Методическое пособие 817

Для оценки устойчивого развития экологических систем различного уровня (федеральный, региональный, локальный) разработано и апробировано множество индикаторных инструментов. Все они подразумевают комплексный подход к управлению той или иной экологической системой, что способствует поддержанию динамического равновесия между техногенной деятельностью и природной средой, повышению жизненного комфорта, развитию экологичных производств, экономическому благополучию в долгосрочной перспективе.

В последнее десятилетие наметилась тенденция снижения количества индикаторов устойчивого развития территорий (например, в США вместо первоначальных четырехсот показателей устойчивого развития городов сейчас используют сорок). Это вызвано, прежде всего, более глубоким пониманием самого определения «устойчивого развития», осознанным использованием тех или иных показателей для адекватной оценки экосистем различного уровня при разумных затратах. Выбор репрезентативных, доступных и понятных для широкого круга пользователей индикаторов для описания состояния экологических систем позволяет повысить качество оценки устойчивости и принимаемых управленческих решений, устранив «шум» от излишней информации. В настоящее время выделяют 6 основных требований к индикаторам устойчивого развития экосистем: релевантность (соответствие поисковому запросу пользователя), масштабируемость (возможность применения индикаторов для описания систем различных уровней), отражение географических и культурных особенностей исследуемой территории, значимость, достоверность и доступность. Следует отметить, что до сих пор не разработана оптимальная единая система индикаторов даже для городов в пределах одной страны, что значительно затрудняет сравнительный анализ их устойчивого развития и эффективности управления. Особый интерес специалистов вызывает оценка устойчивости локальных экосистем в границах предприятий одного типа или группы родственных по своему назначению (а, следовательно, и по оказываемому воздействию на окружающую среду) производств [1, 2].

Эта проблема актуальна и для Вооруженных Сил, которые включают военнопромышленные, военно-технические комплексы, группы войск с различными системами вооружения. Военная экосистема интегрирует такие сложные системы, как природная среда и военные объекты (ВО). Отличительная черта военной экосистемы – приоритетность выполняемых задач боевой подготовки, которые в принципе не совместимы с защитой окружающей среды. Полностью исключить влияние военных объектов на окружающую среду (в том числе и в мирное время) не представляется возможным, так как военная деятельность априори не предполагает разработку безопасных и безотходных технологий. Поэтому основная цель управления войсками и силами в мирное время заключается в сведении к минимуму негативного влияния ВО на природу при выполнении задач по планам боевой подготовки [3]. Для этого необходима разработка новых подходов для оценки и прогнозирования устойчивого развития как са-

100

мих военных объектов, так и их влияния на эколого-социо-экономичемкую ситуацию в прилегающих населенных пунктах.

Территориальная антропоэкосистема ВО включает природу, население (военнослужащие, гражданские лица, жители близлежащих населенных пунктов), технические и хозяйственные постройки, средства деятельности. Для оценки устойчивости экосистем рассчитывают индекс, который сопоставляет изменения состояния экосистемы и антропогенного воздействия. Экологическая система, долгое время функционирующая при значительных внешних нагрузках без критического изменения ее основных компонентов (например, вымирания или значительной деградации видов), считается устойчивой. Индекс устойчивости экологической системы Jуст рассчитывают по известной формуле [1]:

где ∆S – относительное изменение обобщенного показателя экосистемы, ∆F – относительное изменение уровня антропогенной нагрузки на экосистему.

Разнообразие сложных структур ВО, решаемых ими задач, применяемой техники и оборудования предопределяет многогранность видов воздействия на природную, социальную и экономическую сферы рассматриваемой антропоэкосистемы. Основываясь на известных разработках в области военной экологии [3-5], положениях концепции устойчивого развития экосистем [1] и собственном опыте проводимых исследований [6, 7], можно выделить шесть параметров устойчивости военных объектов в зависимости от вида их воздействия на окружающую среду.

