Прикладная экология. Учебное пособие

зуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых веществ.

Вода может иметь загрязнения биологического характера:

бактерии, вирусы, водоросли, простейшие, черви и т.д.

Вконце ХХ – начале ХХI столетия антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.

Основными источниками загрязнения являются промыш-

ленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений.

Антропогенные загрязнения воды по сравнению с природными водами более опасны и во много раз сильнее снижают ее качество. Среди загрязнителей воды наибольшую опасность представляют фенолы, нефть и нефтепродукты, соли тяжелых металлов, радионуклиды, пестициды и другие органические яды, биогенная органика, насыщенная бактериями, минеральные удобрения и т.д. Общая масса основных антропогенных загрязнителей гидросферы достигли 15 млрд. тонн в год.

Наибольшая нагрузка из крупных речных бассейнов, как по водопотреблению, так и по загрязнению, приходится на Волгу, Днепр, Дунай и Рейн в Европе; Урал, Миасс, Исеть, Тобол на Урале; Ганг, Хуанхэ и Янцзы в Азии; реки Св. Лаврентия, Колорадо и Миссисипи в Америке.

Вконце ХХ века наметилось снижение объема загрязненных сточных вод. По отдельным же регионам, отраслям экономики отмечается рост сброса загрязненных вод из-за перегруженности или отсутствия очистных сооружений или низкой эффективности имеющихся очистных сооружений.

Состояние водных источников (подземных и поверхностных), систем централизованного водоснабжения не гарантирует требуемого качества питьевой воды, а в ряде регионов (низовья Волги, Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) достигло опасного уровня для здоровья населения. Службы санитар- но-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностных вод в местах питьевых водозаборов.

53

51

Треть населения России для питьевых целей использует воду из децентрализованных источников. Анализ воды из таких источников показал, что 28% проб не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим, а 29,4% – по бактериологическим показателям.

Все большая опасность грозит и уникальному озеру Байкал. В 1990 г. объем хозяйственных стоков составил 200 млн. м3.

Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью возникновения инфекционных заболеваний, в первую очередь человека.

Водоросли окрашивают воду в различные цвета, и поэтому данный процесс называют «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испуская аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черновые липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыба, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодной для питья и даже для купания.

Загрязняет и засоряет реки молевой сплав леса.

Ртуть давно известна как яд. Главными симптомами заболевания являются сужение поля зрения и расстройство координации движений. В легких случаях отравление у людей вызывает бессонницу, неспособность воспринимать критику, страхи, головную боль, депрессию и неадекватные эмоциональные реакции. Ртуть поступает в природные воды из многих источников.

Нужно учитывать, что при попадании соединений ртути в водные экосистемы, во-первых, происходит ее трансформация, вовторых, биологическое накопление, например, в рыбе и моллюсках до уровней во много раз выше, чем в воде озера.

Строительство на реках гидроэлектростанций (ГЭС), водохранилищ нередко влечет за собой серьезные негативные экологические последствия.

К негативным экологическим последствиям строительства ГЭС, особенно на равнинных реках, относят:

54

52

затопление земель;

повышение сейсмической активности в некоторых районах изза меняющегося уровня давления воды на литосферу;

подтопление берегов, заболачивание, оползневые процессы;

снижение скорости течения реки, замедление водообмена и самоочищения;

развитие сине-зеленых водорослей;

сокращение стада ценных промысловых рыб;

изменение микроклимата окружающей среды и т.д.

Вначале ХХI века можно утверждать, что режим Волги совершенно изменен, в значительной степени, если не полностью, – это искусственный водный объект.

К одному из видов загрязнения природных вод относится и тепловое загрязнение. Промышленные предприятия, электростанции нередко сбрасывают в водоемы подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры.

С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных микроорганизмов и вирусов.

Важным источником пресной воды в ряде регионов России являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы также подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения земли и наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них непригодна для питья.

На территории Российской Федерации выявлено 500 участков загрязнения подземных вод, в т.ч. 70 в районах действующих водозаборов. По данным К.С. Лосева [5], наиболее крупные участки загрязнения выявлены в Московской области, Пермском крае, в Татарстане и Башкортостане, около Волгограда, Волжского, Магнитогорска, Кемерово.

