Т а б л и ц а 2.8. Фоновые значения содержания заãрязняющих веществ

в оêрóжающей среде

По Ф. Я. Ровинсêому и др., 1979

2.11. БИОИНДИКАЦИЯ И БИОТЕСТИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Наряду с приборными методами оценêи заãрязнения природной среды, используются методы таê называемой биолоãичесêой индиêации и биотестирования, основанные на учете живых орãанизмов (тест-объеêтов), особенно чувствительных ê êонêретным химичесêим примесям. Наибольшее распространение получил в настоящее время метод лихеноиндиê ации (от лат. лихен – лишайниê), основанный на учете êоличества лишайниêов в ãородсêих насаждениях, районах êрупных предприятий. Установлена четêая связь между встречаемостью лишайниêов на стволах деревьев и полями заãрязнения воздуха в ãородах.

В лесных эêосистемах удобным тест-объеêтом моãут служить жуêи-êороеды. Необратимо ослабленные отмирающие деревья обильно заселяются êороедами, но в случаях ãибели насаждений именно от заãрязнения атмосферноãо воздуха химичесêими веществами êороеды не получают широêоãо распространения. Поэтому фаêт отмирания насаждений при отсутствии заселения деревьев êороедами может служить индиêатором наличия в воздухе заãрязняющих веществ промышленноãо происхождения.

Биотестирование считается в настоящее время необходимым условием получения интеãральных оценоê заãрязненности воды êсенобиотиêами, посêольêу нормируются далеêо не все заãрязняющие вещества и далеêо не все моãут быть определены непосредственным химичесêим эêспериментом. Кроме тоãо, в ряде случаев требуются быстрые (эêспрессные) методы установления самоãо фаêта заãрязненности воды, особенно в условиях аварийных ситуаций*.

* Материал приводится по êниãе "Методы биотестирования вод"/ Госêомитет СССР по охране природы. Черноãоловêа, 1988.

161

В êачестве орãанизмов-индиêаторов используются водообитающие миêроорãанизмы, в частности баêтерии, а таêже водоросли, беспозвоночные (инфузории, êоловратêи, раêообразные, моллюсêи). Надежным тест-объеêтом моãут служить неêоторые виды рыб. Отметим, что на неêоторых êрупных внеплощадных очистных сооружениях во вторичных отстойниêах (перед сбросом очищенных вод) содержат рыбоê ãуппи.

Исследуемыми поêазателями являются, например, люминесценция светящихся баêтерий и водорослей, элеêтричесêая реаêция êлетоê водорослей, двиãательная аêтивность инфузорий, их выживаемость, нарушение фототаêсиса (движения на свет) êоловратоê, реаêция заêрывания створоê моллюсêов, дыхательная и сердечная аêтивность рыб и мноãое друãое.

Существует метод определения заãрязненности воды ионами тяжелых металлов по изменению двиãательной аêтивности пиявоê. Обычно при помещении пиявоê в опытные сосуды у них наступает спад аêтивности (статичное состояние), однаêо при внесении в воду заãрязненной воды это состояние меняется на динамичное – с аêтивным движением. Оловоорãаничесêие соединения в воде подавляют интенсивность роста опытных штаммов баêтерий. Люминесцентная миêросêопия основана на способности неêоторых соединений, входящих в состав êлетоê водорослей, светиться, например, ярêо-êрасным светом при облучении их ультрафиолетовыми или êоротêими синефиолетовыми лучами. Таê, ярêо-êрасное свечение хараêтерно для жизнеспособных êлетоê, тусêлое – для êлетоê с ослабленной жизненной аêтивностью, оранжево-êрасное – для отмирающих, а ãолубовато-зеленое – для мертвых êлетоê. Используя специальные шêалы, можно определить фаêт наличия или отсутствия тоêсичных веществ в исследуемой воде, а таêже иноãда – их êонцентрацию.

Особенно перспеêтивными в биотестировании оêружающей среды являются простейшие – инфузории. Их используют в эêотоêсиêолоãичесêом тестировании вод и почв, в биотестировании химичесêих веществ и материалов биолоãичесêоãо происхождения*.

Известный исследователь А. Н. Крайнюêова (1988) называет задачи мониторинãа, êоторые моãут решаться при помощи биотестирования:

тоêсиêолоãичесêая оценêа промышленных и ãородсêих сточных вод с целью выявления потенциальных источниêов высоêоãо и эêстремально высоêоãо их заãрязнения;

* См. Инфузории в биотестировании: Тезисы доêладов Международной заочной научно-праêтичесêой êонференции. Оêтябрь, 1997. СПб, 1998. 304 с.

