или в результате воздействия антропогенных факторов. В более широком смысле экологический кризис – критическая фаза в развитии биосферы, при которой происходит качественное обновление живого вещества (вымирание одних видов и возникновение других). В предыстории и истории человечества выделяют ряд экологических кризисов (табл. 1). Таблица 1 – Экологические кризисы в развитии биосферы и цивилизации (Н.Ф. Реймерс, 1992 г.) № Название кризиса п/п 1. Предантропогенный (аридизации) Время Причины кризиса Пути выхода из кризиса Наступление Возникновение засушливого прямоходящих периода (аридизация антропоидов климата) Недостаток Простейшие доступных биотехнические первобытному мероприятия типа человеку ресурсов (выжигание растительности для обновления экосистем) Уничтожение Переход к доступных крупных примитивному животных человеком земледелию и – охотником скотоводству Примитивный полив Переход к и сопутствующие неполивному ему истощение и (богарному) засоление почв земледелию 3 млн. лет назад 2. Обеднение ресурсов собирательства и промысла для человека 30-50 тыс. лет назад 3. Перепромысел крупных животных (кризис консументов) 10-50 тыс. лет назад 4. Кризис примитивного поливного земледелия 1,5-2,0 тыс. лет назад 5. Недостаток растительных ресурсов и продовольствия (кризис продуцентов) 150-250 лет назад Истощительное землепользование, отсталые технологии Промышленная революция, новые технологии в сельском хозяйстве 6. Глобальное загрязнение среды и угроза истощение ресурсов (кризис редуцентов) 30-50 лет назад по настоящее время Истощительное природопользование, многоотходные технологии Энергосберегающие технологии, безотходное производство, поиск экологически приемлемого решения 8 7. Глобальный термодинамический (кризис теплового загрязнения) Начался и прогнозируется 8. Глобальное исчерпание надежности экологических систем Первые признаки и прогноз Выделение в среду большого количества тепла, особенно из внутренних источников, парниковый эффект Нарушение экологического равновесия в масштабах планеты Ограничение использования энергии, предотвращение парникового эффекта Приоритет экологических ценностей перед всеми другими Современный кризис часто называют «кризисом редуцентов», поскольку природные редуценты уже не успевают очищать биосферу от антропогенных отходов или потенциально не способны это делать в силу чуждого природе характера выбрасываемых синтетических веществ – ксенобиотиков (В.М. Константинов, 2010 г.). Таким образом, биосфера потеряла способность к самовосстановлению. 2.2. Основные современные проблемы охраны окружающей среды и тенденции ее изменений. Перспективы решения глобальных экологических проблем 2. Изменения состояния окружающей среды представлены в таблице 2 (В.М. Константинов, 2010 г.). Таблица 2 – Изменение окружающей среды в 1972 – 1992 гг. и тенденции ее изменений к 2030 г. № Основные показатели Изменения Тенденции изменений в 2030 п/п в 1972 – 1992 гг. г. 1. Сокращение площадей Сокращение со скоростью 0,5-1,0 Усиление тенденций, естественных % в год на суше. К началу 1990-х приближение к полному природных экосистем гг. их сохранилось около 40 % исчезновению на суше естественных природных экосистем 2. Сокращение площадей Сокращение со скоростью от 117 Сохранение тенденции. лесов (1980) до 180-200 тыс. км2 (1989) в Сокращение площадей лесов с год; лесовосстановление относится 8 (1990) до 9-11 млн. км2 , к сведению лесов как 1:10 сокращение площадей лесов умеренного пояса 3. Опустынивание Расширение площадей пустыней Сохранение тенденции, (60 тыс. км2 в год), рост возможно увеличение темпов техногенного опустынивания, за счет уменьшения токсичных пустынь влагооборота и накопления поллютантов 4. Деградация земель Рост ускоренной эрозии (до 24 млрд. т ежегодно), снижение плодородия, накопление загрязнителей, закисление и засоление почв 9 Сохранение тенденции, рост эрозии и загрязнения почв, существенное сокращение сельскохозяйственных культур на душу населения 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Потребление первичной биологической продукции биосферы Изменение концентрации парниковых газов в атмосфере Истощение защитного озонового слоя Рост потребления: 40 % суши и до Рост потребления: 80 -85 % 25 % - глобальный суши и до 50 - 60 % глобальный Накопление поллютантов во всех средах и организмах, рост их концентраций на вершинах трофических пирамид Ухудшение качества жизни, рост числа заболеваний, связанных с загрязнением окружающей среды Рост массы и числа поллютантов, Сохранение тенденций накапливающихся в окружающей возможное их усиление среде и организмах, рост радиоактивного загрязнения среды Рост бедности, нехватка продовольствия, чистой питьевой воды, высокая детская смертность, рост заболеваний, в том числе генетических, аллергических, пандемы СПИДа, понижение иммунного статуса населения, высокий уровень аварийности Сохранений тенденций, рост нехватки продовольствия, рост заболеваний, связанных с экологическими нарушениями, появление новых болезней Перенаселение Более 6 млрд. человек Более 10 млрд. человек Рост концентрации парниковых Ускорение роста газов от десятых долей до единиц концентрации СО2 и аммиака процентов ежегодно за счет ускорения разрушения биоты Истощение озонового экрана на 1-2 Сохранение тенденции даже % в год, увеличение площадей при полном прекращении «озоновых дыр» выбросов фреонов в атмосферу Повышение уровня Подъем уровня океана на 1-2 Сохранение тенденции, океана мм/год возможно ускорение подъема до 7 мм/год Стихийные бедствия и Рост числа на 5-7- %, рост ущерба Усиление тенденции техногенные аварии на 5-10 %, рост количества жертв на 6-12 % в год Исчезновение видов Быстрое исчезновение редких Усиление тенденции по мере видов животных и растений, разрушения биосферы увеличение числа видов, находящихся на грани исчезновения Качественное Рост объемов сточных вод, Сохранение и нарастание истощение пресных вод увеличение источников тенденций загрязнений, числа и количества поллютантов Вопросы для самоконтроля 1) Что такое экологический кризис? 2) Какие экологические кризисы в истории развития человеческого общества вы знаете? 3) Назовите основные современные проблемы экологии. 4) Каковы перспективы решения глобальных экологических проблем? 10 и СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Дрогомирецкий, И.И., Кантор, Е.Л. Охрана окружающей среды / И.И. Дрогомирецкий, Е.Л. Кантор. – Ростов-на-Дону: ИЦ МарТ, 2010. – 394 с. 2. Константинов, В.М. Охрана природы / В.М. Константинов. – М.: Издательство: Академия, 2010. – 240 с. 3. Охрана окружающей среды в России. – М.: Росстат, 2010. – 304 с. 4. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 5. Родькин, О.И., Копиця, В.Н. Охрана окружающей среды / О.И. Родькин, В.Н. Копиця. – Минск: Беларусь, 2010. – 168 с. Дополнительная 1. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области. – Саратов, 2011. – 245 с. 2. Российская Федерация. Законы. Федеральный закон «Об охране окружающей среды»: [Федер. закон: принят Гос. Думой 20 дек. 2001 г.: по состоянию на 29 дек. 2010 г.]. – М.: Ось89, 2011. – 64 с. 3. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 11 Лекция 3 ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 3.1. Понятие «природные ресурсы». Классификация природных ресурсов Природные ресурсы – это объекты, условия и процессы природы, используемые или которые могут быть использованы в производстве для удовлетворения материальных, научных и культурных потребностей общества. К природным ресурсам относят воздух, воду, почву, солнечное тепло, полезные ископаемые, энергию приливов и отливов, животный и растительный мир, внутриземное тепла, силу ветра и др. Понятие «ресурс» появилось с началом развития хозяйственной деятельности человека в результате необходимости широкого и разнообразного использования природных богатств и объектов окружающей среды для приготовления орудий труда. Богатство страны природными ресурсами – важное условие для развития экономики и наоборот, их отсутствие или незначительные запасы препятствуют развитию производительных сил. Однако такая закономерность не всегда правомерна. Например, существует ряд стран, которые лишены или имеют небольшие запасы природных ресурсов, но тем не менее являются высокоразвитыми (Япония, Южная Корея, Сингапур). Существует насколько классификаций природных ресурсов: 1. по природному происхождению (минеральные, климатические, водные, земельные, почвенные, биологические); 2. по видам хозяйственного использования. В зависимости от сектора материального использования природные ресурсы подразделяются на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производства. Ресурсы промышленного производства включают в себя все виды сырья, используемого промышленностью: энергетические (горючие полезные ископаемые, гидроэнергоресурсы, ядерная энергия) и неэнергетические (ресурсы металлургии, химии и нефтехимии, лесопереработки и т.д.); 3. по признаку исчерпаемости (исчерпаемые и неисчерпаемы); 4. по доступности на данный период времени (реальные и потенциальные); 5. в зависимости от характера использования в производственной и непроизводственной сферах (минерально-сырьевые, топливно-энергетические, промышленные, сельскохозяйственные, продовольственные, оздоровительные, ландшафтно-курортные, рекреационные и др.); 6. по источникам и местонахождению (энергетические, атмосферные газовые, водные, литосферы, продуцентов, консументов, редуцентов, климатические, рекреационные, познавательно-информационные, пространства и времени) (Н.Н. Николайкин, 2004 г.). В зависимости от технического и технологического совершенства процессов извлечения и переработки природных ресурсов, экономической рентабельности, а также с учетом сведений об объемах природного сырья выделяют 2 категории природных запасов: реальные и потенциальные. Реальные (доступные) запасы – объемы природного ресурса, выявленные современными методами разведки, технически доступные и экономически рентабельные для освоения. 12 С развитием производства, ростом научной мысли и глубины научных разработок, скорости их внедрения в практику реальные ресурсы меняются. Например, энергетические ресурсы существенно изменялись в процессе совершенствования той или иной отрасли деятельности человека. На первом этапе зарождения промышленных предприятий в качестве топлива использовали китовый жир. Однако активная добыча китов начала тормозить развитие мануфактур, т.к. численность этих животных резко сократилась. Возникла необходимость замены энергетического сырья. Топливом стал лес, что привело к резкому сокращению площадей под лесной растительностью. Вырубка леса сделала этот ресурс неэкономичным. Затем последовали открытие месторождений угля и газа. На современном этапе развития общества одним из ведущих энергоресурсов является электроэнергия. Темпы роста промышленности, возникновение новых энергоемких отраслей стимулируют поиск тех энергоресурсов, которые могли бы служить человечеству бесконечно (термоядерная энергия, ветрогенераторы, солнечная энергия). Потенциальные ресурсы – ресурсы, установленные на основе теоретических расчетов и обследований, включая те, которые в настоящее время нельзя освоить по техническим или экономическим причинам (залежи бурого угля на больших глубинах, запасы пресной воды в ледниках). Например, потенциальные земельные ресурсы представлены пустынными, горными, заболоченными, засоленными территориями. Несмотря на большую потребность в пашне человечество на современном этапе не в силах освоить эти земли под сельское хозяйство, так как нужны крупные капиталовложения (для устройства дренажа на заболоченных землях). Потенциальными природными ресурсами является ряд космических ресурсов – энергия солнца, энергия морских приливов и отливов, энергия ветра и др. Например, культурные растения фиксируют в фитомассе 0,1 – 0,5 % солнечной энергии, достигающей поверхности земли. В связи с чем урожаи сельскохозяйственных культур низкие. Следовательно, основные усилия должны быть направлены на повышение коэффициента использования ФАР. Решение данной задачи возможно путем создания оптимальных условий для роста и развития растений за счет использования высокопродуктивных сортов, способов мелиорации почв, удобрений, высокого уровня земледелия, зональных технологий возделывания сельскохозяйственных культур. Все природные ресурсы конечны и условно их можно разделить на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы могут обеспечивать потребности общества в течение лишь определенного периода времени, что зависит от запасов природных ресурсов и интенсивности их использования. Самовосстановление таких ресурсов в природе невозможно. Создание человеком исчерпаемых ресурсов исключено, т.к. они возникли в результате депонирования (отложения в запас) химических элементов, которые не могли быть вовлечены природой в биогеохимический цикл. Исчерпаемые ресурсы подразделяются на невозобновимые, возобновимые и относительно возобновимые. Невозобновимые ресурсы – совершенно не восстанавливаются или восстанавливаются значительно медленнее, чем идет их использование человеком. К таким ресурсам принадлежат нефть, каменный уголь, газ и др. полезные ископаемые. Использование этих ресурсов неизбежно ведет к их истощению. Следовательно, охрана невозобновимых природных ресурсов заключается в их экономном, рациональном, комплексном использовании, которое предусматривает меньшие потери при их добыче 13 и переработке, а также заменимость этих ресурсов другими природными или искусственно созданными. Возобновимые природные ресурсы при оптимальных естественных условиях по мере использования могут постепенно восстанавливаться (растительный и животный мир, ряд минеральных ресурсов – соль, частично почва). Однако для их восстановления и расширенного воспроизводства необходимо создание определенных условий. Восстановление возобновимых природных ресурсов происходит с различной скоростью. Например, для образования 1 см гумусового слоя почвы требуется 300-600 лет, восстановления вырубленного леса – десятки лет, популяции охотничьих животных – годы. Следовательно, темпы расходования возобновимых природных ресурсов должны соответствовать темпам их восстановления, в противном случае возобновимые природные ресурсы могут стать невозобновимыми: почва – эродировать, виды растений и животных – исчезнуть. Многие природные ресурсы восстанавливаются очень медленно (лес, почва, некоторые виды животных). Такие ресурсы являются относительно возобновимыми, т.е. для их восстановления требуется несравненно больше времени, чем продолжительность человеческой жизни. Например, для восстановления лишь верхнего пахотного слоя почвы в природных условиях необходимо несколько тысяч лет. Относительно восстановим также лес больших возрастов (секвойи (1200 лет), кедр сибирский (до 300 лет)). Неисчерпаемые ресурсы: 1. космические; 2. климатические; 3. водные. Космические ресурсы (солнечная энергия, энергия морских приливов и отливов) практически неисчерпаемы, и их охрана (Солнца) не может быть предметом охраны окружающей среды, т.к. человечество не располагает такими возможностями. Однако поступление солнечной энергии на Землю зависит от состояния атмосферы, степени ее загрязненности, т.е. тех факторов, которыми человек может управлять. Климатические ресурсы – тепло и влага атмосферы, воздух, энергия ветра также практически неисчерпаемы. Однако состав атмосферы может значительно меняться в результате загрязнения ее механическими примесями, газами промышленности и транспорта, радиоактивными веществами. Водные ресурсы для биосферы в целом неисчерпаемы, но запасы и количество пресной воды в различных частях Земли могут сильно изменяться. Практически неисчерпаемыми остаются воды Мирового океана, но им угрожает существенное загрязнение нефтью, радиоактивными и другими отходами, что изменяет условия существования живых организмов (В.