1.Безотходность. Индикаторы безотходности отражают полноту применения материалов, энергоресурсов и сырья при строительстве и эксплуатации военного объекта. Повышение эффективности использования различных ресурсов обеспечивает упреждающее устранение источников загрязнения, тем самым, исключая необходимость принятия мер по ликвидации последствий их образования. Безотходность - одно из приоритетных требований, которое обеспечивает устойчивое развитие любого объекта.

2.Экологичность. Индикаторы экологичности подразделяются на химические, физические и механические. Химические определяются путем соотношения фактических концентраций выбросов загрязняющих веществ к их предельно допустимым концентрациям в воздухе, почве, водах; физические (электромагнитное, ионизирующее и тепловое излучения, шум, вибрация и др.) – к предельно допустимым уровням. Механические индикаторы представляют собой все другие типы загрязнений окружающей среды, которые не накладывают на нее ни химических, ни физических полей. К ним можно отнести преобразование ландшафта, загрязнение окружающей среды медленно разлагающимися материалами и др.

101

3.Утилизируемость. Индикаторы утилизируемости характеризуют возможность вторичного применения элементов (изделий, средств) объекта военной деятельности при снятии его с вооружения.

4.Экономичность. Эколого-экономические индикаторы показывают соотношение затрат на устранение экологических последствий функционирования ВО в штатном и/или аварийном режимах и общих затрат на их эксплуатацию. Затраты на устранение экологического ущерба могут варьироваться в широком интервале в зависимости от внешних факторов и длительности эксплуатации объекта, его изначального качества и проводимых мероприятий по модернизации. Стоимость устранения экологических последствий целесообразно учитывать заранее при проектировании, изготовлении и введении объекта в эксплуатацию путем обеспечения дополнительных мер по экологической безопасности. Эколого-экономические индикаторы позволяют оценить эффективность принимаемых мер, выбрать наилучшее конструкторское решение, оптимизировать стадии управления при проектировании и эксплуатации военных объектов.

5.Безопасность. Этот вероятностно-статистический тип индикатора – наиболее общий показатель качества используемой техники и других средств военной деятельности. Эффективность отражает соотношение полезного действия (конечного результата) к приложенным усилиям или пригодность объекта для применения по назначению. Для оценки экологической безопасности технического объекта целесообразно рассчитывать индекс ресурсной эффективности, равный отношению конечных результатов к затраченным ресурсам. Также

вкачестве интегрального вероятностного индикатора экологической безопасности возможно использовать и обобщенный показатель надежности, который связан со всеми техническими параметрами рассматриваемых объектов. Надежность – это свойство объекта сохранять свои параметры для нормального функционирования всей системы в установленных пределах и режимах эксплуатации с течением времени. Надежность включает в себя такие понятия как долговечность, безотказность работы объекта, возможность его ремонта, длительного хранения.

Индикаторы безопасности (эффективность и надежность) по своему определению характеризуют технические системы и технологические процессы. Однако при учете экологических последствий в результате возможных отказов и нарушения нормального функционирования техники и механизмов эти индикаторы наглядно отражают экологическую безопасность исследуемого объекта. Последствием технического отказа, как правило, является критическое повышение концентраций загрязняющих веществ на территории расположения военного объекта и за его пределами. Другим примером применения этих индикаторов для оценки экологической устойчивости любых экосистем может служить превышение лимитов на природопользование (объемов использования природных ресурсов, выбросов загрязняющих веществ, бытовых отходов и др.). В том случае отказы могут быть вызваны несовершенством управления техни-

102

ческими системами и технологическими процессами, недопустимым износом оборудования и старением материалов, низкой изученностью свойств какихлибо новых объектов, вводимых в эксплуатацию.

6. Комфортность. Комфортность жизни – неотъемлемый параметр устойчивого развития экосистем, который отражает эффективное формирование и улучшение основных экологических, социальных и экономических параметров развития территорий и социума. К индикаторам комфортности относятся: продолжительность жизни, наличие у населения и военнослужащих экологообусловленных заболеваний, качество жизни, доступность медицинских и образовательных учреждений, наличие рекреационных зон и др.