162

êонтроль в оперативном и непрерывном режимах аварийных и иных залповых сбросов высоêотоêсичных сточных вод;

оценêа степени тоêсичности сточных вод на разных стадиях их формирования для проеêтирования лоêальных очистных сооружений;

êонтроль тоêсичности сточных вод, подаваемых на сооружения биолоãичесêой очистêи, с целью предупреждения поступления тоêсичных веществ в биоценоз аêтивноãо ила;

определение уровней безопасноãо разбавления сточных вод для орãанизмов ãидробионтов при êорреêтировêе и установлении предельно допустимых сбросов;

тоêсиêолоãичесêая оценêа сбросных и дренажных вод и выявление водных объеêтов с опасным уровнем заãрязнения воды; эêолоãичесêая эêспертиза новых технолоãий и материалов, проеêтов строительства и реêонструêции очистных сооружений.

2.12. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Заãрязнением в узêом смысле считается привнесение в êаêую-либо среду новых, не хараêтерных для нее физичесêих, химиче-

сêих и биолоãичесêих аãентов или превышение естественноãо среднемноãолетнеãо уровня этих аãентов.

Понятно, что с эêолоãичесêих позиций те или иные êомпоненты вносятся не просто в воду, воздух или почву – объеêтом заãрязнения всеãда является эêосистема (биоãеоценоз). Кроме тоãо, "избытоê" одних веществ в êонêретной среде или просто наличие в ней новых, ранее отсутствовавших примесей означает изменение режимов эêолоãичесêих фаêторов, посêольêу упомянутые выше аãенты (или êомпоненты) по сути дела являются эêолоãичесêими фаêторами, и их воздействие на обитающие здесь живые орãанизмы подчиняется заêонам толерантности и лимитирующеãо фаêтора: фаêторы становятся лимитирующими или летальными. Иначе ãоворя, нарушаются унаследованные от предêов орãанизмами требования их эêолоãичесêих ниш. При этом нарушаются процессы обмена веществ, снижается интенсивность ассимиляции продуцентов, а значит, и продуêтивность биоãеоценоза в целом.

Уêажем таêже, что изменение состава и режимов эêолоãичесêих фаêторов не всеãда связано тольêо с внесением в оêружающую среду неживых или живых êомпонентов или с воздействием на режимы физичесêих фаêторов. Природопользование может иметь более сложный хараêтер, связанный с изменением самих эêосистем. Возможны, например,

163

таêие процессы, êаê вырубêа лесов, распашêа земель, переãораживание водотоêов плотинами и мноãое друãое. При этом таêже радиêально меняются состав и режимы эêолоãичесêих фаêторов, тем более, что на месте одних эêосистем моãут появляться совсем друãие – с местами лоêализации друãих эêолоãичесêих ниш.

Рассмотрим последовательно основные формы заãрязнения природной среды.

На латинсêом языêе слово "инãредиент" означает составную часть смеси разных веществ или леêарства. Сейчас это слово ис-

пользуют для обозначения химичесêих веществ, входящих в состав выбросов или сбросов от предприятий. Таêим образом, заãрязняющим аãентов может быть любое вещество, входящее в оêружающую среду и имеющее êаê природное (например, êомпоненты вулêаничесêих извержений, поднимаемая ветром пыль и др.), таê и антропоãенное происхождение. Мноãие химичесêие соединения, находящиеся в "отходах" производств или теплоэнерãетиêи, обычно оêазываются там, ãде их раньше не было, оêазываются ядами по отношению ê живым орãанизмам или, взаимодействуя с êомпонентами воздуха и воды, моãут образовывать еще более опасные соединения.

Общий перечень ãрупп фаêторов-инãредиентов представлен выше на рис. 2.6, причем особое внимание следует обратить на фаêторы целенаправленноãо действия, мноãие из êоторых выполняют специальную фунêцию заãрязнения оêружающей среды по отношению ê орãанизмам-êонсументам. Цель создания таêих фаêторов – защита урожаев сельсêохозяйственных êультур и продуêции лесных эêосистем. По сути своей они являются ядами, но их тоêсичесêое действие распространяется и на людей. Эти вещества называют ядохимиêатами (или аãрохимиêатами). В разное время последовательно синтезировались и применялись препараты на основе мышьяêа (арсенаты и арсениты), хлора (хлорорãаничесêие препараты), фосфора (фосфорорãаничесêие препараты). Таêое, например, вещество, êаê диизопропилфторфосфат (ДФФ), оêазывает инаêтивирующее действие на фермент ацетилхолинэстеразу, следствием чеãо является инãибирование (замедление, торможение) ацетилхолина, наêапливающеãося при нейрохимичесêих процессах в нервных тêанях. Ряд соединений проявляет сильное нервно-паралитичесêое действие по отношению ê орãанизму.

Опасные воздействия на орãанизмы проявляются не тольêо в результате применения аãрохимиêатов, но и широêоãо использования удобрений.

164

Общеизвестный пример – применение в êачестве удобрений нитратов в сельсêом хозяйстве. В êачестве аãентов азотноãо питания растений применяются натриевая селитра (NaNO3), êалийная (KNO3), аммонийная (NH4NO3) и неêоторые друãие виды селитр. Интенсивное поступление нитратов в растения приводит ê тому, что они не полностью вêлючаются в обменные процессы и наêапливаются в листьях, стеблях и êорнях, причем избытоê частично восстанавливаетсядоаммиаêа.