В. Денисов, 2004 г.). 3.2. Кадастры природных ресурсов Кадастр – систематизированный свод сведений, количественно и качественно характеризующих определенный вид природных ресурсов или явлений, в ряде случаев с экономической или социально-экономической характеристикой и оценкой изменений под влиянием преобразующей деятельности человека, с рекомендациями по рациональному использованию природных ресурсов и необходимыми мерами по их охране. 14 Кадастры: - земельный - водный - лесной - месторождений полезных ископаемых - природно-заповедных форм - Красная книга - реестр охотничьих животных - реестр рыбных запасов - реестр загрязнений. Данные кадастровой оценки применяют при планировании использования природных ресурсов, для оценки степени рациональности использования, при определении платежа за ресурс. Земельный кадастр – свод сведений о природном, хозяйственном и правовом положении земель. Ведется по единой системе. Включает данные землепользователей, учета количества и качества земель, бонитировки почв и экономической оценки земель. Приводимые данные необходимы для организации эффективного использования и охраны земель, прогнозирования изменений количественного и качественного состояния земельных ресурсов, планирования, размещения и специализации сельского хозяйства, мелиорации земель и др. Водный кадастр – систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны. Содержит данные учета вод по количественным и качественным показателям, их потреблению и использованию. Материалы водного кадастра применяются при планировании, проектировании и управлении водными объектами, находят широкое применение в прогнозировании изменений и практике охраны водных ресурсов. Лесной кадастр – содержит данные учета лесного фонда по количественным и качественным показателям, включая прямые и побочные пользования. Эти материалы необходимы при планировании и организации рационального лесопользования, при проведении других мероприятий, связанных с использованием лесов и земель лесного фонда. В последнее время остро встал вопрос о необходимости учета размещения промышленных отходов по составу и степени токсичности, а также регистрации загрязнений окружающей среды. Речь идет о создании реестра отходов. При этом объектом регистрации должны служить все опасные и потенциально опасные вещества, как производимые на территории России, так и ввозимые из-за рубежа. 3.3. Современное потребление природных ресурсов. Основы рационального использования природных ресурсов. Экологически сбалансированное потребление природных ресурсов Стремясь к улучшению условий свой жизни, человек постоянно, наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу существованию и биосферы, и самого человека. Единственный выход из этой ситуации заключается и в выработке новых систем рационального использования природных ресурсов, и в благоразумии человека. 15 Ежегодно из недр земли извлекается 100 млрд т минеральных ресурсов, включая топливные, из которых 90 млрд т превращается в отходы. Поэтому ресурсосбережение и снижение уровня загрязнения окружающей среды - две стороны одной медали. Как остановить или замедлить этот процесс истощения ресурсов? Единственная возможность - смоделировать в промышленности биосферный круговорот веществ. Нужно чтобы полезные элементы, содержащиеся в сырье, не попадали на свалки, а многократно использовались. Важными принципами рационального использования природных ресурсов являются: 1) изучение ресурсов (грамотное и бережное использование ресурсов невозможно без наличия сведений об их объеме, качестве, без прогноза последствий их изъятия из природных объектов и возможности замены их на другие); 2) организация мониторинга состояния природных ресурсов; 3) совершенствование технологий добычи, транспортировки и переработки ресурсов, предусматривающее их максимальное использование. Проектирование, строительство новых, а также модернизация уже имеющихся производств с целью сокращения использования природных ресурсов, использование альтернативных источников энергии; 4) повышение урожайности сельскохозяйственных культур на освоенных территориях, строгое соблюдение норм и назначения при использовании минеральных удобрений и пестицидов; 5) постоянный поиск новейших природоохранных технологий с обязательным проведением экологической экспертизы; 6) сокращение образования отходов производства – сточных вод, выбросов в атмосферу и твердых отходов. Использование отходов в качестве сырья для получения энергии и продукции; 7) восстановление природных объектов после техногенного воздействия – рекультивация земель, защита от эрозии почв, воспроизводство лесов и организация борьбы с лесными пожарами т.п.; 8) сохранение биологического разнообразия планеты. Организация заповедных зон, заказников, национальных парков, сокращение отлова промысловых и морских беспозвоночных, охрана и разведение редких видов растений и животных; 9) открытая демонстрация результатов природоохранной деятельности, экологическое просвещение населения; 10) совершенствование природоохранного законодательства стран и создание эффективных механизмов его реализации. Вопросы для самоконтроля 1) Дайте определение «природные ресурсы». 2) Как классифицируются природные ресурсов. 3) Какие природные ресурсы относятся к возобновимым, какие к невозобновимым? 4) Какие природные ресурсы относя к реальным, какие к потенциальным? 5) Дайте определение «кадастры природных ресурсов». 6) Какие кадастры природных ресурсов вы знаете, чем они характеризуются? 7) Назовите основные способы рационального использования природных ресурсов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16 Основная 1. Константинов, В.М. Рациональное использование природных ресурсов и охрана природы // В.М. Константинов [и др.]. – М.: Академия, 2009. – 272 с. Дополнительная 1. Агроэкология / Под. ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. – 650 с. 2. Николайкин, Н.И., Николайкина, Н.Е., Мелехова, О.П. Экология / Николайкин Н.И., Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 3. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 4. Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. 5. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 17 Лекция 4 ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 4.1. Понятия «загрязнение», «загрязнитель» Загрязнение окружающей среды – это привнесение в природную среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных, физических, химических, информационных или биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня воздействия перечисленных агентов на среду, приводящее к негативным последствиям. Загрязнитель – любой физический агент, химическое вещество или биологический вид, поступающий в окружающую среду или возникающий в ней в количестве, выходящем за рамки своей обычной концентрации, и вызывающий загрязнение среды. По своей сути загрязнение является нежелательной потерей веществ, энергии, труда и средств, используемых при добыче и заготовке сырья и материалов, которые превращаются в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере. Загрязнение становится причиной необратимого разрушения экологических систем, воздействует на глобальные физико-химические параметры среды; в результате загрязнения происходит потеря плодородных земель, падает продуктивность экологических систем; из-за загрязнения непосредственно или опосредованно ухудшается физическое и моральное состояние человека. В соответствии с материалами Международной конвенции об оценке воздействия на окружающую среду (1991) к экологически опасным отнесены следующие виды производств и объектов: - атомная промышленность (установки, предназначенные для производства обогащенного ядерного топлива, регенерации отработанного ядерного топлива или сбора, удаления и переработки радиоактивных отходов); - энергетика (атомная, гидравлические и тепловые электростанции, крупные установки для сжигания топлива); - черная и цветная металлургия (установки для доменного и мартеновского производств, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроительные и машинообрабатывающие предприятия); - нефтехимия, нефте- и газопереработка; - химическая промышленность (химические комбинаты, производство асбеста, стекла, минеральных удобрений, пестицидов и др.); - добыча полезных ископаемых (включая нефть, газ); - транспортировка нефти и газа, продуктов их переработки; - производство целлюлозы, бумаги, картона; - транспортировка, хранение, утилизация и захоронение токсичных и ядовитых отходов; - транспортировка, хранение, транспортировка и уничтожение боеприпасов, взрывчатых веществ и ракетного топлива; - крупные склады для хранения нефтяных, нефтехимических, химических продуктов и пестицидов; - строительство дорог, автострад, трасс для железных дорог дальнего сообщения, аэропортов с длиной посадочной полосы более 2 км; - сельскохозяйственные объекты; 18 - крупные водозаборы поверхностных и подземных вод; - крупные плотины и водохранилища, вырубка лесов на больших площадях; - легкая промышленность (фабрики по очистке, отбеливанию шерсти, кожевенные заводы, красильные фабрики). 4.2. Классификация загрязнений. Понятие о фоновом, региональном и локальном загрязнении. Природные и антропогенные (биологические, механические, микробиологические, физические, химические) загрязнения Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений: 1. ингредиентное загрязнение, или внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным биогеоценозам: продукты сгорания ископаемого топлива, отходы химических производств, шахтные отвалы и терриконы, отходы металлургии, пестициды и удобрения, аварийные сбросы в акваториях, нефтедобыча и нефтепереработка, бытовые стоки и мусор, микробиологические препараты, отходы пищевой промышленности, отходы животноводческих ферм; 2. параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, световое, радиоактивное, электромагнитное, информационное); 3. биоценотическое загрязнение, которое заключается в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биоценоз: комплексный фактор беспокойства, нарушение баланса популяции, случайная и направленная интродукция, и акклиматизация видов, нерегулируемый сбор, отлов, отстрел, браконьерство, перепромысел; 4. стациально-деструкционное загрязнение (стация – место обитания популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах человека: вырубка лесных насаждений, зарегулирование водотоков, карьерная разработка ископаемых, дорожное строительство, эрозия почв, осушение земель, урбанизация, лесные и степные пожары и др. Загрязнения окружающей среды по происхождению подразделяются на: 1. природные, вызванные какими-либо естественными явлениями, обычно катастрофическими (наводнения, извержения вулканов, селевые потоки, лесные пожары и др.); 2. антропогенные, возникающие в результате хозяйственной деятельности человека: а) биологическое, включающее микробиологическое (вирусы, бактерии) и макробиологическое (животными и растениями, случайно или ошибочно интродуцированными в новые экосистемы); б) механическое – засорение среды агентами, оказывающими механическое воздействие без физико-химических последствий; в) химическое (ингредиентное) – изменение естественных свойств среды, в результате которого повышается или понижается колебание количества каких-либо веществ за рассматриваемый период времени, или проникновение в среду веществ, нормально отсутствующих в ней или находящихся в концентрациях, превышающих ПДК; 19 г) радиоактивное, связанное с повышением естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ; д) физическое (параметрическое) – изменение естественного физического состояния среды: - шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума сверх природного уровня; - тепловое, возникающее в результате повышения температуры среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, воды; - световое – нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света, приводящее к аномалиям в жизни растений и животных; - электромагнитное, появляющееся в результате изменения электромагнитных свойств среды, приводящее к глобальным и местным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах. По масштабам воздействия различают загрязнение: 1. локальное – характерно для городов, крупных промышленных и транспортных предприятий, районов добычи полезных ископаемых, животноводческих комплексов; 2. региональное – охватывает значительные территории и акватории как результат влияния крупных промышленных районов; 3. глобальное – распространяется на большие расстояния от места возникновения и оказывает неблагоприятное воздействие на крупные регионы, вплоть до общепланетарного влияния. Для определения загрязнения окружающей среды используют химические, физические, физико-химические и биологические методы оценки. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите основные источники поступления загрязняющих веществ в окружающую среду. 2. Каковы масштабы загрязнения окружающей среды? 3. Какова специфика техногенных продуктов? 4. Назовите искусственные и естественные загрязнители окружающей среды. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Голицын, А.Н. Промышленная экология и мониторинг загрязнения природной среды: учебник / А.Н. Голицын. - М.: Оникс, 2007, - 336 с. 2. Калыгин, В.Г. Промышленная экология: учеб. пособие. – М.: Академия, 2010. – 432 с. Дополнительная 1. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области. – Саратов, 2011. – 245 с. 2. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 3. Майстренко, Н.А. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей. – М.: Физматлит, 2007. – 323 с. 4. Региональное природопользование: методы изучения, оценки и управления / Под ред. П.Я. Бакланова. - М.: Логос, 2003. - 160 с. 20 5. Сидоренко, С.Н. Черных Н.А. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере / С.Н. Сидоренко, Н.А. Черных. - М.: Изд-во РУДН, - 2003. - 430 с. 21 Лекция 5 ОХРАНА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА 5.1. Строение и газовый состав атмосферы. Источники загрязнения и основные загрязнители Источники загрязнения атмосферы подразделяются на естественные (природные) и искусственные (антропогенные). Естественные (извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары) мало влияют на общий уровень загрязнения. Наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются антропогенные. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу более 15 млрд. тонн СО2, 200 млн. тонн СО, более 500 млн. тонн углеводородов, 120 млн. тонн золы, более 160 млн. тонн оксидов серы и 110 млн. тонн оксидов азота и др. Общий объем выбросов загрязняющих веществ составляет более 19 млрд. тонн. Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно после химических превращений в атмосфере либо совместно с другими веществами. Из всей массы загрязняющих веществ, которые поступают в атмосферу от антропогенных источников, 90% составляют газообразные вещества (оксиды азота, серы, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов), 10% - твердые и жидкие вещества. Таблица 1 – Основные источники загрязнения атмосферного воздуха (И.