Предлагаемая структура анализа военных экосистем представлена на рис.

2.

Рис. 2. Структура эколого-социально-экономических индикаторов устойчивости военной экосистемы аэродрома

Для обеспечения максимально возможной устойчивости военных экологических систем необходимо, чтобы фактические уровни всех воздействий военных объектов деятельности на объекты окружающей среды не превышали установленных нормативов. При оценке эколого-социо-экономических индикаторов устойчивости военных экосистем следует исходить из «принципа безальтернативности», согласно которому, «превышение допустимого уровня воздей-

103

ствия объекта на окружающую среду хотя бы по одному показателю не может быть компенсировано имеющимся запасом по другим» [3].

Литература

1.Керк, Г. Комплексный индекс устойчивого общества: SSI - Индекс устойчивого общества / Г. Керк, А. Мануэль // Экологическая экономика. – 2008. – Т. 66(2–3). – С. 228– 242.

2.Манцева, Е. А. Устойчивое развитие промышленного предприятия: понятие и критерии оценки / Е. А. Манцева, Е. Р. Магарил // Вестник УрФУ. Серия: Экономика и управление. – 2012. – № 5. – С. 25–33.

3.Экология. Военная экология: учебник для вузов Министерства обороны Российской Федерации / под общ. ред. В. И. Исакова. – М.–Смоленск: ИД Камертон–Маджента, 2006. – 724 с.

4.Кучер, М. И. Экология: учеб. пособие / М. И. Кучер / Под ред. Е. Э. Френкеля. – Вольск: ВВИМО, 2015. – 265 с.

5.Организация экологической безопасности военной деятельности: учеб. Пособие для руководящего состава ВС, других войск, воинских формирований и органов РФ. – М.: Филиал ФГУП «Воениздат», 2005. – 480 с.

6.Кочетова, Ж. Ю. Оценка влияния авиационно-космической деятельности на экологическое состояние урбанизированной территории / Ж. Ю. Кочетова, О. В. Базарский, Н. В. Маслова // Вестник ПНИПУ. Прикладная экология. Урбанистика. – 2018. – № 4 (32). – С. 107–117.

7.Лазарев, И. С. Мониторинг и прогнозирование загрязнения приаэродромных территорий (на примере г. Энгельс) / И. С. Лазарев, Ж. Ю. Кочетова, О. В. Базарский [и др.] // Ученые записки Российского государственного метеорологического университета. – 2019. –

№56. – С. 126–132.

Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», Россия, Воронеж

I. S. Lazarev, Zh. Yu. Kochetova, O. V. Bazarsky

ECOLOGICAL STABILITY OF MILITARY ECOSYSTEMS

The sustainable development of military ecosystems means the high-quality implementation of the strategic tasks of the state, while preserving the environmental situation and social aspects of the life of both the military personnel themselves and the residents of the territories adjacent to military facilities as much as possible. The article suggests the main ecological, socio-economic indicators for assessing the sustainable development of military ecosystems.

Military Educational and Scientific Center of the Air Force «N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin

Air Force Academy», Russia, Voronezh

104

УДК 631.4+581.1

Д. А. Сюткина, О. А. Четина, А. С. Куприна, И. В. Пахоруков

ТЕХНОГЕННО-ЗАСОЛЕННЫЕ ПОЧВЫ И НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ РАСТЕНИЙ В ПЕРМСКОМ ПРИКАМЬЕ

В статье представлены результаты исследований вторично засоленных аллювиальных почв, формирующихся в условиях таежно-лесной зоны на территории Верхнекамского месторождения солей. Изучены некоторые физиолого-биохимические особенности растений, обеспечивающие их устойчивость на техногенно-засоленных почвах.