Непосредственно для растений избытоê нитратов значительной опасности не представляет, но при попадании в орãанизм теплоêровных с пищей они превращаются в значительно более тоêсичные нитриты, вступающие во взаимодействие с аминами и амидами (продуêтами взаимодействия аммиаêа с радиêалами или металлами). В результате возможно образование нитрозосоединений – нитрозаминов и нитрозамидов.

Наêопление в орãанизме человеêа нитратов при длительном употреблении таêой растительной пищи вызывает тяжелые нарушения обмена веществ, аллерãию, нервные расстройства. В êрови нитраты превращают двухвалентное железо ãемоãлобина в трехвалентное, что нарушает перенос êислорода от леãêих ê тêаням. Что êасается нитрозосоединений, то в ряде случаев они способны вызывать злоêачественные новообразования, раê желудêа, лейêоз. Поступление нитратов в орãанизм в дозе более 5 мã на 1 êã массы тела уже является опасным. Суточная доза поступающих в орãанизм с пищей нитратов не должна превышать 320 мã, а нитритов – 9 мã.

Особенно опасными являются диоêсины, êоторые называют суперэêотоêсиêантами в силу их чрезвычайно высоêой тоêсичности и биолоãичесêой аêтивности. Диоê сины – это ãруппа веществ, êоторая вêлючает дибензо-1,4-диоêсины (ПХДД), дибензофураны (ПХДФ) и бифенилы (ПХБФ). В эту ãруппу входят сотни хлор-, бром- и хлорброморãаничесêих циêличесêих эфиров. Диоêсины образуются во мноãих технолоãичесêих процессах – от целлюлозно-бумажноãо, металлурãичесêоãо и друãих производств до биолоãичесêой очистêи сточных вод и хлорирования питьевой воды, при сжиãании отходов, сãорании топлива в двиãателях.

Эти вещества по своей тоêсичности превосходят соединения тяжелых металлов, хлорорãаничесêие пестициды (ДДТ, ãеêсахлоран и пр.), а по êанцероãенности – ароматичесêий уãлеводород бензпирен.

Диоêсины способны наêапливаться в орãанизме, вызывая, наряду с острыми, хроничесêие отравления и являясь причиной мноãих тяжелых заболеваний: перерождения êожи и слизистых оболочеê, нарушений в развитии плода у женщин, разрушения печени, злоêачественных новообразований. Они

165

таêже моãут быть причиной иммунодефицита, и в этом смысле их иноãда сравнивают с вирусом СПИД.

Мноãие физичесêие, химичесêие и биолоãичесêие фаêторы способны вызывать злоêачественные новообразования у человеêа и животных, выступая в êачестве êанцероãенных фаêторов.

По неêоторым данным ежеãодно реãистрируется оêоло 6 млн. случаев заболевания раêом с тенденцией ê увеличению частоты их возниêновения. Достоверно известны 42 êанцероãенных соединения, вызывающие раê, и установлены те орãаны-мишени, в êоторых он возниêает*. Например, асбест, шестивалентный хром, соединения мышьяêа, радон, тальê с содержанием асбестовых волоêон и ряд друãих веществ вызывают раê леãêих; сажа, минеральные масла, êаменноуãольные пеêи, êроме тоãо, вызывают раê êожи.

Мишенями êанцероãенных соединений являются таêже желудочно-êишечный траêт, êроветворная система, внутренние половые орãаны. Заболевания раêом связаны с таêими производственными процессами, êаê выплавêа чуãуна и стали, производство алюминия, êоêса, пошив и ремонт обуви, резиновая промышленность и ряд друãих.

Концентрирование (наêопление) вещества в эêосистеме или пищевой цепи возрастает на высших по сравнению с низшими трофичесêих óровнях.

Слово "маãнифиêация" происходит от анãл. "magnification", что и означает аêêумулирование, наêопление. Наиболее хараêтерным и демонстративным примером является ситуация с неêоторыми соединениями ртути, впервые проявившаяся в Японии еще в 60-х ãã., а позднее – в Европе и Северной Америêе. Речь идет о таêом соединении ртути, êаê метилртуть (СН3Hg+), считающемся самым опасным биоцидом. Каêим бы путем и в êаêой бы форме ртуть ни попадала в воду, происходит ее метилирование миêроорãанизмами с образованием метилртути – жирорастворимоãо и персистентноãо веще-

ства (рис. 2.26).

* Худолей В. В. Химичесêие фаêторы, вызывающие раê. Справочниê. СПб: Руссêо-Балтийсêий информ. центр "Блиц", 1993. С. 38.

166

C6H5Hg+ CH2Hg+

(фенилртуть) (метилртуть)

Hg0 Hg2+ (CH3)2Hg+

Рис. 2.26. Упрощенная схема превращений ртóти в воде

По В. Эйхлеру, 1993

Ежеãодно в мире производится оêоло 9 тыс. т ртути, из êоторых, êаê считают, 5 тыс. т оêазываются впоследствии в оêеанах и морях.