Б. Хомченко, 1997) Отрасли промышленности Теплоэнергетика Транспорт Химическая промышленность Металлургия Промышленность строительных материалов Аэрозоли Газообразные выбросы Зола, сажа (Pb, Mo, Ve, Li, Ni, Cu, Zn, Sn, Hg, N2O5), радионуклиды Сажа (Pb) Пыль, сажа (Mo, Ni, Cu, Zn, Sn, Hg, Sb, Co, Bi, W, Cd) Пыль, оксиды железа, марганца, цинка, свинца, молибдена NO2, CO2, CO, NO, SO3, альдегид, бенз(а)пирен, органические кислоты Пыль (Zn, Bi, Mo, Ca, Ba) бенз(а)пирен, NO2, CO, NO2, CxHy H2S, CS2, CO, NH3, кислоты, растворители, летучие сульфаты фтористые соединения, NOx, CO, NH3, NO, SO2, бенз(а)пирен, цианистые соединения, органические вещества CO, органические соединения Тепловые электростанции и теплоцентрали, сжигающие органическое ископаемое топливо, относятся к наиболее мощным источникам выбросов вредных веществ в атмосферу. Согласно данным Минприроды РФ в 1995 году общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу ТЭС составил 4474 тысяч тонн (твердых веществ – 1349, диоксида серы – 1913,5, оксидов азота – 1045, оксида углерода – 124 тысяч тонн), или 89% общего выброса по энергетической промышленности. Автомобильный транспорт выделяет 60% газообразных загрязнителей воздуха. В состав выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей входит до 200 22 химических соединений, из которых наиболее токсичны Pb, COx, NOx, CxHy, бенз(а)пирен. В выхлопных газах содержится большое количество углеводородов, их доля резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости при старте. При сжигании 1 л бензина в воздух поступает 200-700 мг свинца. Содержание вредных веществ в составе отработавших газов зависит от типа двигателя, режима его работы, общетехнического состояния автомобиля, марки бензина. Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу пыли и различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 тонну чугуна составляет 4,5 кг, СО2 – 2,7 кг и Mn – 0,5-1,0 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу в небольших количествах выбрасываются также соединения As, P, Sb, Pb, пары Hg и редких металлов, HCN и смолистые вещества. Цветная металлургия. Служит источником загрязнения атмосферы пылью и газами. Выбросы предприятий цветной металлургии содержат токсичные вещества As, Pb и др. При получении металлов электролизом образуется большое количество газообразных и фтористых соединений. Выброс вредных веществ по отрасли составляет 3692,2 тысяч тонн или 20,4% от объема выбросов промышленности России в год. Угольная промышленность. Источником загрязнения являются промышленные отвалы пустой породы (терриконы). Внутри террикона вследствие самовозгорания длительное время идет горение угля и пирита, сопровождающееся выделением SO2, СО и продуктов возгорания смолистых веществ (бенз(а)пирен). Химическая промышленность. Состав промышленных выбросов весьма разнообразен. Большинство химических соединений является весьма токсичными для организма человека: CO, NO2, SO2, NH3, пыль и другие неорганические вещества, H2S, соединения галогенов, органические вещества, цианистые соединения. Промышленность строительных материалов. Валовый выброс вредных веществ в атмосферу в целом по отрасли составляет 674,2 тысяч тонн в год. При этом наибольший «вклад» вносят цементные предприятия – 273 тысяч тонн, или 40,5%. В выбросах в основном содержатся пыль и взвешенные вещества (54% от суммарного выброса по отрасли), а также оксид углерода (23,3%). Основными ингредиентами загрязнения атмосферы являются оксиды углерода (СО), азота (NOх) и серы (SOх), углеводороды (СnHm) и взвешенные частицы (пыль). Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов и аэрозолей, могут оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные аэрозоли); физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в литосферу и гидросферу; включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и др.); уменьшать свое агрегатное состояние (конденсироваться, испаряться, кристаллизоваться и т.п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха; находиться в атмосфере относительно длительное время, переносясь циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в различные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их химической или физической трансформации (например, фреоны). В результате антропогенного воздействия на атмосферу возникают: 1. локальная и региональная загазованность приземного слоя; 2. трансграничный перенос загрязнений на значительные расстояния; 23 3. различные глобальные (общепланетарные) эффекты («парниковый эффект», разрушение озонового слоя); 4. загрязнение литосферы и гидросферы как результат процессов естественного самоочищения атмосферы. 5.2. Отрицательное влияние загрязненного воздуха на природные комплексы и их компоненты, на человека. Глобальные последствия загрязнения атмосферы (кислотные дожди, разрушение озонового слоя, парниковый эффект и др.). К настоящему времени деятельность человека настолько сильно повлияла на состав атмосферного воздуха, что привела к созданию парникового эффекта, то есть к увеличению содержания в нем парниковых газов. Эти газы, будучи прозрачными, для коротковолновых солнечных лучей, плохо пропускают длинноволновые излучения, уходящие обратно в космическое пространство. В результате нижний слой атмосферы и поверхность Земли нагреваются. Основной газ, создающий парниковый эффект, - диоксид углероды (СО2), содержание которого за последние 150 лет резко возросло. Причинами роста концентрации СО2 в атмосфере является выброс диоксида углерода промышленными предприятиями, работающими на углеводородном сырье (топливе), а также снижение интенсивности его поглощения биотой наземных экосистем (лесами). Другим газом, создающим парниковый эффект на планете, является метан (СН4). Основная природная причина образования метана - деятельность особых бактерий, разлагающих в анаэробных условиях (без доступа кислорода) углеводы. Это происходит прежде всего на болотах и в пищеварительном тракте животных. Метан образуется в кучах компоста, на свалках, рисовых полях и при добыче ископаемого топлива. К парниковым газам помимо СО2 и СН4 относятся хлорфторуглеводороды (фреоны) и их заменители, гемооксид азота и гексафторид серы. Парниковый эффект также создается парами воды, однако их содержание в атмосфере определяется прежде всего процессами общепланетарного круговорота воды, которые современным человеком не могут регулироваться. Количество СО2 в атмосфере при современных темпах потребления человеком ископаемого топлива удваивается каждые 23 года, что может привести к потеплению климата на 10С к 2025 году и на 20С к концу начавшегося столетия. Из-за инерционности глобальных процессов потепление продолжится еще несколько десятилетий даже при стабилизации содержания парниковых газов в атмосфере. На основании расчетов был сделан вывод, что если не принять меры по прекращению выбросов парниковых газов, то уровень моря поднимется примерно на 200 мм к 2030 г. и на 600-1000 мм к концу столетия. Это произойдет в результате увеличения объема воды из-за нагрева и таяния ледников. Повышение уровня моря на 300-500 мм вызовет серьезные проблемы в странах, расположенных в низменных районах и в ряде крупных городов (Амстердам, Венеция, Рио-де-Жанейро, Санкт-Петербург). Дальнейший подъем моря (на 1 м и выше современного) затронет человеческое общество значительно сильнее: море затопит арабские страны, около 15 % площади Египта, до 4 % урожайных земель Бангладеш, засолит пресноводные прибрежные акватории и загрязнит воду в системах водоснабжения у берегов. 24 По прогнозам ученых, общее потепление во много раз превысит адаптационные способности многих природных сообществ. Парниковый эффект может привести к быстрой гибели лесов и отдельных видов животных, смещению географических зон (к сокращению территорий, пригодных для жизни растений, животных и людей). Разрушение озонового слоя. Озон является одним из важных компонентов биосферы. Благодаря ему смертельная ультрафиолетовая солнечная радиация в слое между 15 и 40 км над земной поверхностью ослабляет примерно в 6500 раз. Значительные отклонения от средних величин концентрации озона впервые были отмечены в начале 80-х годов прошлого века. Тогда над южным полюсом резко увеличилась озоновая дыра (область с пониженным содержанием озона). По современным данным, озоновая дыра существовала практически всегда, то исчезая в соответствии с сезонными изменениями в состоянии атмосферы. В начале 80-х годов прошлого века было установлено, что произошли серьезные изменения в динамике этого явления – «дыра» перестала восстанавливаться до исходного состояния. Таким образом, природные колебания концентрации озона в стратосфере усложнились из-за антропогенного воздействия. Осенью 1985 г. содержание озона снизилось относительно среднего на 40 %. Уменьшение «толщины» озонового слоя приводит к изменению количества ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли, нарушению теплового баланса. Установлено, что увеличение доли ультрафиолетового излучения на 1 % приводит к росту раковых заболеваний на 2 %. Феномен антарктической «озоновой дыры» по одной из теорий объясняется воздействием хлорфторуглеродов (фреонов) антропогенного происхождения. Измерения показали почти двухкратное превышение фоновых концентраций хлорсодержащих частиц в зоне антарктической «дыры» и наличие в весенние месяцы в стратосфере над Антарктидой областей почти без озона. Природной причиной разрушения озонового слоя является хлорметан (СН3Cl) – продукт жизнедеятельности организмов в океане и лесных пожаров на суши. Кроме того, зона стратосферы, где находится озоновый слой, подвергается воздействию ракетной техники. Новые проблемы возникают при изменении ракетоносителей, в первую очередь на твердом топливе, т.к. оно содержит много соединений хлора и азота. Согласно оценкам экспертов Всемирной метеорологической организации, при уровне поступления фреонов в атмосферу в начале 90-х годов прошлого века, концентрация озона в стратосфере через 15-20 лет должна уменьшиться на 17 %, после чего стабилизироваться. При этом климат у поверхности Земли изменится незначительно, а уровень ультрафиолетового излучения – возрастет на треть. Кислотные осадки. При нормальном природном составе воздуха обычная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН 5,5-5,6). Однако физический захват (прилипание с возможным последующим растворением, адсорбция или абсорбция) оседающими частицами воды (осадками) различных химических веществ, присутствующих в атмосферном воздухе в избыточном количестве (преимущественно вследствие антропогенного происхождения), часто приводит к увеличению кислотности, т.е. образованию так называемых «кислотных» осадков – дождя, тумана, росы, града, снега. Основная причина образования и выпадения кислотных осадков – наличие в атмосфере оксидов серы и азота, хлористого водорода и иных кислотообразующих соединений. 25 Антропогенные выбросы соединений серы и азота характерны практически для любого вида индустриальной деятельности. Основной источник оксидов серы – современная энергетика, а для оксидов азота – также и транспорт. Кислотные осадки ускоряют процессы коррозии металлов, разрушения зданий, сооружений. В промышленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельских районах. Многочисленны примеры начавшегося с середины ХХ в. разрушения памятников природы и культуры, изготовленных из природных минералов (мрамора, известняка и других, имеющих в своем составе CaCO3 и MgCO3). Кислотные осадки представляют для человека опасность как при косвенном воздействии (путем изменения объектов окружающей среды), так и при непосредственном контакте. В середине ХХ в. произошла одна из первых массовых экологических трагедий, истинная причина которой была достоверно зафиксирована. В Лондоне около 4 тысяч человек погибло от смога – смеси тумана с дымом (от англ. smoke-дым, fog-туман). Это наиболее крупная из известных до тех пор катастроф, связанных с загрязнением воздуха. 5 декабря 1952 г. почти над всей Англией возникла и сохранялась несколько дней подряд зона высокого давления и безветрия, сопровождающаяся густым туманом. В результате в воздухе возникла температурная инверсия, нарушившая нормальную вертикальную циркуляцию в атмосфере. Туман сам по себе для организма человека не опасен. Однако в условиях города при постоянном поступлении дыма в приземные слои атмосферы в них скопилось несколько сотен тонн сажи и вредных для дыхания человека веществ, главным из которых является сернистый газ. Лондонский (влажный) смог – это сочетание газообразных и твердых примесей с туманом – результат сжигания большого количества угля (или мазута) при высокой влажности атмосферного воздуха. Английские специалисты зафиксировали, что концентрация диоксида серы в те дни достигала 5-10 мг/м3 и выше при ПДК этого вещества в воздухе населенных мест 0,5 мг/м3 (максимально разовое значение) и 0,05 мг/м3 (среднесуточное). Смертность в Лондоне резко возросла в первый же день катастрофы: прежде других умирали горожане старше 50 лет; люди, страдающие заболеваниями легких и сердца, а также дети в возрасте до 1 года. Действие кислотных осадков. Излишнее количество кислоты в почве ведет к ее закислению, нарушает биологическое равновесие. Кроме того, кислотами из почвы выщелачиваются тяжелые металлы, которые далее усваиваются растениями. Кислотные осадки вызывают летальные последствия для жизни в реках и водоемах. Многие озера Скандинавии и восточной части Северной Америки оказались настолько закислены, что в них рыба не может не только нереститься, но и просто выжить. Наиболее опасно подкисление океанических мелководий, ведущее к невозможности размножения многих морских беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых цепей и глубоко нарушить экологическое равновесие в Мировом океане. Значительный ущерб от кислотных осадков наблюдается в лесах с глинистыми и алюмосиликатными почвами, из которых кислые воды вымывают ионы алюминия. Последние уничтожают полезные почвенные бактерии, через корневую систему поступают в древесину и далее действуют как клеточные яды. Установлено, что кислые осадки повреждают растительность. Первоначально снижается продуктивность лесов (прирост биомассы, что фиксируется по уменьшению 26 размеров годичных колец на срезе ствола), а потом леса начинают гибнуть. Наиболее чувствительны хвойные породы деревьев. Фотохимический (сухой) смог формируется в атмосфере под действием солнечного света при отсутствии ветра и низкой влажности воздуха из компонентов, характерных для выхлопных газов автомобилей. Впервые этот смог был зафиксирован в 1944 г. в Лос-Анжелесе, когда в результате большого скопления автомобилей была парализована жизнь одного из крупных городов США. В процессе фотохимических реакций образуются соединения, вызывающие увядание и гибель растений, сильно раздражающие слизистые оболочки дыхательных путей и глаз. Смог ЛосАнжелевского типа усиливает коррозию металлов, разрушение строительных конструкций, резины и других материалов. Окислительный характер такому смогу придают озон и другие образующиеся в нем вещества. Исследования, проведенные в 50-х годах XX в. в Лос-Анджелесе, показали, что увеличение концентрации озона связано с характерным изменением относительного содержания NO2 и NO. Тяжелые металлы. В атмосферу в виде твердых аэрозолей попадают металлы, в том числе токсичные – ртуть, свинец, кадмий, а также их соединения. Аэрозоли образуются при сжигании угля, нефти, торфа и других горючих ископаемых, а также из дыма плавильных печей при производстве сталей и сплавов цветных металлов. В результате антропогенной деятельности в атмосферу поступает во много раз больше золота, кадмия, свинца, олова, селена, теллура и других металлов, чем из других природных источников. Например, выброс ртути в ходе деятельности человека составляет около ⅓ всех естественных поступлений этого металла в атмосферу. Оттуда ртуть выпадает на сушу и с поверхностным стоком поступает в водоемы. Под действием бактерий происходит алкилирование ртути, и она становится еще более токсичной, чем в ионной форме. Подобные превращения характерны для металлов и неметаллов (мышьяк, свинец, олово, таллий, селен, кадмий, золото). В алкилированной форме металлы губительны даже в количестве нескольких нанограмм. Городская пыль содержит около 1 % свинца, дождь и снег до 300 мг/дм3. Ежегодно житель города поглощает 45 мкг свинца. Токсическое действие свинца связано с его способностью замещать кальций в костях и нервных волокнах. Серьезную опасность представляет загрязнение воздуха кадмием, антропогенный выброс которого в атмосферу (7000 т/год) намного больше его поступления из природных источников (850 т/год). В дождевой воде кадмия может содержаться до 50 мкг/дм3. Ежегодно в организм взрослого человека поступает до 50 мкг кадмия, хотя задерживается не более 2 мкг/сутки, а остальное выводится. Хроническое воздействие даже незначительных концентраций кадмия ведет к заболеваниям нервной системы и костных тканей, нарушению ферментативного обмена, дезорганизации работы почек. 