12. Забруднення навколишнього середовища

Забруднення привнесення в яке-небудь середовище нових, нехарактерних для нього фізичних, хімічних і біологічних агентів або перевищення природного середньобагаторічного рівня вмісту цих агентів в середовищі об'єктом забруднення є елементарна структурна одиниця біосфери — біогеоценоз.

Саме вчены видыляють основні найбільш шкідливі об’єкти виробн,і класифікують в такому порядку: атомна промисловість, енергетика, чорна і кольорова металургія, нафтохімія, хімічна промисловість, транспортування нафти і газу, виробництво, зберігання, транспортування і знищення боєприпасів, будівництво доріг, сільськогосподарські об'єкти, легка промисловість. Всі забруднюючі чинники по фізико-хімічних параметрах поділяють на механічні, фізичні (енергетичні), хімічні і біологічні.

Механічні джерела (пиловими частинами в атмосф. Твердими частками у грунті та воді)

хімічних джерел газоподібні, рідкі і тверді хімічні елементи і сполуки

Фізичними (енергетичними) джерелами тепло, шум, вібрації, ультразвук, видимі, Біологічні забруднення пов'язані з різними видами організмів, що з'явилися за участю людини і заподіювали шкоду їй самій або живій природі.

Показники екологічного неблагополуччя:

Норма (Н) — стан системи, що відповідає області її рівноваги, стійкості

Ризик (Р) — вірогідність деградації навколишнього середовища або переходу його в нестійкий стан в результаті поточної або планованої господарської діяльності.

Катастрофа (К) — нерівноважне, нестаціонарне перетворення навколишнього середовища, наслідком якого стає втрата стійкості (рівноваги) в результаті зміни власних параметрів, швидкої зміни зовнішніх змінних.

Біда (Б) — наслідки катастрофи.

14. Біогеоценотична діяльність мікробного комплексу

Характеристика мікробного комплексу. Мікроорганізми — найбільш вивчена група ґрунтового біонаселення, що пов'язано з видатними роботами академіка Е.Н. Мішустіна і його учнів.

Мікроскопічне населення ґрунту надзвичайно велике і різноманітне. Основні групи ґрунтового мікронаселення: бактерії, гриби, актиноміцети, численні водорості. Ці організми характеризуються виключно малими розмірами (маса бактерійної клітки складає 2,92 · 10^–12г, розмір 0,5–1,0 мкм в поперечнику). Для них характерні коротка тривалість життя (від декількох годин до декількох днів), незвичайно висока ферментативна активність, висока чутливість до щонайменших змін навколишнього середовища і здібність до продукування токсинів (мікотоксинів), наприклад у грибів за певних умов.

По відношенню до кисню виділяють аеробні (ті, що споживають кисень) і анаеробні (що живуть за відсутності кисню) організми, за способом живлення — автотрофні (самі створюють органічну речовину) і гетеротрофні (харчуються готовою органічною речовиною). Чисельність мікроорганізмів сильно коливається залежно від ґрунтово-екологічних чинників.

Роль мікроорганізмів в круговороті речовин. Мікроорганізми грають основну роль в круговороті речовин в біогеоценозах, мінералізуючи органічні залишки і замикаючи таким чином біологічні цикли екосистем.

Ці значні об'єми органічної речовини мінералізуються в результаті діяльності ґрунтових організмів, перетворюючись з недоступних органічних сполук в засвоювані рослинами мінеральні форми. Основними деструкціями при цьому виступають мікроорганізми. На частку мікроорганізмів припадає 85% діоксиду вуглецю, що виділяється при розкладанні, на частку ґрунтових тварин — 15%. При цьому в аеробних умовах гриби дають дві третини, а бактерії — третину СО₂. Далі з мінеральних сполук знов синтезується органічна речовина. Так в загальному вигляді протікає малий (біологічний) круговорот.

Характер і інтенсивність біологічного круговороту залежать від трьох головних чинників:

• складу рослинності,

• гідротермічного режиму і

• комплексу організмів-трансформаторів.

Трансформація органічних речовин і обмін газоподібних продуктів мікробного метаболізму супроводжуються взаємодією ґрунтових мікроорганізмів з первинними і вторинними мінералами ґрунту.

За своїм значенням для біосфери цей процес зіставимий з фотосинтезом і фіксацією молекулярного азоту, оскільки мінеральні елементи, першоджерела яких знаходяться в літосфері, необхідні для життя всіх організмів на Землі. Без них неможливе створення органічної речовини, носія потенційної енергії, перетвореної зеленими рослинами з кінетичної енергії сонячного променя. Практично немає жодного елементу, який не піддавався б дії мікроорганізмів або їхніх метаболітів.

Мінеральна частина ґрунту руйнується під впливом різних неорганічних і органічних кислот, лугів, ферментів і інших сполук — продуктів життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів. Так, нітрифікуючі мікроорганізми виділяють сильну азотну кислоту в процесі нітрифікації. За сприятливих умов в процесі нітрифікації за рік в ґрунті може утворитися до 300 кг нітратів на 1 га.

Діоксид вуглецю, що виділяється в процесі дихання мікроорганізмів, сприяє розчиненню мінералів. Так, нерозчинні фосфати розчиняються вугільною кислотою, яка утворюється від взаємодії СО₂ і води за участю мікроорганізмів.

Від того, наскільки інтенсивно відбуваються ці процеси, залежить ступінь забезпеченості рослин необхідними елементами живлення і енергією.