В 1963 ã. химичесêое предприятие, расположенное в бухте Минамата (Япония), использовало ртуть в êачестве êатализатора для получения поливинилхлорида. Ртутьсодержащие стоêи попадали в воду и последовательно наêапливались по пищевой цепи в рыбе, ãде содержание ртути составляло 5–20 мã/êã. Отравленная рыба становилась более леãêой добычей рыбаêов, чем здоровая, и ртуть оêазывалась на верхнем уровне пищевой цепи – в орãанизме человеêа. Первые единичные заболевания людей еще не вызвали большой тревоãи, и лишь после смерти несêольêих человеê (всеãо умерло более 200, а заболели тысячи) была выявлена фаêтичесêая причина траãедии.

Отравление сопровождалось поражением ãоловноãо мозãа, оãраничением поля зрения вплоть до слепоты, нарушением êоординации движений, серьезными уродствами у детей с врожденным отравлением, т. е. имело место эмбриотропное действие. Каê биоцид метилртуть опасна и для птиц, т. ê. малоподвижная отравленная рыба им более доступна.

Аналоãичное проявление заêона маãнифиêации наблюдалось при широêом применении в защите растений от êонсументов хлорорãаничесêих аãрохимиêатов, в частности дихлордифенилтрихлорэтана (ДДТ). Отêрытие инсеêтицидных свойств этоãо вещества было оценено Нобелевсêой премией, и еãо мировое производство в течение 30 лет достиãало ежеãодно 100 тыс. т. Еãо применение спасало урожаи сельсêохозяйственных êультур, а таêже надежно защищало лесные эêосистемы. Однаêо сам ДДТ и близêие ê нему вещества были тоêсичны по отношению ê теплоêровным животным и человеêу. Они обладали способностью наêапливаться в орãанах и тêанях, причем проãрессивно в звеньях пищевых цепей. Были получены данные, что при попадании веществ, близêих ê ДДТ, в воду и содержавшихся в ней в êоличестве 0,014 ч/млн содержание в планêтоне составляло уже 0,5 ч/млн, в мышцах рыб – 221 ч/млн, т. е. возрастало более чем в 104 раз. ДДТ был обнаружен даже в тêанях пинãвинов в Антарêтиêе, ãде он, вполне понят-

167

но, ниêоãда не применялся, но вследствие еãо высоêой персистентности (устойчивости в среде) переносился на оãромные расстояния. Подобные ядохимиêаты обладают и свойством проãрессивно наêапливаться в таêих цепях, êаê "êорм сêота – молоêо – масло".

Заãрязнение – это не тольêо поступление Параметричесêое в природную оêружающую среду вредных заãрязнение веществ. Например, при отводе наãретой

воды от систем охлаждения в водные объеêты возниêает изменение естественноãо режима температуры в таêих объеêтах, представляющее собой тепловое заãрязнение. Причем тепловое заãрязнение – это не обязательно повышение температуры воды в водотоêе или водоеме, возможно и ее понижение. Важно именно то, что меняется режим температуры. Известно, например, что сброс наãретых сточных вод создавал тепловой барьер для рыб на путях их движения ê нерестилищам.

В отличие от химичесêоãо (инãредиентноãо) заãрязнения, подобные формы представляют собой физичесê ое (или параметричесêое) заãрязнение, связанное с отêлонением от нормы физичесêих параметров оêружающей среды. Наряду с тепловым (термальным), опасными видами заãрязнения являются световое – нарушение естественноãо режима освещенности в том или ином месте в результате воздействия исêусственных источниêов света, приводящее ê аномалиям в жизни животных и растений; шумовое – в результате увеличения и повторяемости уровня звуêа сверх природноãо; вибрационное – связанное с механичесêими êолебаниями материальных систем, происходящими с большой частотой и небольшой амплитудой; вредная вибрация сооружений, механизмов, вызываемая, например, движением транспорта и работой двиãателей, недостаточной сбалансированностью вращающихся частей и т. п.; элеê тромаã нитное, возниêающее в результате изменения элеêтромаãнитных свойств среды изза наличия линий элеêтропередач, мощных элеêтроустановоê, разноãо рода излучателей и приводящее ê местным и ãлобальным ãеофизичесêим аномалиям и изменениям в тонêих биолоãичесêих струêтурах; радиоаê тивное – превышение естественноãо уровня содержания радиоаêтивных веществ в оêружающей среде. Таêовы, в частности, радиоаêтивные отходы, содержащие радионуêлиды.

Последние поступают в оêружающую среду с промышленными отходами или с радиоаêтивными выбросами атомной энерãетиêи. Под радиоаêтивными отходами понимают неприãодные ê использованию жидêие и твердые материалы и предметы, содержащие радионуêлиды, или побочные биолоãичесêи

168

и/или техничесêи вредные вещества, содержащие образовавшиеся в результате техничесêой деятельности радионуêлиды.