5.3. Мероприятия по охране атмосферного воздуха. Мониторинг и контроль за качеством атмосферного воздуха Мероприятия, направленные на предупреждение загрязнения атмосферного воздуха и снижение вредных примесей в нем, можно объединить в три группы: 1. Улучшение существующих и внедрение новых технологических процессов, исключающих выделение опасных веществ в самом источнике их образования. 2. Улучшение качества топлива, аппаратов, карбюрации и снижение или устранение выбросов в атмосферу с помощью очистных сооружений. 27 3. Предотвращение загрязнения атмосферы рациональным размещением источников вредных выбросов и расширением площадей зеленых насаждений. В комплексе мероприятий по борьбе с загрязнением атмосферы важное место принадлежит совершенствованию технологий производственных процессов и двигателей, герметизации оборудования, очистке дымовых и вентиляционных газов, разработке более эффективных способ сжигания топлива, замене твердого и жидкого топлива природным газом, созданию новых типов двигателей для автомобилей. Основной путь снижения загазованности воздуха – совершенствование газопылеулавливающих фильтров. Важную роль в уменьшении загрязнения атмосферного воздуха играет правильное зонирование территории (устройство санитарно-защитных зон). В соответствии с этим предприятия располагают на возвышенности и с подветренной стороны жилых массивов. Зону между ними не менее, чем на 40% озеленяют растениями, устойчивыми к вредным веществам. Ширина зеленых зон в зависимости от вредоносности выбросов и степени их очистки в технологическом процессе может быть 1000, 500, 300 и 50 м. Установлено, что при наличии санитарно-защитных зон запыленность воздуха на расстоянии 105 км снижается в 2, а на загрязнение диоксидом серы – в 3 раза. Все предприятия, загрязняющие атмосферный воздух, необходимо выводить за пределы городской черты. Категорически запрещается размещение вблизи друг друга предприятий разного профиля, т.к. их выбросы способны вступать в фотохимические реакции с образованием еще более опасных веществ. Для снижения загрязнения воздуха автотранспортом большее значение имеет планировка улиц и организация автомобильного движения по принципу «зеленой волны», которая способствует безостановочному движению потока машин по городским магистралям. Важное значение в борьбе с загрязнениями атмосферы принадлежит электрификации, газификации и теплофикации. Самый лучший способ очистки загрязненного воздуха и утилизации – фотосинтез. Именно зеленые растения обеспечивают чистоту воздуха. Однако следует отметить, что при сильной ее загазованности интенсивность фотосинтеза заметно снижается. Установлено, что за четырехрядной плотной посадкой древесных насаждений концентрация оксида углерода в 2-3 раза ниже, чем за одно- двухрядными насаждениями с несомкнутыми кронами и без кустарника. Основная масса выбросов оседает на расстоянии 300-500 м от источника их образования. В этих случаях растения претерпевают значительные скрытые и видимые изменения: скручиваются листовые пластинки, преждевременно высыхают, опадают листья, хвоя. Поэтому плотность насаждений в зоне действия источника загрязнения должна быть высокой. Максимальное количество вредных выбросов наблюдается в зимнее время, в связи с чем необходимо увеличивать площади зеленых насаждений хвойных пород, выполняющих фильтрационные функции в течение года. Государственный мониторинг состояния атмосферного воздуха проводит Российская служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Государственный контроль за охраной атмосферного воздуха осуществляет Министерство природных ресурсов и экологии РФ и его территориальные органы. Государственный контроль должен обеспечить соблюдение условий, установленных разрешениями на выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; стандартов, нормативов, правил и иных требований охраны атмосферного воздуха; соблюдение режимов санитарно-защитных зон объектов, имеющих стационарные источники 28 выбросов вредных веществ в атмосферу; выполнение федеральных и региональных программ охраны атмосферного воздуха, а также соответствующих программ субъектов РФ; выполнение иных требований законодательства РФ в области охраны атмосферного воздуха. Вопросы для самоконтроля 1) Каков состав атмосферного воздуха? 2) Каковы естественные источники загрязнения атмосферы? 3) Какие вы знаете искусственные и источники загрязнения атмосферного воздуха? 4) Каковы причины повышенного загрязнения атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах? 5) Назовите основные источники загрязнения атмосферного воздуха. 6) Назовите основные мероприятия, направленные на снижение загрязнения атмосферного воздуха. 7) Как осуществляется мониторинг за загрязнением атмосферного воздуха? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Константинов, В.М. Рациональное использование природных ресурсов и охрана природы // В.М. Константинов [и др.]. – М.: Академия, 2009. – 272 с. Дополнительная 1. Агроэкология / Под. ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. – 650 с. 2. Николайкин, Н.И., Николайкина, Н.Е., Мелехова, О.П. Экология / Николайкин Н.И., Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 3. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 4. Российская Федерация. Законы. Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха»: [Федер. закон: принят Гос. Думой 2 апр. 1999 г.: по состоянию на 21 нояб. 2011 г.]. – М.: Ось89, 2011. – 32 с. 5. Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. 6. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 29 Лекция 6 ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ 6.1. Значение водных ресурсов. Водные ресурсы мира и РФ. Проблемы роста потребления пресной воды Вода играет исключительно важную роль в природе. Она создает благоприятные условия для жизни растений, животных, микроорганизмов. Для огромной массы организмов вода является средой обитания. Уникальные свойства воды представляют неповторимую ценность для жизнедеятельности организмов. Аномально высокая удельная теплоемкость воды благоприятствует аккумуляции колоссального количества тепла, способствует медленному нагреванию и охлаждению. Обитающие в воде организмы защищены от резких колебаний температуры и состава, так как постоянно приспосабливаются к медленным ритмическим колебаниям (суточным, сезонным, годичным и т.д.). Вода оказывает смягчающее влияние на погодно-климатические условия. Она постоянно перемещается во всех сферах Земли на большие расстояния. Циркуляция воды в океане (морские течения) приводит к планетарному тепло- и влагообмену. Известна роль воды как мощного геологического фактора (размыв и разрушение горных пород, эрозия почв, перенос и отложение веществ). Вода – единственный источник кислорода, выделяемого в атмосферу при фотосинтезе. Она необходима для биохимических и физиологических процессов, происходящих в атмосфере. Велика роль воды в жизнеобеспечении человека. Она используется им непосредственно для питья и хозяйственных нужд, как средство передвижения и сырье для получения промышленных и сельскохозяйственных продуктов, имеет рекреационное значение, огромна ее эстетическая значимость. Вода – это источник дешевой электроэнергии (В.М. Константинов, 2009). Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши, а объем воды на Земле составляет 1,5·109 км3, более 95% воды – соленая. Мировой океан занимает площадь 361 млн. км2 или 70,8% поверхности Земли. При средней глубине океана в 3800 м общий объем воды достигает 1370 млн. км3. При расчете ресурсов подземных вод полагают, что в мантии Земли содержится 0,5% воды, запасы которой равны примерно 13-15 млрд. км3 воды. Возможный приток глубинных вод в земную кору и на поверхность планеты составляет в среднем 1 км3 в год. Объем свободной воды в земной коре (подземные воды) В.И. Вернадский оценивал в 60 млн. км3. Россия омывается водами 12 морей, принадлежащих трем океанам. На территории РФ находится свыше 2,5 млн. больших и малых рек, более 2 млн. озер. Водные ресурсы России слагаются из статических (вековых) и возобновляемых. Первые считаются относительно постоянными в течение длительного времени, возобновляемые оцениваются объемом годового стока рек. Речной сток формируется за счет таяния снега и дождевых осадков, источниками питания рек служат болота и подземные воды. По территории РФ протекает свыше 120 тыс. рек длиной более 10 км и общей протяженностью свыше 2,3 млн. км. Около 90% годового речного стока России приходится на бассейны Северного Ледовитого и тихого океанов и лишь 8% - на 30 бассейны Каспийского и Азовского морей. Однако именно в бассейнах этих морей проживает более 80% населения России, сосредоточена основная часть хозяйственной инфраструктуры. Пресные воды составляют незначительную (около 2 % гидросферы) долю от общих запасов воды в природе. Ресурсы пресной воды распределены крайне неравномерно. В этой связи возникает проблема недостатка пресной воды. Она усугубляется все возрастающими объемами ее использования. В настоящее время потребление воды в народном хозяйстве (в количественном отношении) превышает суммарное применение всех природных ресурсов, так как производство в основных отраслях промышленности затрачивает основное количество пресной воды. Например, для переработки 1 т нефти необходимо затратить около 60 т воды, для изготовления 1 т тканевой продукции – 1100 т, синтетического волокна – до 5000 т воды. Для выращивания и получения 1 т зерна пшеницы затрачивается 2 т, риса – свыше 25 т воды. Вода превращается в самое драгоценное сырье, заменить которое невозможно. Запасы и доступность водных ресурсов диктуют размещение новых производств, а проблема водоснабжения становится одной из важнейших в жизни и развитии человеческого общества. Проблема недостатка пресной воды возникает по нескольким причинам: неравномерное распределение воды во времени и пространстве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транспортировке и использовании, ухудшение качества воды и ее загрязнение. К антропогенным причинам истощения и загрязнения пресной воды относятся следующие: 1. отбор поверхностных и подземных вод; 2. водоотлив из шахт и штолен; 3. разработка месторождений; 4. урбанизация – жилая застройка, энергетические объекты (АЭС, ТЭЦ). Сильно загрязняют пресные воды предприятия промышленности: химической, целлюлозно-бумажной, черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей, строительных материалов, машиностроительной. Загрязнения в водоемы поступают при строительстве котлованов, тоннелей, метро, гидротехнических сооружений, при дренажных работах. Загрязняют воду транспорт (автомобильный, железнодорожный, водный, воздушный), водо-, тепло-, газокоммуникации, канализация, ЛЭП. Важнейшим загрязнителем воды является сельскохозяйственное производство: земледелие, мелиорация земель, животноводство. Опасность загрязнения пресных вод связана со складированием сырья, бытовых, промышленных и радиоактивных отходов, минеральных удобрений, пестицидов, нефтепродуктов. Загрязнение вод отмечается при закачке в недра газов и жидкостей, заводнении нефтяных залежей, захоронении высокотоксичных отходов, при испытании и ликвидации ядерного, химического и других видов оружия, в результате проведения военных учений. Происходит изменение количества и качества пресной воды во времени. Рост потребления пресной воды населением на планете составляет 0,5-2,0 % в год. В начале следующего столетия общий водосбор ожидается в объеме 12-24 тыс. км3. Потребление воды увеличивается с ростом благосостояния. Это хорошо видно на следующем примере. Потребление воды одним городским жителем южных районов России равно: в доме без канализации 75, в доме с канализацией 120, с газовым водонагреванием 210 и со всеми удобствами 275 л/сутки. Для города в средней полосе 31 России норма потребления воды согласно «Нормам хозяйственного потребления для населенных пунктов» (СНиП-II.31-74) составляет: в домах без ванн 125-160, с ваннами и нагревателями 160-230 и при централизованном горячем водоснабжении 250-350 л/сутки. Потери пресной воды растут с увеличением ее потребления на душу населения и связаны с использованием воды на хозяйственные нужды. Чаще всего это объясняется несовершенством технологии промышленного, сельскохозяйственного производства и коммунальных служб. Потери воды из водонесущих коммуникаций в городах России равняется 30-35 %. В городах областного значения потери воды составляют примерно10-15 млн т в год и удваиваются через каждые 5 лет. Большие потери пресных воды происходят при разработке месторождений полезных ископаемых, при строительном осушении городских территорий. Потери воды во многом связаны с недостаточным знанием природных условий (геолого-литологических, гидрогеологических, климатических, метеорологических, биологических свойств), внутренних закономерностей и механизмов развития экосистем. При создании водохранилищ не всегда учитываются повышение фильтрации в их борта и увеличение испарения. Создание каскада прудов на реках наносит ущерб речному стоку. Осушение болот ведет к уменьшению запасов подземных вод, нарушает веками установившийся баланс влаги и ее циркуляцию, изменяет видовой состав биоценозов. Строительство и использование каналов способствует резкому засолению почв, заболачиванию и огромным потерям пресной воды. Ухудшение качества воды обусловлено поступлением продуктов жизнедеятельности человека как непосредственно в воду рек, так и через атмосферу и почвы. Загрязнение воды, ухудшение ее качества происходит постоянно. Это объясняется соприкосновением с водой и переносом различных веществ. Изменения носят циклический, реже спонтанный характер: они связаны с извержениями вулканов, землятресениями, цунами, наводнениями и другими катастрофическими явлениями. В антропогенных условиях такие изменения имеют однонаправленный характер: инородные вещества, попавшие в воду, накапливаются в ней, ухудшая ее органолептические свойства. Загрязнение воды происходит, когда количество содержащихся в ней инородных соединений, особенно тех, которые оказывают неблагоприятное влияние на человека, животных и растения, достигает критических значений. 6.2. Загрязнение мирового океана, внутренних водоемов и грунтовых вод. Основные виды и источники загрязнения. Проблемы охраны малых рек. Влияние загрязнения вод на человека, животных, растения, качество сельскохозяйственной продукции Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение их физических свойств (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); химического состава воды; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических соединений; появление новых бактерий, в том числе болезнетворных. 