Паралельно з розкладанням органічних залишків в ґрунті йдуть процеси гуміфікації. У цих процесах велика роль ґрунтової біоти, зокрема мікроорганізмів. Всі різновиди мертвої органічної речовини, піддававшись в ґрунті біологічному розкладанню і окисленню — гуміфікації, перетворяться звичайно в єдину, досить стабільну хімічну субстанцію ґрунтового субстрату — гумусові речовини.

При гуміфікації рослинних і тваринних залишків спостерігається послідовність в зміні деструкцій, видовий склад і інтенсивність розвитку яких до певної міри залежать від органічних сполук, що входять до складу рослинних і тваринних залишків. При цьому відбувається не тільки розкладання органічних залишків, але і синтез нових органічних сполук. Продукти розпаду використовуються, зокрема, в процесі синтезу специфічних органічних речовин ґрунту — фульвокислот і гумінових кислот. Прийнято вважати, що фульвокислоти утворюються в сильно кислому середовищі, де ґрунтова фауна представлена слабо. Гумінові кислоти характерні для ґрунтів із слаболужною реакцією, в яких переважають деструкції (особливо безхребетні тварини і дощові черв'яки).

Ґрунтові мікроорганізми володіють унікальною здатністю фіксувати газоподібний, атмосферний азот і переводити його в засвоєні для рослин сполуки. Азот, що фіксується ґрунтовими мікроорганізмами, називається біологічним, а мікроорганізми, що зв'язують молекулярний азот, — азотфіксаторами, або

Азотфіксуючі мікроорганізми ділять на несимбіотичні і симбіотичні. Несимбіотичні азотфіксатори, у свою чергу, розділяють на:

• вільноживучі (не пов'язані безпосередньо з кореневими системами рослин);

• асоціативні, які мешкають в прилеглому до коріння ґрунті (ризосфері) або на поверхні коріння і листя.

Сумарна річна кількість азоту, що продукується вільноживучими азотфіксуючими мікроорганізмами за рік, коливається для різних ґрунтів від десятків до сотень кілограмів на 1 га:

Симбіотичні азотфіксатори (бульбочкові бактерії) живуть в тканинах рослин, стимулюючи утворення особливих розростань на корінні або листі у формі бульб або вузликів, в яких здійснюється фіксація азоту атмосфери. Ці розростання називаються бактероїдами і фактично є азотфіксуючими органелами клітин бобової рослини — господаря.

Унікальні функції мікроорганізмів по фіксації атмосферного азоту набувають особливого значення у зв'язку з посиленням антропогенної дії на агроекосистеми і можливістю використання біологічних механізмів живлення рослин. Це дозволяє в майбутньому перейти від сучасного «хімічного» землеробства до конструювання агробіоценозів на біологічній основі.

Мікроорганізми протягом року можуть синтезувати на 1 га орного шару ґрунту до 400 г тіаміну, 300 г піридоксину і 1 кг нікотинової кислоти, причому при збагаченні ґрунту Azotobacter кількість вітамінів в ґрунті зростає в 5 разів (табл.).

В результаті значної чисельності мікроорганізмів, високій швидкості їхньої генерації і короткої тривалості життя до біологічного круговороту залучається велика кількість мікробної біомаси, що обумовлює ґрунтову родючість і постачання рослин необхідними елементами і іншими життєво важливими речовинами, причому ці речовини поступають в збалансованому вигляді і в необхідні для рослини терміни.

Екотоксикологічні функції мікроорганізмів. Мікроорганізми — індикатори фізіологічного стану рослин в системі ґрунт — рослина. Здатність ґрунтових мікроорганізмів чутливо реагувати на щонайменші зміни навколишнього середовища і висока ферментативна активність дозволяють використовувати їх для індикації стану екосистем і оцінки деградації токсичних сполук в них. Ця особливість ґрунтових мікроорганізмів робить їх незамінними в сучасних екологічних дослідженнях, особливо для ранньої діагностики змін, що відбуваються в екосистемах під впливом токсичних речовин і їхньої мікробної трансформації.

З безлічі ґрунтово-екологічних чинників — фізичних, хімічних, агрохімічних і біологічних — останні є найбільш чутливими і здатними найадекватніше характеризувати фізіологічний стан рослин в системі ґрунт — рослина.

Висока чутливість показника кількості мікробної біомаси, що відображає стан рослин, пояснюється адекватністю інтенсивності біологічного круговороту в системі ґрунт — рослина. Чим активніший стан рослин (чим молодша рослина), тим інтенсивніше протікають біохімічні процеси, що виражається в специфіці формування кореневих виділень, які є поживним і енергетичним матеріалом для мікроорганізмів, що населяють ґрунт. Мікроорганізми збільшують свою чисельність, а це зрештою визначає мікробну продуктивність.

Таким чином, кількість мікробної біомаси, що характеризує фізіологічний стан рослин, є інтегральним показником системи ґрунт — рослина і може бути використано в різних екологічних дослідженнях (наприклад, при нормуванні антропогенних навантажень, визначенні стійкості екосистем і т. д.).

Мікроорганізми — показники антропогенного забруднення екосистем. Мікроорганізми, володіючи винятковою чутливістю і великою видовою різноманітністю, можуть служити хорошими індикаторами стану екосистем. Так, в умовах підвищеного забруднення біогеоценозів токсичними важкими металами, переущільнення ґрунту змінюється комплекс мікробіологічних показників. Наприклад, на ділянках, доступних до підвищеного антропогенного впливу (по рівню забруднення свинцем двократні відмінності, по ступеню щільності відмінності дещо вищі), відмічається 7–10-кратне зниження чисельності аеробних гетеротрофних мікроорганізмів.