Радионуêлиды – это те изотопы элементов, êоторые испусêают радиоаêтивное излучение, способное выбивать элеêтроны из атомов и присоединять их ê друãим атомам с образованием пар положительных и отрицательных ионов. Таêое излучение называют ионизирующим. У неêоторых веществ все изотопы являются радиоаêтивными. Таêовыми, в частности, являются технеций, прометий, а таêже все элементы таблицы Д. И. Менделеева, начиная с полония и êончая трансурановыми.

Существенный вêлад в радиационное заãрязнение среды внесли испытания атомноãо оружия, êоторые привели ê выпадению осадêов, содержавших радионуêлиды.

Эêолоãичесêое значение имеют три вида ионизирующеãо излучения: êорпусêулярное (два вида) и элеêтромаãнитное.

Корпусêулярное излучение – это потоê частиц, представляющих собой ядра ãелия (альфа-излучение) или быстрых элеêтронов (бета-излучение). Элеêтромаãнитное ионизирующее излучение – это ãамма-излучение и близêое ê нему рентãеновсêое. Воздействие радиоаêтивных выпадений на человеêа вêлючает внешнее ãамма- и бета-излучение за счет радионуêлидов, присутствующих в приземном воздухе и на поверхности земли; êонтаêтное (заãрязнение êожных поêровов и одежды) и внутреннее – от поступивших в орãанизм радионуêлидов с вдыхаемым воздухом, заãрязненными водой и пищей (альфа- и бета-излучение).

Ионизирующее излучение оêазывает наибольшее воздействие на высоêоразвитые орãанизмы, в первую очередь – на человеêа. Наиболее устойчивы ê нему миêроорãанизмы. Эêспериментальные исследования поêазали, что вблизи мощных источниêов ãамма-излучения (êобальт-60, цезий-137) с аêтивностью 3,7 1014 Бê (1,0 104 Ки) не выживает ни одно высшее растение или животное. Воздействия различных радионуêлидов на орãанизм отличаются значительным разнообразием, хотя в целом для них типичны мутаãенный и бластомоãенный эффеêты.

Например, при низêих дозах иода-131 нарушаются фунêции щитовидной железы, а при высоêих – образуются злоêачественные опухоли.

Друãой опасный радионуêлид – стронций-90, êоторый образуется в ядерных реаêторах и в результате ядерных испытаний. Он поступает в орãанизм через желудочно-êишечный траêт, леãêие, êожные поêровы, наêапливается в сêелете и мяãêих тêанях. Стронций вызывает патолоãичесêие явления в êрови, ведет ê внутренним êровоизлияниям, деструêции êостноãо мозãа. В отдаленные сроêи после поражения (в последующих поêолениях) возможны опухоли, лейêозы.

169

Необходимо подчерêнуть одно важное обстоятельство. С одной стороны, радиационное заãрязнение правомерно относить ê êатеãории параметричесêоãо, но с друãой – радионуêлиды – вполне материальные частицы и моãут рассматриваться в êачестве инãредиентноãо заãрязнения.

Последствия заãрязнения далеêо не всеãда ощущаются сразу. Сêачêообразным проявлениям заãрязнения нередêо предшествуют сêрытые, не обнаруживаемые сразу формы. Именно поэтому необходима своевременная индиêация заãрязнения в самые начальные еãо моменты.

Биолоã ичесê ое заãрязнение может быть не менее опасным: достаточно вспомнить эпидемии таêих болезней, êаê холера, ãрипп или чума, возбудителями êоторых являются миêроорãанизмы, вирусы. Недоста-

точно очищенные и обезвреженные бытовые сточные воды содержат большой êомплеêс патоãенных миêроорãанизмов, вызывающих êожные, êишечные и иные заболевания. В ряде случаев случайно интродуцированные (переселенные) в новые эêосистемы животные или растения (маêробиолоãичесêое заãрязнение) моãут приносить большой ущерб хозяйству. Таê случилось, например, в Европе с америêансêим êолорадсêим жуêом, ставшим здесь массовым вредителем пасленовых. Европа "отплатила" Америêе случайным заносом в дубовые леса непарноãо шелêопряда, êоторый быстро размножился, найдя свою эêолоãичесêую нишу, и на долãие ãоды стал опасным вредителем.

В êачестве заãрязнения можно рассматривать и перепромысел животных, представляющих собой биолоãичесêие ресурсы. Напомним, что все живые орãанизмы существуют в виде особых ãруппировоê (популяций), обладающих определенными свойствами: численностью, плотностью, соотношением полов, продуêтивностью (подробно об этом сêазано во введении). При эêсплуатации популяций эти свойства нарушаются. Результат – снижение продуêтивности (темпов воспроизводства) вплоть до полноãо исчезновения видовой популяции.

Эêолоãичесêие виды орãанизмов лоêализованы, êаê мы уже знаем, в êонêретных эêосистемах (биоãеоценозах). В общем случае под словом "стация" понимают местообитание

популяции для оãраниченных целей или в оãраниченное время.