32 На качественный и количественный состав вод в водоемах оказывает влияние: миграция химических загрязнений из атмосферы; поступление загрязняющих веществ в водоемы с бытовыми, промышленными и сельскохозяйственными стоками; поверхностный сток (дождевые, талые воды). Основные виды загрязнений: физическое; химическое (наличие хлоридов, сульфатов, нитратов, ионов тяжелых металлов, растворенного сероводорода и других газов); органическое; биологическое и бактериальное; радиоактивное; тепловое; механическое (песок, глинистые частицы, частицы руды и др.). Суммарный объем загрязняющих сточных вод, выбрасываемых в поверхностные водные объекты России, распределяется между жилищно-коммунальным хозяйством (51%), промышленностью (35%) и сельским хозяйством (13%). О масштабах загрязнения поверхностных вод некоторыми отраслями промышленности говорят следующие цифры. Электроэнергетика – крупнейший потребитель пресной и морской воды. Водохранилища, возникающие в результате сооружения плотин гидроэлектростанций, помимо положительного эффекта оказывают и отрицательное воздействие на природную среду (затопление земель и населенных пунктов, засоление или заболачивание почв, затопление и разложение наземной растительности, развитие новых видов водной флоры и фауны). В нефтеперерабатывающей промышленности сброс загрязненных сточных вод в водоемы составляет 31,1 млн. м3, большая часть (80%) сбрасывается недостаточно очищенными. Серьезный ущерб окружающей среде наносит разлив нефти вследствие прорывов трубопроводов. Доля нефтеперерабатывающей промышленности в общепромышленном сбросе сточных вод равна 4%. Предприятия черной металлургии сбрасывают 757,7 млн. м3 загрязненных сточных вод, цветной металлургии – 529 млн. м3, угольной промышленности – 740,2 млн. м3. Защита водных объектов от истощения и загрязнения вредными веществами предусматривает комплекс мер: 1. разработку соответствующих законодательных актов; 2. организацию мониторинга водных объектов; 3. охрану поверхностных и подземных вод, включая очистку промышленных и бытовых стоков; 4. подготовку воды, используемой для питьевых и хозяйственных целей; 5. государственный контроль за использованием и охраной водных ресурсов. Водное законодательство включает Водный кодекс РФ и принимаемые в соответствии с ними законы и иные нормативные правовые акты. Целью водного законодательства является регулирование отношений в области использования и охраны водных объектов. При этом использование водных объектов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения является приоритетным. Для данного вида водоснабжения необходимо применять защищенные от засорения и загрязнения поверхностные и подземные воды. На всех водопользователей в законодательном порядке возлагается обязанность сокращать изъятие и потери воды, не допускать засорения, истощения и загрязнения водных объектов. Запрещен сброс сточных вод в водные объекты, если последние отнесены к особо охраняемым, содержат природные лечебные ресурсы, находятся в местах массового отдыха населения или курортных зонах, а также в местах нереста и зимовки ценных видов рыб и т.п. 33 Главную роль в охране вод играет государственный учет поверхностных и подземных вод, который осуществляется в целях текущего и перспективного планирования рационального использования водных ресурсов, их восстановления и охраны. Своды систематизированных данных о водных объектах, водных ресурсах, режиме, качестве и использовании вод, а также о водопользователях включают в Водный кадастр. Водный кодекс РФ запрещает вводить в эксплуатацию: – любые объекты, которые не оборудованы очистными сооружениями и устройствами, предотвращающими засорение, истощение и загрязнения водных объектов; – сбросные и водосборные сооружения, а также гидротехнические сооружения без рыбозащитных устройств; – объекты промышленности, сельского хозяйства и другие комплексы, которые не имеют санитарно-защитных зон; – оросительные, обводнительные и осушительные системы, водохранилища, плотины и каналы до завершения мероприятий, которые предотвращают их вредное воздействие на водные объекты. Важную роль в охране водных ресурсов играет лицензирование водопользования, сброса сточных и других вод. Нарушение требований по охране и рациональному использованию водных объектов влечет за собой ограничение, приостановление и даже запрещение эксплуатации хозяйственных и других объектов, которые оказывают негативное влияние на состояние водных ресурсов. 6.3. Мероприятия по охране и комплексному использованию водных ресурсов. Контроль качества и охрана водных ресурсов. Мониторинг водных объектов Охрана поверхностных вод. К поверхностным относятся воды, постоянно или временно находящиеся на земной поверхности. Это воды рек, временных водотоков, озер, водохранилищ, прудов, болот, ледников и снежного покрова. Поверхностные воды охраняются от засорения, истощения и загрязнения. Для предупреждения засорения осуществляют мероприятия, которые исключают попадание в них мусора, твердых отходов и других предметов, отрицательно воздействующих на качество вод и условия обитания гидробионтов (зообентос, зоопланктон, фитопланктон, перифитон). Строгий контроль за минимально допустимым стоком вод, ограничение их нерационального потребления способствует защите поверхностных вод от истощения. Важной и сложной проблемой является защита поверхностных вод от загрязнения. С этой целью предусматривается ряд мероприятий: мониторинг водных объектов, создание водоохранных зон, развитие безотходных и безводных технологий, а также систем обратного водоснабжения, очистка сточных вод (промышленных, коммунальнобытовых), очистка и обеззараживание поверхностных и подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения и других целей. Для поддержания водных объектов в состоянии, которое соответствует экологическим требованиям, исключает загрязнение, засорение истощение поверхностных вод и сохраняет среду обитания животных и растений, организуют водоохранные зоны. Ими являются территории, примыкающие к акватории рек, 34 водохранилищ и других поверхностных водных объектов, на них устанавливается специальный режим использования и охраны природных ресурсов, а также осуществления иной деятельности. В пределах указанных зон организуются прибрежные защитные полосы, где не разрешается распахивать землю, рубить лес, размещать фермы и т.п. Минимальная ширина водоохранных зон для озер от среднемноголетнего уреза в летний период и для водохранилищ от уреза воды при нормальном подпорном уровне при акватории до 2 км2 составляет 300 м, более 2 км2 – 500 м. Ширина водоохраной зоны для рек определяется длиной реки (от истока до 10 км – 15 м; от 11 до 50 км – 100 м; от 51 до 100 км – 200 м; от 201 до 300 км – 400 м; свыше 500 км – 500 м). Большое значение в деле охраны поверхностных вод от засорения и загрязнения имеют водоохранные лесные насаждения вокруг естественных и искусственных водоемов и водотоков. Они предназначены для защиты от разрушительных действий ветров и поступающей в них с водосбора воды, а также для уменьшения потери воды на испарение. Лесные насаждения улучшают водный режим водоемов, санитарногигиенические условия побережья и его ландшафтно-декоративное оформление, качество воды в водоемах, уменьшают их заиление, сокращают потери земельных угодий из-за абразии. Водоохранные лесные насаждения, размещаемые вокруг питьевых водохранилищ, должны удовлетворять требованиям, которые предъявляются к питьевым водохранилищам. В их состав входят до 50% хвойных пород, которые размещают в крайних 2-3 рядах со стороны водохранилища для защиты его зеркала от опадающих листьев. Кроме хвойных в эти насаждения вводят лиственные породы, обладающие большой фитонцидной способностью (липа, тополь и др.). Охрана подземных вод. Подземные воды – это воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах. В целях борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, являющихся стратегическим резервом для питьевого водоснабжения будущих поколений, предусматриваются следующие мероприятия: 1. рациональное размещение водозаборов по площади; 2. регулирование режима водоотбора подземных вод; 3. уточнение величины эксплуатационных запасов (чтобы не допустить их истощение); 4. для самоизливающихся артезианских скважин установление кранового режима эксплуатации. Иногда для профилактики истощения подземных вод применяют искусственное пополнение их посредством перевода части поверхностного стока в подземный. Борьба с загрязнением подземных вод включает профилактические и специальные мероприятия. Профилактические меры являются основными, поскольку требуют наименьших затрат. Специальные мероприятия направлены в первую очередь на изоляцию источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта (противофильтрационные стенки, завесы), перехват загрязненных подземных вод с помощью дренажа или откачки их из специальных скважин. Важнейшей профилактической мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов служит устройство вокруг них зон санитарной защиты. Зоны санитарной защиты состоят из трех поясов. Первый пояс включает территорию на расстоянии 30-50 м непосредственно от места водозабора (скважины). Это зона строгого режима, в ней запрещено присутствие посторонних лиц и 35 проведение работ, не связанных с эксплуатацией водозабора. Второй пояс ЗСЗ служит для защиты водоносного горизонта от бактериальных загрязнений. Здесь запрещается размещение любых объектов, которые могут вызвать то или иное загрязнение, не допускается рубка леса, использование пестицидов и др. Охрана малых рек. В России свыше 2,5 млн. малых рек (длиной до 100 км). Они формируют почти половину суммарного объема речного стока, в их бассейнах проживает до 44% всего городского населения и почти 90% сельского. Малые реки отличаются высоким уровнем уязвимости. Особенно большой вред им наносит интенсивная хозяйственная деятельность. В результате чего они быстро зарастают, заболачиваются, деградируют и исчезают. Охрана вод малых рек связана с защитой от загрязнения той территории, с которой река собирает свои воды. Например, за один год в малые реки Владимирской области поступает более 4000 т органических соединений, 6000 взвешенных веществ, десятки тонн нефтепродуктов, с полей смывается паводками и дождями 2000 т аммонийного азота и 600 т нитратов. Для охраны вод малых рек необходимо создавать на берегу водоохранные зоны и строго поддерживать их режим. В данную зону (шириной от 100 до 500 м) входят пойма, надпойменные террасы, бровки и крутые склоны берегов, овраги и балки. Вдоль берегов рекомендуется устройство полосы леса или луга шириной 15-100 м. Запрещается распашка склонов по берегу, выпас скота, строительство животноводческих ферм, обработка прилегающих к рекам полей агрохимикатами. Овраги, находящиеся рядом с водоохраной зоной, должны быть укреплены, родники, которые питают малую реку - расчищены. Для повышения способности малых рек к переработке биохимически окисляемых примесей (поступают со стоками и сбросами загрязненных вод) необходима искусственная аэрация. Это достигается посредством установки плотины с переливом, благодаря чему падающая вода хорошо насыщается кислородом. Государственный мониторинг водных объектов включает мониторинг поверхностных водных объектов суши и морей, мониторинг подземных водных объектов, мониторинг водохозяйственных систем и сооружений. Мониторинг предусматривает: 1. постоянные наблюдения за состоянием, количественными и качественными показателями поверхностных и подземных вод; 2. сбор, хранение и обработку данных наблюдений; 3. создание и ведение банков данных; 4. оценку, составление прогнозов изменения состояния водных объектов и передачу соответствующей информации правительственным органам РФ и ее субъектов. Государственный мониторинг водных объектов осуществляет Министерство природных ресурсов и экологии, Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) и другие специально уполномоченные государственные органы в области охраны окружающей среды. Министерство природных ресурсов и экологии РФ отвечает за развитие сети станций и постов наблюдений на водных объектов, разработку автоматизированных информационных систем (АИС) по ведению государственного мониторинга водных объектов, создание наблюдательной сети постов на водохозяйственных системах и сооружениях. 36 Росгидромет ведет наблюдения за загрязнением поверхностных вод суши, охватывая при этом 154 водоема и 1172 водотока, на которых исследуются гидрохимические показатели. Санитарно-эпидемиологическая служба России отвечает за санитарную охрану водоемов. Вопросы для самоконтроля 1) Какова роль воды в природе и жизни человека? 2) Каковы Водные ресурсы мира и РФ? 3) Назовите источники загрязнения водных источников. Виды загрязнения. 4) Каковы основные мероприятия по снижению истощения и загрязнения воды? 5) Что предусматривает мониторинг водных объектов? 6) В чем заключается охрана поверхностных и подземных вод? 7) Что такое водоохранная зона? Как организуются водоохранные зоны? 8) Как осуществляется охрана малых рек? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Константинов, В.М. Рациональное использование природных ресурсов и охрана природы // В.М. Константинов [и др.]. – М.: Академия, 2009. – 272 с. Дополнительная 1. Агроэкология / Под. ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. – 650 с. 2. Водный кодекс Российской Федерации [принят Гос. Думой 8 нояб. 2006 г.: по состоянию на 21 июля 2011 г.]. – М.: Рид Групп, 2011. – 64 с. 3. Николайкин, Н.И., Николайкина, Н.Е., Мелехова, О.П. Экология / Николайкин Н.И., Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 4. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 5. Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. 6. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 37 Лекция 7 ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ 7.1. Почвенный покров – один из главнейших природных ресурсов. Земельные ресурсы мира, РФ и Саратовской области, их состояние Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км2, или 86,5 % площади суши. Под пашней и многолетними насаждениями занято около 15 млн. км 2 (10 % суши), под сенокосами и пастбищами – 37,4 млн. км2 (25 %). На долю испорченных земель (овраги, выработанные карьеры, пустоши с разрушенным почвенным слоем) приходится 3 % суши, т.е. более 25 % площади обрабатываемых земель. Если же считать и земли, выведенные из землепользования в связи с засолением, подтоплением и т.п., то за время своего существования человечество потеряло половину всех земель суши, пригодных для сельского хозяйства. Ежегодно в мире из-за деградации почв и отчуждения земель на несельскохозяйственные нужды теряется около 7млн га пахотных почв. Обрабатываемые земли мира составляют в среднем 0,5 га на каждого жителя планеты. Однако этот показатель в разных странах изменяется в широких пределах: в США – 0,91 га, Канаде – 2,05, Великобритании – 0,13, Германии – 0,13, Японии – 0,05, России – 0,82 га и продолжает постепенно сокращаться. Земельные ресурсы России в настоящее время составляют 1709,8 млн. га. Сельскохозяйственные угодья занимают всего лишь 222,1 млн. га, в том числе пашни – 132,2 млн. га (табл. 1). Состояние сельскохозяйственных угодий РФ далеко не удовлетворительное. Из них около 124 млн. га, в том числе 82,5 млн. га пашни, подвержено эрозии, переувлажнено и заболочено – 26, закислено – 73, засолено и осолонцовано – 40, техногенно загрязнено – 62, опустынено – 9 , заросло мелколесьем и кустарником – 3, нуждается в рекультивации – 2,3 млн. га. При этом деградация сельскохозяйственных земель продолжается: ежегодно переходят в разряд эродированных до 0,5 млн. га, зарастают кустарником и мелколесьем 0,2 млн. га, опустыниваются 50-60 млн. га. Ресурсы сельскохозяйственных угодий убывают и за счет отчуждения под строительство городов и поселков, горнодобывающих и других промышленных предприятий, прокладки коммуникаций. Продолжающееся нерациональное природопользование при существенном сокращении мероприятий по охране и рациональному использованию почв и земельных ресурсов еще больше усугубляет процесс деградации земель. Таблица 1 – Структура сельскохозяйственных угодий РФ Показатель Всего сельскохозяйственных угодий в том числе: пашня сенокосы пастбища залежи многолетние насаждения Площадь млн. га 222,1 % 100 132, 23,5 64,5 0,3 1,5 59,6 10,6 29,0 0,1 0,7 38 Масштабы деградационных процессов зависят от действия естественных и антропогенных факторов и имеют региональную специфику: от «деградации оленьих пастбищ на севере», дегумификации, истощения и эрозии почв в центральной части России до опустынивания на юге. Продолжается развитие таких негативных явлений, как подтопление земель, загрязнение токсикантами промышленного происхождения (тяжелые металлы, нефть и нефтепродукты), захламление и нарушение земель. Обострилась проблема городских территорий, связанная с проявлением опасных природно-техногенных процессов. Из-за значительного загрязнения окружающей среды вредными веществами многие города и их окрестности превратились в «пустынные» территории. Количество зеленых насаждений в городах, средний возраст которых превышает 40-50 лет, и их санитарно-гигиеническое качество оценивается как неудовлетворительное (В.