Засоление почв на территории Пермского края носит техногенный характер и связано главным образом с добычей солей на Верхнекамском месторождении. При промышленной добыче и в процессе производства отходы складируются в шламохранилищах и галитовых отвалах (содержание NaCl более 90 %). Поступление на поверхность высокоминерализованных грунтовых вод и извлечение солесодержащих горных пород приводит к засолению почвенного покрова и трансформации растительных сообществ в гумидных регионах, для которых данные явления нетипичны. Вторичное засоление меняет хозяйственную ценность лугов, снижая возможности сенокошения, выпаса скота и сбора лекарственных растений [5; 12]. Растения зон техногенного засоления проходят отбор на солеустойчивость – выживание в корневой среде с высокой концентрацией солей [3].

Известно, что негативное воздействие засоления почв на живые организмы обусловлено высоким осмотическим давлением, токсическим действием легкорастворимых солей, ухудшением водно-физических свойств почв, щелочной реакцией среды. Все это снижает уровень потенциального почвенного плодородия, уменьшает доступность питательных веществ, необходимых растениям для нормального роста и развития [1]. Особое влияние на развитие растений оказывает состав обменных катионов почвы. Почвы, насыщенные кальцием, имеют реакцию близкую к нейтральной; коллоиды находятся в состоянии необратимых гелей и не подвергаются пептизации при избытке влаги; почвы хорошо оструктурены, обладают благоприятными физическими свойствами. Почвы, насыщенные ионами натрия, имеют щелочную реакцию, отрицательно влияющую на состояние коллоидов и рост растений. Насыщенные натрием коллоиды легко пептизируются; почвы плохо оструктурены, имеют неблагоприятные водно-физические свойства: повышенную плотность, плохую водопроницаемость, слабую водоотдачу, низкую доступность почвенной влаги (солонцы, солонцеватые почвы) [4].

Целью нашего исследования являлось изучение показателей засоления аллювиальных почв, а также физиолого-биохимических особенностей растений, обеспечивающих их устойчивость на техногенно-засоленных почвах. В долинах малых рек Лёнва и Усолка были заложены почвенные разрезы и изу-

105

чены вторично-засоленные почвы. В качестве растительных объектов были взяты 5 видов солеустойчивых растений около г. Березники в долине реки Лёнвы (солерос солончаковый (Salicornia perennans W.), ситник сплюснутый (Juncus compressus J.), лебеда простертая (Atriplex prostrata B.), бескильница расставленная (Puccinellia distans P.) (сбор 1)), а также близь с. Усть-Игум в долине реки Усолка возле рассолоподъемных скважин (торичник солончаковый (Spergularia salina J.), бескильница расставленная (Puccinellia distans P.) (сбор 2)).

Диагностика почв проведена в соответствии с современной классификацией почв [6]. В отобранных образцах почв определяли рН водной и солевой вытяжек – потенциометрическим методом; гидролитическую кислотность – по методу Каппена. Состав обменных оснований – по Пфефферу в модификации Молодцова и Игнатовой. Ионно-солевой состав изучали в водной вытяжке (в соотношении 1:5): HCO3– – титрованием раствором серной кислоты, SO42– – гравиметрическим методом, Cl– – аргентометрическим методом по Мору, Са2+ и Mg2+ – комплексонометрическим методом, Na+ и K+ – пламеннофотометрическим методом.

Влистьях и корнях исследуемых растений было определено количество засоляющих ионов Na+ и Cl- (методом пламенной фотометрии и меркурометрическим способом соответственно), Ca2+ методом комплексометрии, пролин методом Бейтса [9], флавоноиды спектрофотометрически [11].

Результаты обработаны с применением статистических методов: описательной статистики, критериев различия сдвига (положения), корреляционного

ирегрессионного анализов.

Вдолине реки Лёнвы на аллювиальных гумусовых глееватых почвах сформировались следующие типы почв: вторичный солончак сульфатнохлоридный калиево-натриевый (разрез 1), аллювиальная гумусовая глееватая сульфатно-хлоридная натриево-магниево-кальциевая солончаковая почва (разрез 2) и аллювиальная гумусовая глееватая хлоридная кальциево-натриевая солончаковая почва (разрез 3).