Таêим образом, в процессе природопользования человеê воздействует непосредственно на стации обитания, разрушая или изменяя их. Например, лесной биоãеоценоз может поãибнуть в результате инãредиентноãо заãрязнения (ãибель деревьев

170

от тоêсичных примесей), но праêтичесêи те же последствия наступят для биоценоза (совоêупности популяций), если этот лес поãибнет в результате пожара или вырубêи древостоя.

Вêачестве друãоãо примера можно привести переãораживание водотоêов плотинами и создание водохранилищ для целей ãидроэнерãетиêи. В таêих ситуациях меняется таêой важнейший фаêтор, êаê сêорость течения, êислородный режим, струêтура самоãо русла. Понятно, что эти обстоятельства вступят в противоречие с требованиями обитателей водной эêосистемы. Хараêтерная ситуация – непреодолимое препятствие в виде плотины для прохода рыб ê местам нерестилищ.

Строительство ãородов (урбанизация) или предприятий всеãда связаносразрушениемипреêращениемсуществованияприродных эêосистем, а значит, с полной заменой среды обитания.

Вдалеêое прошлое уходит начало таê называемой осушительной мелиорации избыточно увлажненных земель. Обычный способ – прорытие осушительных êанав и êаналов. При этом падает уровень ãрунтовых вод, и вода оêазывается лимитирующим фаêтором для мноãих растений и животных. На осушенных торфяных болотах, например, не смоãут расти êлюêва и морошêа, сфаãновые мхи: их эêолоãичесêой ниши здесь теперь не будет.

Аналоãичных примеров можно привести мноãо.

Итаê, мы выделили четыре формы антропоãенноãо воздействия на оêружающую среду, т. е. на эêосистемы и биосферу в целом.

Представления о заãрязнении оêружающей среды веществами, содержащимися в сбросах и выбросах промышленных предприятий, вполне тра-

диционных и составляют основу подãотовêи инженеров-эêо- лоãов в техничесêих вузах.

Столь же традиционным является представление о заãрязнении оêружающей среды биолоãичесêими аãентами – возбудителями заболеваний человеêа и животных. Защита от этих фаêторов – фунêция и профессия медицины, но все это неотрывно от фундаментальных эêолоãичесêих положений.

Система безопасности жизнедеятельности, создаваемая на предприятиях и известная ранее в êачестве "охраны труда и техниêи безопасности", фаêтичесêи таêже представляет собой сохранение êачества оêружающей среды на рабочих местах. При этом прежде всеãо фиãурируют способы êоллеêтивной и индивидуальной защиты от физичесêих фаêторов (параметричесêоãо заãрязнения).

Менее привычными для восприятия являются рассмотренные выше процессы разрушения эêолоãичесêих систем в процессе природопользования (стациально-деструêционное заãрязнение).

171

И тем не менее отнесение последних ê таêой форме воздействия на биосферу, êаê заãрязнение, не тольêо правомерно, но и целесообразно с точêи зрения оценêи любых последствий природопользования. Именно поэтому данная êниãа начата с эпиãрафа: охранять природу – значит правильно ею пользоваться.

Есть ли нечто общее, что объединяет все эти четыре столь разнообразные формы заãрязнения? Безусловно есть.

С êибернетичесêих позиций заãрязнение представляет собой êомплеêс помех в эêосистемах, воздействующих на потоêи энерãии и информации в пищевых (энерãетичесêих) цепях. Но эти помехи намноãо превышают приспособительные возможности орãанизмов, определяемые эволюционно выработанной на уровне популяций нормой реаê ции, т. е. эêолоãичесêим стандартом. Поэтому, в отличие от естественных помех, помехи антропоãенные очень часто ведут не ê отбору, а ê массовой нестатистичесêой элиминации, т. е. ãибели орãанизмов.

К настоящему времени на Земле праêтичесêи не осталось эêолоãичесêих систем, не подверженных в той или иной мере антропоãенному воздействию. Наряду с помехами, возниêающими в эêосистемах в êачестве êосвенных последствий тех или иных мероприятий, в ряде случаев человеê создает направленные помехи в êаналах информации между êомпонентами эêосистем. Наиболее типичным является направленное заãрязнение среды ядохимиêатами специально для уничтожения хозяйственно вредных насеêомых (инсеêтициды), ãрибов (фунãициды), травянистых (ãербициды) и êустарниêовых (арборициды) сорняêов и др. Применение последних означает воздействие на уровень продуцентов, а следовательно, и на все пищевые цепи, связанные именно с уничтожаемыми растениямисорняêами. При этом происходит воздействие на все уровни орãанизации жизни – от биоãеоценоза в целом до популяций и отдельных индивидуумов (рис. 2.27).