В. Денисов, 2004 г.). Земельный фонд Саратовской области составляет 10123,9 тыс. га, сельскохозяйственных угодий – 8534 тыс. га, из них пашни 5707,4 тыс. га. В земельном фонде области 84,5 % – это земли сельскохозяйственного назначения, 5,4 % – земли лесного фонда, 3,6 % – земли населенных пунктов, 2,1 % – земли водного фонда, 2,0 % – земли промышленности и транспорта. В структуре земель населенных пунктов застройка занимает 17,8 %, дороги 10,0 %, городские леса и парки – 2,7 % (Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области, 2011). Из 8,5 млн. га сельхозугодий области 89 % (в основном в лесостепной и степной ландшафтных зонах) – эродированы и эррозионноопасны. По всем сельскохозяйственным территориям наблюдается снижение плодородия почв – уменьшение содержания гумуса и основных элементов питания растений (азота, фосфора и калия). Ежегодно с каждого поврежденного эрозией гектара теряется до 700 кг гумуса, а недобор урожая составляет 10 – 50 %. Увеличиваются площади кислых почв и солонцов. 7.2. Последствия антропогенного воздействия на почвы, проблемы рационального использования и охраны Под эрозией почвы понимают процессы разрушения и выноса почвенного покрова потоками воды и ветра. Эрозия – естественный процесс, существующий в природе, который протекает очень медленно, а поэтому разрушение и потери почвы от выдувания и смыва уравновешиваются процессами почвообразования. Это естественная (геологическая) эрозия. Наряду с этим нормальным геологическим процессом существует ускоренная (разрушительная) эрозия, возникающая под влиянием деятельности человека. При этом потери почвы не компенсируются естественными почвообразовательными процессами и почва частично или даже полностью теряет плодородие. При ускоренной эрозии разрушение гумусового горизонта может произойти за 1030 лет, а при катастрофических ураганах, ливнях нарушенные хозяйственной деятельностью почвы уничтожаются в течение нескольких дней или часов. Различают несколько типов ускоренной эрозии почв: 1. Ветровая эрозия (дефляция) связана с перемещением мелких частиц почвы под действием ветра. Существует местная (повседневная) ветровая эрозия и пыльные (черные) бури. Повседневная эрозия носит локальный характер, бывает низовой и верховой. При низовой поземке частицы почвы поднимаются ветром до полутора 39 метров от поверхности земли. Поземка опасна для молодых побегов: твердые частицы рассекают листья растений, нарушая покровные ткани. Местная верховая эрозия характеризуется сильными ветрами, которые образуют смерчи и поднимают столбы пыли на большую высоту. Пыльные, или черные, бури возникают при сильных ветрах. Ветер поднимает такое количество пыли, что воздух теряет прозрачность. Ветровая эрозия особенно опасна для песчаных, супесчаных, карбонатных почв. Сведение лесов, разрушение растительного покрова при перевыпасе скота, неправильная обработка почвы в засушливых районах приводят к возникновению подвижных песков, наступающих на плодородные почвы оазисов, поселки и города. Они представляют большую угрозу хозяйству, поэтому закрепление песков, борьба с ветровой эрозией являются важными задачами охраны и восстановления плодородия почв. 2. Водная эрозия может быть плоскостной, струйчатой и овражной, она вызывает оползни и сели. При плоскостной эрозии происходит постепенный смыв поверхностного слоя почвы талыми водами и дождями. На первых стадиях эрозия малозаметна. Обнаружить ее можно тогда, когда на возвышенных участках выступают нижние, более светлые горизонты, а в понижениях скапливается смытая часть почвы, более темная и плодородная. На почвах, лишенных гумусового горизонта, растения развиваются плохо, урожайность снижается. Бороздчатая, или струйчатая (ручейковая), эрозия интенсивно развивается при дружном таянии снега весной и во время сильных ливней на полях, лишенных растительности и занятых пропашными культурами. Вода, стекающая по склонам, увлекает за собой частицы почвы, образуя неглубокие параллельные струйчатые размывы. Развитию ручейковой эрозии способствует распашка почвы вдоль склонов. Овражная эрозия развивается на крутых и пологих склонах, лишенных древесной растительности, со слабо развитой дерниной. Ручейки, сбегающие со склона, соединяются вместе, образуя единый поток. Он смывает поверхностный слой почвы, углубляет дно до материнской породы, подмывает берега. Скорость формирования оврагов зависит от особенностей почв, рельефа местности, природно-климатических условий. Средняя скорость роста оврагов 1-3 м в год, иногда достигает 8-25 м в год. Наиболее опасные формы водной эрозии в горах – селевые потоки и оползни. Возникают они вследствие вырубки горных лесов, неумеренного выпаса скота, который вытаптывает травянистую растительность, нарушает, разбивает дернину на склонах. Сели – это мощные горные грязекаменные потоки, вызванные сильными дождями. Вода сносит с крутых склонов не только почву, но и большие камни и вырванные с корнем деревья. Обладая большой разрушительной силой, селевые потоки приносят большие убытки хозяйству, сопровождаются человеческими жертвами. К водной эрозии также относится уничтожение почв и земельных ресурсов, которое происходит в результате волновой деятельности, - это процессы абразии и переработки берегов. Они происходят наиболее активно вдоль берегов водохранилищ. Например, после строительства волжского каскада водохранилищ береговая линия отступала со средней скоростью 10-15 м в год. 3. Ирригационная эрозия характерна для районов орошаемого земледелия. Возникает в результате неумеренного и неправильного полива. Вода, подаваемая на поля, идет мощным потоком, стекает по склонам, смывает и разрушает почву, что может привести к образованию оврагов. 40 На эродированных участках снижается урожайность сельскохозяйственных растений: на слабосмытых на 10-15 %, среднесмытых – на 15-40 %, сильносмытых – на 50-75 %. Разные культуры также неодинаково реагируют на эрозию почвы. На сильно эродированных землях урожайность ржи уменьшается на 90 %, кукурузы – на 83 %, гречихи – на 61 %, ячменя – на 37 %, овса – на 21 % (В.В. Денисов, 2004 г.). Разработан комплекс межзональных (общих для всех природно-климатических зон) и зональных (для каждой природно-климатической зоны) мер борьбы с ускоренной эрозией и ее последствиями. Межзональные меры борьбы с эрозией включают следующие мероприятия: 1. противоэрозионную организацию территории, предусматривающую различные противоэрозионные мероприятия в сочетании с правилами размещения севооборотов, защищенных лесонасаждений и гидротехнических сооружений; 2. введение почвозащитных полевых и лугопастбищных севооборотов; 3. прекращение рядового посева и культивации паров вдоль склона; 4. создание на крутых склонах полос – буферов из многолетних трав; 5. укрепление, облесение оврагов, песков, сильно эродированных склонов, создание лесозащитных насаждений и лесов хозяйственного назначения; 6. заложение и закрепление ложбин, крутых склонов, заравнивание промоин; 7. регулирование выпаса в балках, на крутых склонах, на песчаных и супесчаных почвах; 8. защиту дорог от размыва. Зональные меры борьбы с эрозией включают агротехнические, лесомелиоративные, гидротехнические и организационно-хозяйственные мероприятия. Агротехнические мероприятия: 1. вспашка, культивация и посев растений поперек склона; 2. углубление пахотного слоя, что обеспечивает лучшее впитывание влаги и уменьшение поверхностного стока; 3. безотвальная обработка почвы по стерне по методу Т.С. Мальцева; 4. глубокое полосное рыхление почвы; 5. кротование, щелевание; 6. частичная и полосная обработка песчаных и супесчаных почв, при этом возделываемая полоса должна иметь ширину от 1 до 100 м и располагаться перпендикулярно направлению господствующих ветров, а межполосные, необрабатываемые участки должны иметь ширину, равную ширине обработанных полос или больше ее. Лесомелиоративные мероприятия заключаются в создании применительно к конкретным условиям полезащитных лесных полос. Гидротехнические мероприятия необходимы при борьбе с оврагами, подмывом и разрушением берегов, катастрофическими паводками, оползнями и селями. Предусматривается создание каналов и валов для стока воды в сочетании с работами по облесению территории вокруг гидротехнических сооружений. Организационно-хозяйственные мероприятия включают создание почвенноэрозионного плана, на основе которого проводится система борьбы с эрозией. Воздействие целого комплекса перечисленных мероприятий снижает ущерб от эрозии, способствует ее полному прекращению и восстановлению плодородия почвы. По своему положению и свойствам почва фактически является конечным местом сосредоточения всех природных и антропогенных загрязнений: 41 - теплоэнергетика (угольная пыль, зола, дым, аэрозоли тяжелых металлов – ртути, мышьяка, свинца, ванадия, газы SO2 , SO3 ,NO2 , бенз-а-пирен, фтористые и мышьяковые соединения, радионуклиды); - черная металлургия (рудная и железистая пыль, оксиды железа, марганца, меди, мышьяка, зола, сажа, SO2, SO3, NO2, NH3, HCl); - цветная металлургия (пыль, пары и оксиды свинца, цинка, кадмия, меди, мышьяка, ртути, фтора, SO2); - промышленность строительных материалов (цементная пыль, фтор); - химическая промышленность (SO2, SO3, NН3, HF, H2S, HCl, HNO3, фтористые соединения, углеводороды, растворители, эфиры, фенолы)$ - транспорт (углеводороды, свинец, угольная пыль, зола, СО, SO2, H2S, бенз-апирен, непредельные углеводороды); - сельское хозяйство (удобрения, пестициды); - нефтеперерабатывающая и нефтедобывающая промышленность (нефть, нефтепродукты, бенз-а-пирен, серосодержащие соединения); - атомные электростанции (радионуклиды, йод – 131, стронций – 90, цезий – 137, плутоний – 239, калий - 42). Накопление загрязняющих веществ в почве происходит в результате: непосредственного внесения в почву или на ее поверхность (удобрения, пестициды), поступления атмосферных загрязнителей в почву (аэрозоли тяжелых металлов, радионуклиды, летучая зола, газы), поступления в почву с поверхностными стоками и атмосферными осадками. Основные источники загрязнения почв канцерогенными веществами – выхлопные газы самолетов, автотранспорта, выбросы промышленных предприятий, тепловых электростанций, котельных. В почву канцерогены поступают вместе с крупно- и средне дисперсными частицами пыли, при утечке нефти или продуктов ее переработки. Важным источником загрязнения почв могут быть излучения. Радиоактивные элементы, отличающиеся умеренной или короткой жизнью, обычно распадаются раньше, чем попадают в почву. Однако они могут стать опасными в дождливый период, когда ускоряется их выпадение на почву. Опасными являются 140Ва, 144Се, 131Y, 238U, Zn и особенно 137Cs (Т½ = 50 лет) и 90Sr (Т½ = 27 лет). Потенциальными источниками радиоактивного загрязнения могут быть аварии или несчастные случаи на АЭС, испытания ядерного оружия. Степень опасности загрязнения почв химическими веществами определяется уровнем его возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (воду, воздух), пищевые продукты и опосредованно – на человека. Основным критерием уровня загрязнения почвы является предельно допустимая концентрация (ПДК). Уплотнение почв ходовыми системами машинно-тракторных агрегатов. Массу единицы объема почвы в естественном состоянии называют плотность почвы (г/см3). От плотности почвы зависят ее водно-воздушные, тепловые и биологические свойства. С уплотнением почв уменьшается их общая пористость, ухудшается доступ влаги к растениям, снижается аэрация и скорость фильтрации воды, затрудняется распространение корней. Чрезмерно рыхлое состояние почвы также неблагоприятно. Так как почва при этом быстро иссушается, нарушается контакт семян и корневой системы растений с почвой. Плотность почвы колеблется от 0,9 до 1,8 г/см3. Она зависит от механического состава, содержания органического вещества и структурного состояния почвы. 42 Механизация сельскохозяйственных работ негативно влияет на плотность почвы, особенно в условиях орошения. В земледелии принята технология раздельного проведения вспашки, посева, внесения удобрений, боронования, международных обработок и т.п. поэтому практически все типы тракторов, многократно проходя по полю, уплотняют почву на глубину от 0,3 до 1,2 м. Уплотнение усиливается при буксовании, вибрации двигателей, высоком давлении в шинах, при узких расстояниях между опорами ходовых систем. Поле, укатанное колесами тракторов, покрывается колесами глубиной 25-30 см, после обработок здесь образуются глыбы. Предельно допустимая величина плотности черноземов в пахотном слое (0-20 см) составляет 1,3 г/см 3. Однако после десяти проходов трактора по одной колее она возрастает до 1,40-1,45 г/см 3. В определенных условиях тракторы способны уплотнять пахотный слой черноземов до 1,5 г/см 3, причем увеличение плотности прослеживается до глубины 60-70 см. Это приводит к повышению твердости и ухудшению структуры почв. Их водопроницаемость снижается в 1,5-4,0 раза, резко возрастает эрозия, уменьшается урожайность: зерновых – на 10-40%, зеленой массы кукурузы – на 8-40%. Приемы снижения уплотняющего воздействия ходовых систем на почву: 1. Правильный выбор движителя. На ранневесеннем бороновании, предпосевной культивации, на подкормке озимых и на севе яровых ранних культур при влажности почвы 22-24% следует применять гусеничные тракторы. При этом уплотнение почвы по следу трактора уменьшается в 1,5-1,8 раза, глубина колеи на 50-60% по сравнению с колесными тракторами одинакового класса. 2. Необходимо использовать сдвоенные шины на тракторах Т-150К, К-701. 3. Компановка движителей трактора К-701 с разной шириной колей передних и задних колес. Это позволяет снизить степень уплотнения почвы в 1,5 раза, глубину колей и деформацию почвы на 35-40%. 4. Необходимо правильно устанавливать давление в шинах с учетом условий работы. 5. Следует использовать широкозахватные агрегаты. Снижению избыточного уплотнения почвы способствуют научно обоснованные маршруты движения транспортных агрегатов по полю, использование постоянной колей при уходах и проездах, применение арочных шин на технологических и транспортных машинах. Дегумификация почв. Процесс потери почвами гумуса называется дегумификацией. Уменьшение запасов гумуса отмечается в большинстве регионов России. Например, гумусированность почв Центрального черноземного района за столетний период снизилась от 10-14% до 7-10%. Содержание гумуса в черноземах Поволжья упало с 13-16% до 7-10%, Предуралья – с 10-13% до 4-7%. Основные причины, вызывающие дегумификацию почв: 1. недостаточное поступление в обрабатываемые почвы биомассы – «сырья» для процессов гумификации; 2. ускорение минерализации органического вещества при некоторых приемах гидротехнических и химических мелиораций, вследствие интенсивной обработки почв и применения минеральных удобрений; 3. потери гумуса за счет эрозии почв; 4. отчуждение обогащенного гумусом пахотного слоя почвы при проведении ряда сельскохозяйственных мероприятий. 