Вторичный солончак (разрез 1) был засолен с поверхности, количество токсичных солей достигало 1,1 %, что указывает на очень сильную степень засоления [6]. Тип засоления сульфатно-хлоридный калиево-натриевый. Токсичные соли в среднем занимали 92 % от общего содержания солей. Реакция среды

всего почвенного профиля была нейтральной (pHвод = 6,4 – 7,2). Количество карбонатов находилось в диапазоне от 1,2 до 1,6 %. В почвенном поглощающем комплексе преобладали K+ (48,2-51,2 % от ЕКО) и Na+ (27,1-32,2% от ЕКО).

Аллювиальные гумусовые глееватые почвы (разрезы 2, 3) содержали токсичные соли с поверхности в количестве 0,5 %, что соответствует сильной степени засоления [6]. Данные почвы имели различный тип засоления, у почвы из разреза 2 химизм был сульфатно-хлоридным натриево-магниево-кальциевым, а у почвы из разреза 3 – хлоридным кальциево-натриевым. В среднем токсичные соли в них занимали 54-83 %. Вторично засоленная аллювиальная почва (разрез

106

2) обладала резкокислой реакцией среды (pHвод = 2,8-3,4; pHсол = 2,6-3,2), в отличие от аллювиальной почвы из разреза 3, реакция в которой колебалась от слабокислой (pHвод = 5,9) до нейтральной (pHвод = 6,9). В кислых горизонтах этих почв карбонаты отсутствовали, в нейтральных – их содержание доходило до 1,2 %. Среди обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе выделяются K+ (31,3-49,1 % от ЕКО), Mg2+ (14,9-16,2 % от ЕКО), Na+ (12,2-30,6 % от ЕКО) и K+ (2,4-34,5 % от ЕКО).

В долине реки Усолки диагностированы следующие типы почв: аллювиальная гумусовая глееватая хлоридно-сульфатная кальциево-натриевая солончаковая почва (разрез 1), аллювиальная гумусовая глееватая сульфатнохлоридная натриевая солончаковая почва (разрез 2), аллювиальная гумусовая глееватая сульфатная натриево-кальциевая солончаковая почва (разрез 3).

Содержание токсичных солей в верхних горизонтах аллювиальных гумусовых глееватых почвах (разрезы 1-3) составляло около 0,3-0,6 %, что позволяет отнести их к видам почв, обладающих средней и сильной степенью засоления [6]. Токсичные соли составляли около 86-94 % от суммарного содержания солей. Реакция среды в данных вторично засоленных аллювиальных почвах была как нейтральной (pHвод = 6,8) так и слабощелочной (pHвод = 8,2). Содержание карбонатов находилось в диапазоне от 0,8 до 2,9 %. Среди обменных катионов в почвенном поглощающем комплексе преобладали Ca2+ (40,9-58,2 % от ЕКО) и Na+ (33,1-47,9 % от ЕКО).

Проведенные исследования показали, что исследуемые виды растений существенно отличались по содержанию засоляющих ионов Na+ и Cl-. Максимальное количество ионов в листьях зафиксировано у солероса, торичника и лебеды (количество ионов натрия в листьях варьирует 2000 – 3000 мг/100г сухой массы, хлора - 1500 – 6700 в листях и 1500 – 2000 мг/100г сухой массы в корнях).

Ионы хлора и натрия выполняют в растениях определенные физиологические функции, в частности осмотическую и ионбалансирующую. Однако соли этих элементов, поступая в почву в избыточных количествах, оказывают негативное влияние на растения и могут быть токсичными для клеток. Содержание ионов Na+ и Cl- помогает оценить степень устойчивости растительного организма к засолению [2, 3, 10].

При солевом стрессе роль кальция в регуляции клеточных процессов состоит в формировании проницаемости мембран. В среде с недостатком кальция у растительных клеток увеличивается проницаемость мембран, и они перестают быть барьерами, препятствующими свободной диффузии ионов [8]. Ограничивая поступление других ионов в растения, кальций способствует устранению токсичности избыточных концентраций ионов аммония, алюминия, марганца, железа, повышает устойчивость растений к засолению [3]. Кроме того, ионы кальция являются универсальными вторичными мессенджерами и оказывают регулирующее влияние на многие стороны метаболизма [13].