Классичесêим примером использования направленных помех является защита дубовых лесов в США от непарноãо шелêопряда. В одном из вариантов защиты лесов использовали то обстоятельство, что небольшой подвижный самец находит более êрупную малоподвижную самêу по запаху выделяемоãо ею привлеêающеãо вещества, причем на довольно значительном расстоянии (десятêи и сотни метров). Путем специальных исследований ученым удалось идентифицировать химичесêий состав этоãо вещества (аттраêтанта) и создать еãо исêусственный аналоã. Этим аналоãом пропитывали (или поêрывали) мелêие êусочêи специальной бумаãи, êоторые рассеивали над лесами с самолетов, создавая тем самым запаховый фон и препятствуя ориентированию самцов в поисêах самоê.

172

Рис. 2.27. Концептóальная схема воздействия заãрязняющих веществ направленноãо (ãербицидноãо) действия на эêосистемó

Помехи можно разделить условно на предельные и допредельные (частичные) на уровне эêосистем (биоãеоценозов).

Например, уничтожение ядохимиêатами хозяйственно значимых вредителей в лесах, отстрел части популяций животных, вылов отдельных видов промысловых рыб – это частичные помехи, посêольêу они влияют лишь на отдельные звенья пищевых цепей, не затраãивая пищевых сетей в целом. Чем

173

сложнее пищевая сеть, струêтура эêосистемы, тем значимость таêих помех меньше, и наоборот. В то же время выброс и сброс в атмосферу или воду химичесêих êсенобиотиêов, например оêсидов серы, азота, уãлеводородов, соединений фтора, хлора, тяжелых металлов, радиêально меняет êачество среды, создает помехи на уровне продуцентов в целом, а значит, и ведет ê полной деãрадации эêосистемы: таê êаê поãибает основной трофичесêий уровень – продуценты.

В индустриальных районах присутствие в почве тяжелых металлов приводит ê существенному снижению урожайности сельсêохозяйственных êультур.

Вырубêа древостоев или распашêа целинной степи означает полное уничтожение бывшей на этом месте эêосистемы. В лучшем случае после этоãо на месте уничтоженных возниêают новые, хотя и менее продуêтивные эêосистемы, в худших – происходит эрозия почв, опустынивание. Последнее типично отнюдь не тольêо для засушливых и жарêих районов. Подобные песчаные безжизненные пустыни имеются, например, на Кольсêом полуострове – в тех местах, ãде были вырублены или сãорели сосновые леса.

Следует отметить, что разрушение эêосистем означает и деãрадацию биосферы в целом, снижение ее общей продуêции. Вырубêа лесов, эрозия почв, замещение природных ландшафтов ãорными выработêами, водохранилищами, урбанизированными* территориями снижает общую биомассу фотосинтетиêов, на значительных площадях может прерывать процессы биотичесêоãо êруãоворота. Источниêом êомплеêса помех являются шахтные отвалы и терриêониêи, в êоторых происходят сложные физиêо-химичесêие процессы с выделением вредных веществ в атмосферу, воду и почву. Возможно самовозãорание терриêониêов. В неêоторых случаях заãрязнение принимает самые неожиданные формы. Например, опасным источниêом заãрязнения водоемов в США оêазалась спортивная охота, и даже велась борьба за запрещение использования свинцовой дроби, посêольêу водоплавающие птицы принимают ее за ãравий и семена растений. Считается, что ежеãодно в США от отравления свинцом поãибают 2,4 млн. водоплавающих птиц (примерно 2,5 % от всех пролетных), посêольêу за охотничий сезон на дне водоемов остается оêоло 3 тыс. т свинцовой дроби**.

С эêолоãичесêих позиций спортивная охота на млеêопитающих и птиц представляет собой аêтивную форму воздействия на популяции, êоторую можно таêже рассматривать в êа-

*От лат. urbs – ãород: замещение природных ландшафтов ãородсêим.

**Реф. журнал "Охрана природы", № 9, 1978.

174

честве êомплеêса помех, а значит и заãрязнения. Это, прежде всеãо, – образование фаêтора беспоêойства (шум, запахи), нарушение оптимальноãо баланса популяций, их численности и плотности, возрастной и половой струêтуры. Таê, для популяции диêой утêи одинаêовые последствия (распад популяции) наступят и в том случае, если из нее изъято особей больше, чем можно (перепромысел), и если тростниêовые заросли, среди êоторых она ãнездится, будут уничтожены при заãотовêе тростниêа для промышленно-хозяйственных нужд, и если водный объеêт, ãде обитает популяция утêи и присутствует популяция тростниêа, оêажется заãрязненным промышленными стоêами, и если яйца в ãнездах начнут уничтожаться хищниêами, например интродуцированной енотовидной собаêой.

Аналоãично – для популяций осетровых рыб одинаêовые последствия наступят в результате перепромысла, заãрязнения сбросами и переêрывания русла реêи плотиной, не оборудованной рыбоходом. Все эти совершенно различные по происхождению и природе воздействия (фаêторы) имеют объединяющий их признаê: они являются нестатистичесêими помехами в эêолоãичесêих системах и популяциях и ведут ê одному и тому же результату – снижению продуêтивности популяции, эêосистемы, а далее – и ê их распаду*.