43 Дефицит гумуса может быть компенсирован путем внесения различных видов органических удобрений (навоз, солома, сидераты, торф, твердые бытовые отходы, сапропель, остатки сточных вод и др.) при высокой культуре земледелия. Закисление почв. В середине ХХ века и особенно в его последнее десятилетие одной из основных причин закисления почв на обширных территориях стала хозяйственная деятельность человека. Развитие индустрии привело к выбросам в атмосферу огромных количеств оксидов серы, азота, углерода. Эти оксиды переносятся на значительные расстояния, взаимодействуют с атмосферной влагой и превращаются в растворы смесей сернистой, серной, азотной и угольной кислот, которые выпадают в виде «кислых дождей» на почвы, растения, поверхностные воды. Масса газов, ведущая к образованию «кислых дождей», достигает на планете 270-900 млн. тонн в год. С каждым годом эти цифры возрастают и повсеместно, особенно в промышленных районах наблюдается глобальное увеличение кислотности дождевой и снеговой воды. Кислые атмосферные осадки с рН 3,5-4,0 приводят к неблагоприятным изменениям в экосистемах суши и поверхностных вод. Помимо кислых осадков, подкисление почв вызывает использование физиологически кислых удобрений, таких как K2SO4, (NH4)2SO4, NH4NO3 и т.п. Во всех случаях проявление вторичной (антропогенной) кислотности необходимы регулярные научные наблюдения, экологическая и экономическая оценка отрицательного эффекта и рекомендации по применению предупредительных и мелиоративных мероприятий (В.В. Денисов, 2004). Засоление почв. Засоленные почвы содержат в своем профиле легкорастворимые соли в количествах, токсичных для сельскохозяйственных культур. Их формирование происходит в тех районах, где состав грунтовых вод и почвообразующих пород, а также режим увлажнения способствуют поступлению в почву легкорастворимых солей и последующей аккумуляцией. При промывном водном режиме растворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля с фильтрирующими водами и не накапливаются в почве. В районах с засушливым климатом, где испаряемость намного превышает количество выпадающих осадков, создаются условия для перемещения грунтовых вод и почвенных растворов из нижних горизонтов в верхние. Вместе с ними мигрируют к поверхности почвы растворимые соли, которые аккумулируются в корнеобитаемом слое. В сельском хозяйстве засоленные почвы можно использовать только после их коренной мелиорации. Засоление почв связано с различными причинами. В результате избыточного полива в орошаемом земледелии происходит подъем уровня сильноминерализованных грунтовых вод. По капиллярам почвы они поднимаются в верхние слои, вызывая их вторичное засоление. Опасность вторичного засоления зависит также от концентрации солей в поливных водах, уровня грунтовых вод, дренированности грунтов и др. Важнейшими мерами борьбы против вторичного засоления являются строго дозированный расход воды в оросительных системах, дренирование почвы с целью удаления сильно минерализованной воды, полив растений дождевальными установками, промывка хорошо дренированных почв. Отчуждение сельскохозяйственных земель и нарушение природных ландшафтов. За вторую половину ХХ века земная поверхность претерпела большие изменения, чем за всю предыдущую историю человечества. Масштабы этих изменений можно сопоставить лишь с последствиями катастрофических явлений природы. Развитие городского и промышленного строительства, прокладка инженерных и 44 транспортных коммуникаций и особенно расширение добычи полезных ископаемых привели к резкому возрастанию территорий с нарушенными почвами и рельефом. Нарушенные земли – это земли, утратившие свою экономическую и агропромышленную ценность, или являющиеся источником негативного воздействия на окружающую среду в связи с изменением рельефа, почвенного покрова, гидрологического режима, растительности. В России и странах ближнего зарубежья площади нарушенных земель достигают 2 млн. га, в том числе добычей торфа – 900 тысяч га, цветных металлов – 520, нерудных ископаемых – 280, каменного и бурого угля – 110, химического сырья – 60, железной и марганцевой руд – 60 тысяч га и т.д. По современным оценкам, зона вредного влияния горнопромышленных разработок с учетом загрязнения атмосферы, природных вод, почвенного покрова и растительности примерно на порядок больше территории горного отвода. Прокладка транспортных магистралей, трубопроводов, линий электропередач всегда сопровождается ухудшением качества почвенного покрова и растительности прилегающих территорий, а зачастую вырубкой больших массивов лесов. К концу ХХ века более чем на половине поверхности суши Земли естественные ландшафты сменились антропогенными, среди которых можно выделить агроландшафты (полевые, пастбищные), ландшафты лесохозяйственные, горнопромышленные, селитебные, рекреационные. Самые глубокие изменения природных ландшафтов происходят в районах горных работ (В.В. Денисов, 2004). 7.3. Мониторинг земель Государственный мониторинг земель является частью государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) и представляет собой систему наблюдений за состоянием земель. Объектами государственного мониторинга земель являются все земли в Российской Федерации. Задачами государственного мониторинга земель являются: 1) своевременное выявление изменений состояния земель, оценка этих изменений, прогноз и выработка рекомендаций о предупреждении и об устранении последствий негативных процессов; 2) информационное обеспечение государственного земельного надзора за использованием и охраной земель, иных функций государственного и муниципального управления земельными ресурсами, а также землеустройства; 3) обеспечение граждан информацией о состоянии окружающей среды в части состояния земель. В зависимости от целей наблюдения и наблюдаемой территории государственный мониторинг земель может быть федеральным, региональным и локальным. Государственный мониторинг земель осуществляется в соответствии с федеральными, региональными и местными программами. Порядок осуществления государственного мониторинга земель устанавливается уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти. Вопросы для самоконтроля 1) Что такое почва? 2) Что такое плодородие почвы и какое значение оно имеет? 3) Как распределены земельные ресурсы РФ? Каково состояние земельных ресурсов РФ? 45 4) Что такое эрозия почв? Какие виды эрозии вы знаете? 5) В чем сходство и различие между естественной и искусственной эрозиями почв? 6) Какие виды ускоренной эрозии вы знаете, как и где они проявляются? 7) Каковы меры борьбы с эрозией? 8). Причины уплотнения почв. Меры борьбы с уплотнением почв. 9). Что такое дегумификация? Назовите основные причины, вызывающие дегумификацию. 10) Как происходит закисление, засоление и заболачивание почв? Каковы меры борьбы с ними? 11) Каковы последствия отчуждения земель из сельскохозяйственного оборота и нарушения природных ландшафтов? 12) Кто осуществляет мониторинг земель? С какой целью? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Константинов, В.М. Рациональное использование природных ресурсов и охрана природы // В.М. Константинов [и др.]. – М.: Академия, 2009. – 272 с. Дополнительная 1. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 2. Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. 3. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 46 Лекция 8 ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСТИТЕЛЬНОГО МИРА 8.1. Роль растений в природе и жизни человека Значение растительности в природе и жизни человека велико и разнообразно. Растения – продуценты органических веществ в биосфере, они служат основой трофических пирамид, обеспечивая существование всех других организмов. Ежегодно растения Земли образуют около 177 млрд. тонн органических веществ, из них 122 млрд. тонн приходится на растительность суши и 55 млрд. тонн – на растительность мирового океана. За миллиарды лет растения синтезировали огромное количество органических веществ, часть которых дошли до наших дней в виде запасов нефти, природного газа, каменного угля, горючих сланцев, торфа. С фотосинтезом связан важнейший для биосферы процесс – фотолиз воды, в результате которого выделяется кислород. Растения извлекают из почвенных растворов огромное количество химических элементов и вовлекают их в важнейшие круговороты. Растительность оказывает большое влияние на климат, почву, животный мир. Растения смягчающе действуют на климат (поставляют в атмосферу около 90% воды, испаряемой сушей). В результате биологического круговорота веществ растения постоянно поддерживают присутствие минеральных солей в почве, что очень важно для ее плодородия (В.М. Константинов, 2009). Растительность создает необходимую среду для жизни людей и разводимых им домашних животных, служит неиссекаемым источником разнообразных пищевых продуктов, технического и лекарственного сырья, строительных материалов. Многие виды растений человеком используются в различных технологических процессах. Дикорастущие виды растений – ценный и незаменимый генофонд для селекционной работы, для выведения новых, более продуктивных сортов. Иногда проявляется отрицательная роль растений – это появление сорняков на обрабатываемых землях и пастбищах; зарастание водоемов, вызывающее летние заморы рыбы в озерах; аллергические заболевания, отравления людей. Некоторые растения приносят заметный ущерб и народному хозяйству (обрастание судов, образование сплавин, зарастание дорог). 8.2. Лес – важнейший растительный ресурс Земли. Проблемы комплексного и рационального использования лесных богатств. Система мероприятий по охране леса Леса покрывают около трети поверхности суши (более 40 млн. км2). Это широкий пояс хвойной тайги в Северном полушарии, смешанные и лиственные леса умеренного пояса, вечнозеленые субтропические и влажные тропические леса. Большая часть приходится на тропики; тайга и лесотундра составляют 32%, смешанные и лиственные леса умеренного пояса – 17%. На планете 30% хвойных и 70% лиственных лесов. Лесной покров оказывает воздействие на все компоненты биосферы, играет огромную средообразующую роль. Леса влияют на газовый баланс и состав атмосферы, водный и тепловой режим земной поверхности, подземный и поверхностный сток, формируют и сохраняют почвенный покров, регулируют численность и разнообразие 47 животного мира. Лесной покров взаимосвязан с климатом: уменьшает силу ветра, смягчает высокие и низкие температуры, аккумулирует влагу. Доля лесов в глобальной продуктивности фотосинтеза оценивается в 70 млрд. тонн сухого органического вещества в год, что составляет 65% годовой биологической продуктивности суши и 42% биосферы. Лес широко используется в разных отраслях народного хозяйства. И хотя из этого универсального сырья можно изготовить свыше 15 – 20 тыс. изделий и продуктов, почти половина всей потребляемой в мире древесины пока расходуется на топливо, а треть идет на производство строительных материалов. Мировая заготовка леса составляет 121 млрд. м3/год. Дефицит древесины уже остро ощущается во многих промышленно развитых странах. В последние десятилетия все большее внимание уделяется санитарно-гигиенической, бальнеологической и рекреационной роли лесов. Общеизвестно благотворное влияние сосновых боров на больных туберкулезом, связанное с дезинфицирующими свойствами терпенов. Древесные насаждения в городах поглощают из воздуха избыток диоксида углерода и восстанавливают необходимый для жизни кислород. Они служат хорошим фильтром – в парках количество пыли бывает в десятки раз меньше, чем на улицах города. Листья и цветки деревьев выделяют фитонциды, многие из которых обезвреживают городской воздух, губительно действуют на микроорганизмы, задерживают развитие носителей инфекций. Зеленые насаждения хорошо поглощают звуки, защищая людей от шума. Неоценимо психологическое воздействие леса на человека. Вырубка лесов началась на заре развития человечества и продолжается до настоящего времени. Деревья рубят и сжигают для получения тепла, для увеличения площади пастбищ и пашен. С развитием хозяйства и ремесла лес стал использоваться не только как топливо, но и как строительный и поделочный материал. Со временем потребность людей в древесине и других продуктах леса быстро возрастала, усиливалась и эксплуатация лесов. Наиболее пострадали мировые лесные ресурсы в связи с промышленной революцией. За последние 10 тыс. лет на земном шаре сведено ⅔ всех лесов. За историческое время колоссальная площадь лесных массивов в 500 млн. га превратилась в бесплодные пустыни. Резкое сокращение лесов на планете вызвало тяжелые последствия: обмеление рек и озер, разрушительные наводнения, эрозию почв, селевые потоки, изменение климата. Сокращение водоносности рек и высыхание озер в связи с рубками лесов хорошо известны с давних пор. Сейчас обмеление рек и озер – широко распространенное явление во многих странах мира. Оно отрицательно сказывается на рыбных запасах и сельском хозяйстве. С истреблением лесов растет количество наводнений, увеличивается их мощность. Вырубка лесов в горах приводит к возникновению катастрофических селевых потоков. Особенно тяжелым последствием вырубки лесов является эрозия почв, которая распространена на земном шаре повсеместно. Уничтожение лесов на обширных территориях ухудшает климат, делает его более сухим и континентальным, способствует аридизации территорий, быстрому опустыниванию, распространению суховеев. Россия занимает одно из первых мест в мире по запасам лесных ресурсов. Площадь, покрытая лесом, составляет 770 млн. га с общим запасом древесины 80 млрд. м3. На долю РФ приходится 1/5 площади лесов мира, ¼ мировых запасов древесины, из них наиболее ценные – хвойные леса (они составляют свыше 78 млн. га, или 82% от общих запасов древесины). 48 Основная часть лесов сосредоточена восточнее Урала. Это 80% всего лесного фонда. Однако ⅔ потребностей народного хозяйства в древесине удовлетворяется за счет лесов европейской части и Урала, и только ⅓ лесозаготовок приходится на восточные районы страны. Лесные богатства восточных районов начали успешно осваиваться после строительства Байкало-Амурской магистрали. В целях правильного ведения лесного хозяйства леса государственного значения разделены на три группы. К первой группе отнесены зеленые зоны вокруг городов и промышленных центров, охраняемые полосы вдоль рек и вокруг водоемов, защитные насаждения вдоль железных и шоссейных дорог, курортные, полезащитные, мемориальные, леса заповедников и заказников. Они составляют 115,9 млн. га, или около 15% лесной площади страны. Рубки строго регулируются. Леса второй группы расположены, главным образом, в промышленных и густонаселенных районах. Их площадь равна 63,6 млн. га, или около 8%. Леса третьей группы занимают 612,1 млн. га, они имеют эксплуатационное значение. Их ресурсы используются только на 46% площади. Удельный вес лесов первой группы с развитием промышленности, ростом городов постепенно повышается, третьей – снижается. Для рационального использования лесов в целях отдыха населения разработаны предельно допустимые нормы рекреационной нагрузки для различных природных комплексов. Это предотвращает чрезмерную концентрацию отдыхающих в лесных угодьях. Установлены правила поведения людей в лесу, определены размеры штрафов, взимаемых с них за порчу природных объектов. Взимаемых с них за порчу природных объектов. Одной из важнейших форм борьбы за охрану рекреационных лесов служит широкая природоохранная пропаганда. В ней принимают участие туристические, профсоюзные и другие общественные организации. Большая роль в организации и координации этой работы принадлежит местным органам самоуправления. Особое санитарно-гигиеническое и эстетическое значение имеют городские зеленые насаждения. Озеленение – одна из важных форм улучшения условий жизни людей в городах и поселках. Поэтому в населенных пунктах регулярно высаживают декоративные деревья и кустарники, создают аллеи, озеленяют бульвары, дворы, разбивают парки, организуют зеленые зоны вокруг городов и т.