107

Наиболее высокое содержание ионов кальция зафиксировано у соленакапливающего солероса солончакового (1760 в листьях и 1010 мг/100г сухой массы в корнях) (рис. 1). Значительное количество кальция отмечено и у лебеды с торичником (содержание в корнях и листьях варьирует в диапазоне 421 – 657 мг/100г сухой массы).

Основной

массыОсновной

Основной сухой Основной мг/100гОсновной

Основной

Рис. 1. Содержание кальция в органах исследуемых растений

В адаптации растений к различным природным и антропогенным факторам значительная роль принадлежит низкомолекулярным протекторным соединениям (пролину, органическим кислотам, фенольным соединениям, каротиноидам, растворимым сахарам и т.д.). Пролин является одним из наиболее полифункциональных стрессовых метаболитов растений. Он выполняет осмопротекторную, шаперонную, антиоксидантную, сигнально-регуляторную и другие функции [7]. Наши исследования показали, что растения зоны техногенного засоления, отличались по содержанию пролина. В целом уровень пролина выше в листьях, чем в корнях, за исключением солероса солончакового.

Наибольшее количество пролина зафиксировано в надземной части бескильницы расставленной, отобранной в разных местах (137 и 95 мг/100г сухой массы) (рис. 2). В адаптации бескильницы, скорее всего, пролин, играет значительную роль, повышая солеустойчивость этого вида. Значительное количество пролина отмечено также у торичника (97,33 и 105,4 мг/100г сухой массы в листьях и корнях соответственно) и чуть меньше у ситника (32,6 мг/100г сухой массы в листьях).

Основной

Основноймассы Основной Основнойсухой

Основнойгмг/100 Основной

Рис. 2. Содержание пролина в органах исследуемых растений

108

Влистьях лебеды и солероса содержание пролина было минимальным (7

и12,5 мг/100 г сухой массы соответственно). Эти виды характеризуются повышенной солеустойчивостью и эффективной системой селективного накопления солей и, по-видимому, роль пролина в их адаптации незначительна.

Протекторные свойства флавоноидов объясняются их способностью служить ловушками для свободных радикалов при окислительном стрессе [14]. Высокий уровень флавоноидов в надземных органах отмечен у ситника сплюснутого (0,48 % сухой массы) и лебеды простертой (0,45 % сухой массы) (рис. 3). Чуть меньшее количество флавоноидов зафиксировано в листьях бескильницы и торичника (в диапазоне 0,19 – 0,3 % сухой массы). Минимальный уровень флавоноидов наблюдался у солероса (0,11 % сухой массы).

Основной

Основноймассы Основной Основнойсухой

Основнойот

% Основной

Основной

Рис. 3. Содержание флавоноидов в органах исследуемых растений

Повышенное содержание флавоноидов, характерное для ситника, лебеды

ибескильницы свидетельствует об активном участии этого протекторного соединения в адаптации к условиям засоления.

При проведении регрессионного анализа у бескильницы обнаружены

прямые зависимости содержания пролина и флавоноидов в корнях от количества засоляющих ионов Na+ и Cl-, у ситника – содержание флавоноидов в корнях

илистьях от количества засоляющих ионов в корнях (таблица). В корнях лебеды простертой зафиксирована прямая зависимость между содержанием Са2+ и ионов Na+ и Cl-, что, по-видимому, свидетельствует об определяющей роли Са2+

в регуляции функционального состояния клеток. Повышенное накопление ионов Са2+ может способствовать электронейтральности клеточного сока в условиях избирательного накопления ионов Cl- в надземной части растений.

Участие ионов кальция в регуляции метаболизма подтверждают регрессионные зависимости между содержанием кальция и пролина в листьях растений. Так, у бескильницы расставленной, где пролин играет значительную роль в адаптации к солевому стрессу, обнаружена положительная связь, а у лебеды и ситника, отличающихся низким содержанием пролина, обнаружена отрицательная связь с содержанием кальция.

109