Основные загрязнители подземных вод – сульфаты, хло-

риды, соединения азота, нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы. Источником загрязнения подземных вод служит их вскрытие при строительстве шахт, открытых карьеров, разведочном и эксплуатационном бурении, закачке загрязненных вод в скважины, добыче нефти и газа.

Большую озабоченность вызывает судьба Мирового океана, являющегося великим транспортным путем, «жизненным про-

55

53

странством» для многих растительных и животных организмов, источником несметных пространств для человечества. Загрязнение Мирового океана и многих морей приняло угрожающие размеры.

Вморские и океанские экосистемы попадает в год свыше 10 млн. тонн нефти при ее транспортировке, во время катастроф нефтеналивных танкеров и т.д.

Озабоченность вызывает загрязнение морей, окружающих Европу: Балтийского, Северного, Средиземного, Черного, где антропогенная нагрузка очень значительна, а сменяемость массы воды происходит сравнительно медленно.

Впоследние годы возникла опасность загрязнения вод Мирового океана и морей радиоактивными отходами, пестицидами.

6. Меры по очистке и охране вод

Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей ее массой и в дальнейшем процессе минерализации органических веществ и отмирании внесенных бактерий. Агентами самоочищения являются бактерии, грибы и водоросли. Для обеспечения самоочищения загрязненных вод необходимо их многократное разбавление чистой водой. При сильном загрязнении самоочищения воды не происходит. В этих случаях необходимы специальные методы и средства для улучшения качества воды, очистки загрязнений, поступающих со сточными водами, с отходами сельскохозяйственного производства.

Способы улучшения качества воды и состав водоочистных сооружений зависят от требований, предъявляемых потребителем к качеству воды, и от качества природной среды.

Основные способы улучшения качества воды для хозяй-

ственно-питьевых целей – осветление, обесцвечивание и обеззараживание.

Осветление воды – удаление из нее взвешенных веществ. В зависимости от требуемой степени осветления применяют: отстаивание воды в отстойниках, в гидроциклонах, осветление воды, пропуская ее через слой ранее образованного взвешенного осадка, в осветлителях с взвешенным осадком, фильтрование воды через слой зернистого или порошкообразного фильтрующего материала

вфильтрах или фильтрование через ткани и сетки.

56

54

Обесцвечивание воды – устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или истинно растворенных веществ. Для этого воду подвергают коагулированию, используют различные окислители (хлор, перманганат калия, озон) и сорбенты (активный уголь).

Обеззараживание воды проводят для уничтожения содержащихся в ней болезнетворных вирусов и бактерий. Применяют чаще всего хлорирование воды, бактерицидное облучение, озонирование и другие способы обеззараживания.

Используют также и специальные способы обработки как хо- зяйственно-питьевой, так и производственной воды, такие, как дезодорация – удаление привкусов и запахов.

Методы очистки сточных вод: механический, физико-

химический, биологический и другие методы. Для ликвидации бактериального загрязнения применяется обеззараживание или дезинфекция сточных вод.

Сущность механического метода заключается в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. Механической очисткой можно достигнуть выделения из бытовых сточных вод до 60% нерастворенных примесей, а из производственных – до 95%.

Физико-химическая очистка состоит в добавлении к сточ-

ным водам химических реагентов, вступающих в реакцию с загрязняющими веществами и способствующих выпадению нерастворимых и частично растворимых веществ. В качестве адсорбентов применяют естественные и искусственные материалы. Естественные – это глины, торф, а искусственные - активированные угли.

Из физико-химических методов широко применяется очистка воды от загрязнителей хлорированием. Физико-химический метод очистки дает возможность уменьшить количество нерастворенных загрязняющих веществ сточных вод до 95% и растворенных - до

25%.

Загрязненные сточные воды очищают также химическим,

электрохимическим, электролитическим методами, с помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления.

Механический и физико-химический методы являются первыми этапами очистки сточных вод, после чего они направляются на биологическую очистку.

57

55

Метод биологической очистки заключается в минерализа-

ции органических загрязнений сточных вод при помощи аэробных биохимических процессов.