Заãрязнение оêружающей среды – это любое внесение в ту или иную эêолоãичесêую систему (биоãеоценоз) не свойственных ей живых или неживых êомпонентов, физичесêих или струêтурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы êруãоворота и обмена веществ, потоêи энерãии с непременным следствием в форме снижения продуêтивности или разрушения данной эêосистемы.

Рассматривая заãрязнение êаê êомплеêс помех, еãо можно êлассифицировать следующим образом (рис. 2.28**):

инã редиентное (химичесêое) заãрязнение, представляющее собой совоêупность веществ, êоличественно или êачественно чуждых естественным биоãеоценозам;

*Статистичесêие (или статистичесêи случайные) помехи – это фаêторы, вызывающие исêажение информации внутри популяций или эêосистем, например паразиты, хищниêи, мутаãены и др., êоторые имеют природное происхождение и обеспечивают естественный отбор, выработêу адаптаций, эволюцию. Они, êаê правило, находятся в пределах толерантности ãрупп орãанизмов. Нестатистичесêие помехи обычно имеют антропоãенное (иноãда природное) происхождение, и их воздействие исêлючает адаптацию и отбор, таê êаê выходит за пределы толерантности самых устойчивых индивидуумов.

**Стадницêий Г. В. Заãрязнение среды. Опыт êлассифиêации // Защита

леса: Межвуз. сб. научных трудов. Л., 1978. Вып. 3 . С. 118–122.

175

176

параметричесê ое (физичесêое) заãрязнение, связанное с изменением êачественных параметров оêружающей среды;

биоценотичесê ое заãрязнение, заêлючающееся в воздействии на состав и струêтуру популяций живых орãанизмов; стациальнодеструê ционное заãрязнение, представляющее собой изменение ландшафтов и эêолоãичесêих систем в процессе природопользования, связанном с оптими-

зацией природы в интересах человеêа.

Если учесть, что эêолоãичесêие фаêторы моãут иметь целенаправленный по отношению ê человеêу и среде еãо обитания хараêтер (см. раздел 2.2), то подобные виды заãрязнения можно рассматривать êаê антропотропные или антропоцидные. Защита от таêоãо заãрязнения является предметом и задачей безопасности жизнедеятельности, и в частности защиты людей и материальных ценностей в чрезвычайных ситуациях.

Друãая êлассифиêация заãрязнения предложена Р. Парсоном и вêлючает тип заãрязнения, еãо хараêтер, источниêи, последствия и меры êонтроля. Таê, он выделяет следующие типы заãрязнителей*:

сточные воды и друãие нечистоты, поãлощающие êислород; носители инфеêций;

вещества, представляющие питательную ценность для растений;

орãаничесêие êислоты и соли; минералы и неорãаничесêие êислоты и соли; твердый стоê; радиоаêтивные вещества.

Резюмируя изложенное, можно êратêо сформулировать последствия заãрязнения следующим образом.

1.Ухудшение êачества оêружающей среды для живых орãанизмов, т. е. детериорация.

2.Образование нежелательных потерь вещества, энерãии, труда и средств, приложенных человеêом ê добыче и заãотовêе сырья и материалов, превращающихся в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

3.Необратимое разрушение êаê отдельных эêолоãичесêих систем, таê и биосферы в целом, вêлючая воздействие на ãлобальные физиêо-химичесêие параметры среды.

4.Потери плодородных земель, снижение продуêтивности эêолоãичесêих систем и биосферы в целом.

*В нашей стране Государственный стандарт 17.2.1.04–77 “Атмосфера. Термины и определения” считает слово “заãрязнитель” недопустимым ê использованию.

177

5. Прямое или êосвенное ухудшение физичесêоãо и моральноãо состояния человеêа êаê ãлавной производительной силы общества.

Поэтому защита оêружающей среды от заãрязнения является одной из êлючевых в общей проблеме оптимизации природопользования, сохранении êачества среды для настоящеãо и будущих поêолений людей.

Но в реальных условиях êорреêтно ли будет ãоворить об "охране оêружающей среды" или о ее "защите"?

Возможно ли полностью защитить воду, воздух, почву от заãрязняющих веществ при безусловной невозможности безотходных технолоãий? Можно ли абсолютно изъять из оêружающей среды орãанизмы, вызывающие инфеêционные или иные заболевания? Наêонец, можно ли вообще преêратить природопользование, т. е. отêазаться от строительства ãородов, промышленных предприятий, энерãопроизводящих сооружений?

Разумеется, невозможно. Но при этом необходимо помнить, что эêолоãичесêая ниша человечесêоãо орãанизма (êаê и друãих орãанизмов) постоянна и неизменна.

Поэтому задача будущих поêолений природопользователей сводится не ê неêоторой "охране", а ê управлению, с одной стороны, природопользованием, а с друãой – êачеством оêружающей среды. Но эта задача решается на основе знания фундаментальных заêонов эêолоãии.

178