д. 8.3. Охрана ценных и редких видов растений. Виды растений, занесенные в Красные книги. Правовая охрана растительности Из 500 тыс. видов высших растений человек использует лишь незначительную часть – только 2500 видов. На территории России и ближнего зарубежья насчитывается примерно 17,5 тыс. видов дикорастущих высших растений, в хозяйственных целях употребляют только 250. Из мирового фонда высших растений в лекарственных целях применяют около 1500 видов. Большое значение для промышленности имеют дикорастущие дубильные, эфиромасличные и другие ценные растения. Многие виды используют в качестве декоративных растений, медоносов. В результате интенсивного сбора запасы некоторых хозяйственно ценных видов истощаются. 49 Охрана и рациональное использование хозяйственно ценных видов состоит в правильном, нормированном сборе, устраняющем возможность истощения. Под прямым или косвенным воздействием человека многие виды растений стали редкими и исчезающими. В Красной книге России зарегистрировано около 444 таких видов. Из них можно назвать водяной орех, лотос (сохранился в виде куртин, на Каспийском море и озере Ханка), альдрованду (насекомоядное растение), железное дерево, дуб каштанолистный, самшит колхидский, сосну пицундскую, ягодный падуб и др. Охрана редких и исчезающих видов растений осуществляется несколькими путями. Первый путь – полный запрет на сбор таких видов; второй – охрана диких видов в заповедниках и заказниках; третий – создание коллекционных участков в ботанических садах и других научных учреждениях. На коллекционных участках растения сохраняются длительный срок и служат резервом для их восстановления в природе. Вопросы для самоконтроля 1) Какова роль растений в природе и жизни человека? 2) Какие существуют меры по охране редких видов растений? 3) Охарактеризуйте значение лесов в природе и в жизни людей. 4) Назовите причины сокращения лесов планеты. Каковы его последствия? 5) Каково современное состояние лесных ресурсов России? 6) В чем состоит рекреационное значение лесов и как охраняют рекреационные леса? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Константинов, В.М. Рациональное использование природных ресурсов и охрана природы // В.М. Константинов [и др.]. – М.: Академия, 2009. – 272 с. Дополнительная 1. Агроэкология / Под. ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. – 650 с. 2. Лесной кодекс Российской Федерации [принят Гос. Думой 8 нояб. 2006 г.: по состоянию на 1 апр. 2009 г.]. – Новосибирск: СУИ, 2009. – 64 с. 3. Николайкин, Н.И., Николайкина, Н.Е., Мелехова, О.П. Экология / Николайкин Н.И., Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 4. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 5. Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. 6. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 50 Лекция 9 ОХРАНА ЖИВОТНОГО МИРА 9.1. Роль животных в природе и жизни человека Животный мир представляет собой важную часть биосферы. Роль животных в круговороте веществ и потоках энергии определяется высоким уровнем энергетических процессов, протекающих в их организмах, исключительным многообразием (около 2 млн. видов) и большой подвижностью. Животные – это гетеротрофные организмы, в биогеоценозах занимают верхние трофические уровни. Растительноядные животные питаются определенными видами и частями растений, плотоядные живут за счет фитофагов. Сапрофаги используют продукты жизнедеятельности растений и животных, поедают их гниющие остатки. Есть животные – паразиты у растительноядных, плотоядных видов и сапрофагов. Таким образом, животные связаны с растениями, друг с другом сложными цепями питания. Велика роль животных в формировании ландшафта. За счет морских, в основном одноклеточных животных, образуются осадочные породы. Морские отложения прежних геологических эпох образуют мощные залежи мела, известняка, мрамора. Коралловые полипы в теплых морях и океанах формируют многочисленные коралловые острова. Большую роль играют животные в образовании почв. При участии животных формируется химический состав поверхностных, подземных и грунтовых вод. Особо велико значение животных в жизни растений (опыление растений, распространение плодов и семян, ухудшение или улучшение состояния растительного покрова). Многие виды животных служат для человека источником белкового питания и жира, поставщиками сырья для промышленного и кустарного производства. Животные ценны как объекты научных исследований. Общеизвестно их эстетическое значение. Есть виды, которые истребляют сельскохозяйственных вредителей, принося человеку большую пользу. Но не менее значителен вред, приносимый животными. Среди них много возбудителей и переносчиков заболеваний человека и домашних животных, а также вредителей сельскохозяйственных растений. Потеря любого биологического вида крайне нежелательна для биосферы, т.к. он участвует в круговоротах веществ, поддерживает динамическое равновесие в природных экосистемах, обеспечивая их устойчивое развитие (В.М. Константинов, 2009). 9.2. Влияние деятельности человека на динамику численности, видовой состав животных. Охрана важнейших групп животных Вымирание одних и появление других видов животных неизбежно и закономерно. Это происходит в ходе эволюции, при изменении климатических условий, ландшафтов, в результате конкурентных взаимоотношений. В естественных условиях данный процесс протекает медленно. С 1600 г. исчезновение видов подтверждается документально. По данным МСОП, с начала 17 века и до настоящего времени на Земле вымерло 94 вида птиц (1,09%) и 63 51 вида млекопитающих (1,48%). Из этого количества гибель 75% видов млекопитающих и 87% птиц связана с деятельностью человека. Воздействие человека на животных может быть прямым или косвенным. Охрана водных беспозвоночных. Велика роль губок в биологической очистке воды. Пресноводная губка за сутки процеживает 22,5 л, колония морской губки 1575 л. Численность губок в последнее время сократилась из-за промысла, нарушения донных биоценозов и загрязнения воды. Для сохранения роли губок как биофильтров необходимо уменьшить их промысел, использовать такие орудия лова, которые не наносят ущерба водным экосистемам, снизить поступление в водоемы различных загрязнителей. Коралловые полипы – морские колониальные организмы. Загрязнение морской воды, нарушение освещенности и аэрации вызывают гибель коралловых полипов, способствуют размножению животных, разрушающих коралловые рифы. Губительны для коралловых островов испытания атомного и термоядерного оружия. Широко развит промысел креветок, крабов, омаров, лангустов, которые человек использует в пищу. В России промышляют камчатского краба. Запасы его подорваны интенсивным промыслом. Без специальных мер по ограничению промысла они не восстанавливаются из-за медленного роста и позднего размножения. Таким образом, для большинства промысловых и морских беспозвоночных необходимы охрана, рациональное использование путем регулирования норм отлова, акклиматизации и разведения в неволе, защита водоемов от загрязнений. Охрана рыб. За последние десятилетия запасы наиболее ценных промысловых рыб резко сократились. Среди факторов, влияющих на уменьшение запасов рыб, а следовательно, и на улов, наибольшее значение имеют следующее: 1. перелов рыб, 2. загрязнение водоемов, 3. гидротехнические сооружения, 4. обмеление рек. К важнейшим мерам охраны природы пресноводных рыб относят охрану нерестилищ, зимовальных ям, борьбу с зимними заморозками. Для повышения биологической продуктивности водоемов проводятся работы по акклиматизации рыб, беспозвоночных животных и растений, которые служат кормовой базой рыб. Использование рыбных ресурсов регулируется Правилами рыбоводства, издаваемыми для каждого бассейна. Они запрещают добычу рыбы с помощью взрывчатки, огнестрельного оружия, отравляющих веществ, острог, сетей, вылов рыбы у плотин и шлюзов. Охрана земноводных и пресмыкающихся. Учитывая большое практическое значение и роль амфибий в биологическом контроле за численностью вредителей лесных и сельскохозяйственных растений, во многих странах приняты меры по их охране. Изданы постановления, запрещающие отлов и уничтожение амфибий. В период миграции лягушек к водоемам на икрометание специальные знаки на шоссе призывают водителей соблюдать осторожность, движение на этих дорогах в ночное время запрещено. Места нереста земноводных организмов охраняются от хозяйственного использования и загрязнения. Охрана и привлечение птиц. В нашей стране применяют следующие меры охраны охотничьих птиц: запрет охоты на редкие виды, установление сроков и норм отстрела, запрет хищнических способов добывания, борьба с браконьерством , осуществление 52 биотехнических мероприятий, направленных на повышение емкости угодий, увеличение плотности населения птиц, охрана гнезд от разорения. Для восстановления запасов охотничьих птиц организуют заказники с запретом охоты на несколько лет, охотничьи хозяйства. Успешно разводят фазанов, серых куропаток, перепелов, крякв и выпускают их в охотничьи угодья. Охрана млекопитающих. Рациональное охотничье хозяйство должно включать биотехнические мероприятия, направленные на их разведение: посадку кормовых и защитных растений, подкормку, спасение животных при стихийных бедствиях, реакклиматизацию, борьбу с вредителями и болезнями. Важнейшей мерой охраны охотничьих животных является строгое соблюдение законов об охоте, предусматривающих сроки и способы их добывания. Охоту регламентирует Положение об охоте и охотничьем хозяйстве. В положении указаны виды зверей и птиц, на которые охота запрещена, которые можно добывать по лицензиям. Запрещается добыча животных в особо охраняемых территориях, зеленых зонах городов. Не разрешается применение способов массовой добычи животных, охота с автомашин, самолетов, моторных лодок, разорение нор, логовищ, гнезд. Установлены нормы отстрела или отлова для каждого вида животных. 9.3. Охрана редких и вымирающих видов животных. Виды животных, внесенные в Красные книги. Правовая охрана животного мира К редким и вымирающим видам относятся животные, численность которых настолько мала, что их дальнейшее существование находится под угрозой. Они нуждаются в тщательной охране. Большинство редких и вымирающих видов в нашей стране принадлежит к промысловым животным. В прошлом они были широко распространены, обычны и многочисленны. Хищническое использование животных ресурсов в России привело к тому, что к концу XIX – началу XX вв. многие виды стали редкими или очутились на грани исчезновения. Их взяли под охрану, охота на них была запрещена. В местах, где сохранились наиболее ценные виды (зубр, речной бобр, соболь, кулан, выхухоль), организовывали заповедники. Основная задача охраны редких и вымирающих видов состоит в том, чтобы путем создания благоприятных условий для их обитания добиться такого увеличения их численности, которое устранило бы угрозу исчезновения. Важно восстановить естественные запасы животных, чтобы включить их в число промысловых. В нашей стране проведена большая работа по восстановлению численности речного бобра, соболя, лося, сайгака, которые были на грани исчезновения. Все редкие и исчезающие виды животных (как и растения) заносятся в Красную книгу. В Красную книгу России вошло (видов и подвидов): млекопитающих – 65, птиц – 108, рептилий – 11, амфибий – 4, рыб – 10, моллюсков – 15, насекомых – 34. В 1997 г. число видов Красной книги заметно возросло за счет насекомых – 94 вида и моллюсков – 41 вид. Занесение вида в Красную книгу – это сигнал о грозящей ему опасности, о необходимости срочных мер его защиты. Каждая страна, на территории которой живет вид, включенный в Красную книгу, несет ответственность перед своим народом и всем человечеством за его сохранение. 53 В нашей стране для сохранения редких и исчезающих видов организуют заповедники, заказники, животных расселяют в районы былого распространения, подкармливают, создают укрытия и искусственные гнездовья, охраняют от хищников и болезней. При очень низкой численности животных разводят в неволе, а затем выпускают в подходящие для них условия. Эти меры дают положительные результаты. Некоторые виды животных были восстановлены огромными усилиями (зубр, сайгак, амурский тигр, белый медведь, северный калан, стерх, дрофа, стрепет). К редким и охраняемым видам и подвидам животных в России относятся выхухоль, атлантический морж, красноносый ибис, белощекая казарка, краснозобая казарка, чешуйчатый крохаль, реликтовая чайка, тибетская саджа и некоторые другие. В других странах охраняют лошадь Пржевальского, дикого двугорбого верблюда (Монголия), индийского носорога (Индия, Непал), большую панду (КНР), азиатского льва (Индия), коалу (Австралия), калифорнийского кондора (США), гаттерию (Новая Зеландия) и др. Вопросы для самоконтроля 1) Какова роль животных в природе и жизни человека? 2) Какие вы знаете мероприятия по охране важнейших групп животных? 3) Назовите редкие виды животных, занесенные в Красную книгу МСОП. 4) Как осуществляется охрана редких и исчезающих животных в нашей стране? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Константинов, В.М. Рациональное использование природных ресурсов и охрана природы // В.М. Константинов [и др.]. – М.: Академия, 2009. – 272 с. Дополнительная 1. Агроэкология / Под. ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. – 650 с. 2. Николайкин, Н.И., Николайкина, Н.Е., Мелехова, О.П. Экология / Николайкин Н.И., Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 3. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 4. Федеральный закон № 52-ФЗ от 24 апреля 1995 г. «О животном мире» (с изменениями от 1 августа 2011 г.). 5. Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. 6. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 54 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Агроэкология / Под. ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. – 650 с. Водный кодекс Российской Федерации [принят Гос. Думой 8 нояб. 2006 г.: по состоянию на 21 июля 2011 г.]. – М.: Рид Групп, 2011. – 64 с. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области. – Саратов, 2011. – 245 с. Дрогомирецкий, И.И., Кантор, Е.Л. Охрана окружающей среды / И.И. Дрогомирецкий, Е.Л. Кантор. – Ростов-на-Дону: ИЦ МарТ, 2010. – 394 с. Константинов, В.М. Охрана природы / В.М. Константинов. – М.: Издательство: Академия, 2010. – 240 с. Константинов, В.М. Рациональное использование природных ресурсов и охрана природы // В.М. Константинов [и др.]. – М.: Академия, 2009. – 272 с. Лесной кодекс Российской Федерации [принят Гос. Думой 8 нояб. 2006 г.: по состоянию на 1 апр. 2009 г.]. – Новосибирск: СУИ, 2009. – 64 с. Николайкин, Н.И., Николайкина, Н.Е., Мелехова, О.П. Экология / Николайкин Н.И., Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. Охрана окружающей среды в России. – М.: Росстат, 2010. – 304 с. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / С.И. Калмыков [и др.]; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. Реймерс, Н.Ф. Природопользование: словарь – справочник / Н.Ф. Реймерс. – М.: Мысль, 1990. – 637 с. Родькин, О.И., Копиця, В.Н. Охрана окружающей среды / О.И. Родькин, В.Н. Копиця. – Минск : Беларусь, 2010. – 168 с. Российская Федерация. Законы. Федеральный закон «Об охране окружающей среды»: [Федер. закон: принят Гос. Думой 20 дек. 2001 г.: по состоянию на 29 дек. 2010 г.]. – М.: Ось89, 2011. – 64 с. Российская Федерация. Законы. Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха»: [Федер. закон: принят Гос. Думой 2 апр. 1999 г.: по состоянию на 21 нояб. 2011 г.]. – М. : Ось89, 2011. – 32 с. Федеральный закон № 52-ФЗ от 24 апреля 1995 г. «О животном мире» (с изменениями от 1 августа 2011 г.). Экология / Под ред. проф. В.В. Денисова. – М. : ИКЦ «МарТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. Журналы: «Экологический вестник России», «Экология», «Использование и охрана природных ресурсов России». 55