После биологической очистки вода становится прозрачной, незагнивающей, содержащей растворенный кислород и нитраты. Есть несколько типов биологических устройств по очистке сточных вод: биофильтры, аэротенки и биологические пруды.

Меры по очистке воды. Решение проблемы предотвращения загрязнения водоемов сточными водами состоит в создании безотходных технологических процессов. Одним из главных потребителей и загрязнителей воды является сельскохозяйственное производство. Отсюда на орошаемых землях необходимо всеми силами и средствами беречь и экономить воду, сохраняя при этом реки и озера в чистоте. Не допускать смыва почвы, поступления агрохимикатов в реки и озера, следует вести борьбу с фильтрацией и другими потерями воды.

На речном транспорте наибольшее значение имеет борьба с потерями нефтепродуктов при погрузке, выгрузке и транспортировке на судах, а также оборудование судов нефтеловушками и другими приспособлениями для сбора нефти с загрязненных вод.

Важным источником чистой пресной воды для нужд промышленности, сельского хозяйства и даже для питьевых целей является опреснение морской воды. Опреснение морской воды с каждым годом проводится во все больших масштабах. Для укрепления здоровья людей и в лечебных целях применяются минеральные источники. Отношение к ним должно быть самое бережное, они должны использоваться рационально.

Стратегия эффективного и неразрушительного для природной среды водопользования диктует и тактику современной водохозяйственной деятельности: научное обоснование и долгосрочное прогнозирование водного хозяйства города, области, региона и связанных с этим изменений в природной среде; оптимальное планирование и последовательное осуществление разумного водохозяйственного строительства; системный подход к решению вопросов. Значительную и весьма положительную роль в осуществлении этих задач играют математическое моделирование, мониторинг и прогнозирование.

58

56

Пример реализации и практического использования математического моделирования – модели Азовского, Каспийского, Балтийского морей, озера Байкал и других объектов.

Вопросы для самопроверки

1.Дайте определение гидросферы.

2.Откуда появилась вода на Земле?

3.Какую роль вода играет в природе и жизни человека?

4.Каковы запасы пресной воды на Земле и в России?

5.Каковы основные источники загрязнения Мирового океана?

6.Каковы последствия загрязнения Мирового океана?

7.Перечислите основные способы улучшения качества воды.

8.Назовите основные методы очистки сточных вод. В чем их сущность?

9.Каковы основные меры по охране воды.

59

57

Тема 7. Растительные ресурсы: рациональное использование и охрана

План

1.Значение растений в природе и жизни человека.

2.Воздействие человека на растительность.

3.Естественные луга и пастбища.

4.Лес – важнейший растительный ресурс.

5.Лес и деятельность человека.

6.Охрана хозяйственно ценных и редких видов растений.

1. Значение растений в природе и жизни человека

Растения являются первоисточником существования, процветания и развития жизни на Земле и в первую очередь благодаря их свойству осуществлять фотосинтез. Фотосинтез протекает практически повсеместно на нашей планете.

Формирование газового состава атмосферного воздуха, как известно, также находится в прямой зависимости от растений. Весь кислород атмосферы проходит через зеленое вещество примерно за 2000 лет. Установлено, что растения Земли в процессе фотосинтеза ежегодно образуют более 177 млрд. тонн органического вещества.

Растения участвуют в образовании гумуса, который является самой существенной частью почвы, обеспечивает ее высокое плодородие. Помимо углерода, водорода и кислорода в состав молекул многих органических веществ входят атомы азота, фосфора, серы, а нередко и других элементов. Все они добываются растениями из почвы или водной среды в виде ионов солей в окисленном виде.

Растительность оказывает большое влияние на климат, водоемы, животный мир и другие элементы биосферы, с которыми она тесно взаимосвязана.

Велико значение растительности в жизни человека. Прежде всего, растительность представляет необходимую среду жизни людей. Большая часть растений, которые обеспечивают сегодня около 90% продовольствия в мире, появились путем окультуривания диких растений. Важнейшим источником витаминов для человека являются дикорастущие и культурные растения.

На протяжении многих веков человек добывает из растений многообразные лекарственные вещества, которые так необходимы в медицинской и ветеринарной практике.

60

58

Отрицательное значение растительности по сравнению с приносимой ей пользой незначительно. Так, некоторые виды диких растений растут в качестве сорняков на обрабатываемых землях и пастбищах. В отдельных местах приходится бороться с зарастанием водоемов, каналов. Иногда массовое развитие водной растительности вызывает появление летних заморов рыбы в озерах. Известны и некоторые другие случаи вредного воздействия растений на человека (отравления, грибковые заболевания) и хозяйство (обрастание днищ судов, зарастание дорог и т.п.).

2. Воздействие человека на растительность

Человек своей деятельностью оказывает огромное влияние на растительность, как положительное, так и отрицательное. Как объект охраны растительность можно разделить на водную, почвенную, подземную и надземную.

Водная растительность играет большую роль в жизни водоемов и их обитателей, но человеком используется слабо.

Почвенная растительность – бактерии, водоросли, отдель-

ные виды грибов играют большую роль в процессах образования почвы и формирования ее плодородия.

Наземная растительность, насчитывающая более 500 тысяч видов, в наибольшей степени используется человеком и подвергается воздействиям с его стороны. В конце ХХ-ХХI веков во всем мире нуждаются в охране 25-30 тыс. видов растений, или 10% мировой флоры.

ВРоссии растительностью в той или иной мере покрыты 1,6 млрд. га всей территории страны, насчитывается около 20 тысяч видов растений. Более 530 видов стали в настоящее время редкими.

Врезультате деятельности человека на огромных площадях дикие растения заменяются культурными. На растительные сообщества сильное влияние оказывают домашние и дикие животные. Несъедобные растения остаются нетронутыми или затаптываются копытными. Бессистемная пастьба скота ведет к дегенерации пастбищ, вызывает возникновение водной и ветровой эрозии почвы.

Большое влияние на рост и развитие растений оказывают промышленные выбросы. Попадая в атмосферный воздух, они в конечном итоге оседают на растения. Рост растений может замедляться в 2 раза, а иногда и больше. Некоторые промышленные выбросы обладают высокой токсичностью и вызывают засыхание

61

59

растений. Тяжелые последствия для растений оставляют массовые сборы цветов, неорганизованные посещения и отдых на лоне природы.

Необоснованные и ненормированные заготовки лекарственных трав и других полезных растений приводят к истощению их запасов, нарушению веками сложившихся фитоценозов. К началу ХХI века в Архангельской области уменьшились запасы 30 видов лекарственных и витаминоносных растений.

Из-за интенсификации освоения болот в Карелии уменьшились запасы клюквы, морошки, голубики, багульника болотного и др.

Сокращаются запасы и промысловых морских растений. За последние 10 лет в Белом море запасы ламинарии снизились в 1,5 раза, фукуса – в 6 раз, анфельцин – в 3 раза.

3. Естественные луга и пастбища

Луга и пастбища относятся к естественным кормовым угодьям. Естественные луга и пастбища в России и странах СНГ занимают площадь 320 млн. га.

Природные луга и пастбища неоднородны. Они различаются по условиям местообитания, видовому составу травостоя и обилию трав, поедаемости различными видами и группами животных, урожайности, длительности использования и т.д. Кормовая ценность растений природных лугов и пастбищ изучена в нашей стране значительно лучше, чем в других странах мира. На лугах произрастают свыше 4000 видов трав, что составляет 23,3% от всей флоры страны. Самое богатое видами семейство – сложноцветные (900 видов), за ним следуют злаки (350 видов), бобовые (250 видов). Злаки являются основными доминантами лугов.

Изменения луговых сообществ при выпасе носят название пастбищной дигрессии [5]. Скот влияет по-разному, в зависимости от вида, количества, длительности пребывания на пастбище и частоты повторного стравливания.

Выпас действует двояко: непосредственно на травостой, когда растения скусываются или обламываются при наступлении копыт, и опосредованно – через изменение почвенного режима.

Умеренный выпас для большинства видов растений полезен, и даже возникает определенное взаимоприспособление травостоя и пасущегося скота. Для того чтобы наладить «сотрудничество» луга

62

60