Аридизация климата это


Аридизация почвы — это сложный и разнообразный комплекс процессов уменьшения увлажненности обширных территорий и вызванного этим сокращения биологической продуктивности экологических систем «почва — растения». Проявления аридизации (от частых засух до полного опустынивания) на обширных территориях Африки, Юго-Восточной и Южной Азии, ряда стран Южной Америки крайне обостряют проблемы продовольствия, кормов, воды, топлива, вызывают глубокие изменения экосистемы. Угодья, окаймлявшие пустыни, не выдерживают нагрузки и сами превращаются в пустыни, что приводит к ежегодной потере тысяч гектаров пригодных для сельского хозяйства земель. Процесс усугубляют и примитивное земледелие, нерациональное использование пастбищ и других сельскохозяйственных угодий, хищническая эксплуатация огромных территорий, которые возделываются без всякого севооборота или ухода за почвой.

Опустынивание. Уменьшение или уничтожение биологического потенциала земли может привести к возникновению условий, ана­логичных условиям пустыни.


обенно остро эта проблема стоит в калмыцком заповеднике Черные земли. Основными причинами опустынивания стали увеличение площади подвижных песков, снижение продуктивности пастбищ, истощение местных источников водоснабжения. В период максимального опустынивания (в 1985 г.) территория экологического бедствия в Черных землях за­нимала площадь 3760 км2, окружающая ее территория — 8130 км2. В настоящее время площади эти уменьшились — соответственно до 2780 км2 и 6900 км2, что свидетельствует о стабилизации за последние десятилетия процессов экологической деградации. Эти положительные тенденции можно объяснить развитием фитомелиорации, сокращением нелегальной эксплуатации пастбищ, при­остановкой неоправданного гидростроительства. Однако и сегодня большая часть территории Черных земель остается разрушенной. Большинство ученых считают, что образование пустынь связано с вырубкой лесов и неразумным использованием пастбищ. Учаще­ние засух и, следовательно, недородов, гибель растительности, разрушение почв на значительных территориях связаны между собой, зависят от общей тенденции аридизации суши и усугубляются отрицательными последствиями неразумной деятельности человека.

Деградация и загрязнение земель

Острейшей экологической проблемой в России является деградация земель. Ярким примером этого служит некогда славившиеся богатством кормового разнотравья Черные земли Прикаспия, раскинувшиеся на миллионы гектаров. Сейчас значительная их часть стала полупустыней, русло канала Волга—Чаграй, строительство которого было прекращено несколько лет назад, являет картину удручающего экологического бедствия.


Вторично засоленные почвы на сельхозугодьях занимают 12,9 млн. га, на пашне их площадь за пять лет возросла на 1 млн. га и составила 3,6 млн. га.

В связи со строительством водохранилищ на реках площадь за­топленных земель превысила 30 млн. га, из них 0,7 млн. га — мелководья. Все больше становятся площади подтопленных земель. (В Ставропольском крае, например, за последние десять лет они уве­личились с 0,3 до 1,2 млн. га.)

В результате подъема вод Каспийского моря затоплено и под­топлено 560 тыс. га сельскохозяйственных угодий.

Кислые почвы на сельхозугодьях выявлены на 48,7 млн. га, из них 37,1 млн. га пашни. В лесостепной и центрально-черноземной зонах участились кислотные дожди, что вызывает деградацию почв и появление новых ареалов кислых почв. На 50% площади черноземов, ранее не требовавших известкования, этот прием становится необходим.

Продолжаются процессы деградации, разрушения и уничтожения почв в засушливых районах на юго-востоке европейской части России, где на месте некогда продуктивных пастбищ и земель теперь все большую площадь занимают барханные пески.

Деградация пастбищных земель в тундре происходит в результате нарушения растительного покрова при освоении месторождений полезных ископаемых, неконтролируемого бездорожного проезда автотранспорта, перегрузок оленьих пастбищ скотом, прове­дения геологоразведочных работ.


Все более опасный характер приобретает захламление и загрязнение земель несанкционированными свалками промышленных, бытовых, сельскохозяйственных и других отходов производств и потребления.

Вокруг многих промышленных предприятий земли загрязнены токсичными веществами. В России выявлено 730 тыс. га земель с чрезвычайно опасным уровнем загрязнения почв.

Самыми мощными источниками загрязнения почвенных покровов являются крупные комбинаты цветной металлургии. В прилегающих к ним землях зарегистрированы высокие уровни тяжелых металлов, относящихся к I классу опасности. Объясняется это прежде всего тем, что на горнодобывающих предприятиях отрасли все еще преобладает открытый способ добычи минерального сырья.

В десятках городов вблизи металлургических предприятий в почвенном покрове обнаружены тяжелые металлы в количестве, равном или превышающем ПДК. По суммарному индексу загрязнения почвенного покрова первое место занимает Рудная Пристань (Приморский край), где расположен завод по выплавке свинца. Содержание здесь в почве свинца составляет 300 ПДК. В Белове (Кемеровская область) содержание свинца в почвенном покрове достигает 50 ПДК, в Ревде (Свердловская область) — 5 ПДК.


Возросло содержание тяжелых металлов в почвах Московской области. Так, в Горках Ленинских концентрация в почве кадмия в 70—100 раз выше фонового, в районе Серпухова — в 70 раз больше фонового.

Превышение ПДК подвижных форм свинца в 40 и более раз зафиксированы в почвах Новосибирска, Томска, марганца — Новосибирска, Томска, Линево.

Превышение ПДК подвижных форм меди в 10 и более раз выявлено в почвах Владивостока, Касли, Сухого Лога, никеля — в Ретте и Сухом Логе, цинка — в Линево и Сухом Логе.

Вокруг Иркутского и Братского алюминиевых заводов среднее содержание валовой формы фтора в почвах пятикилометровой зоны выше фонового уровня в 13 и 19 раз, максимальное — в 58 и 156 раз. Содержание водорастворимого фтора в почвах вокруг промышленных предприятий Братска, Шелехова, Кировограда, Новосибирска превышает ПДК в 5—95 раз.

В десятки раз превышает ПДК загрязнение почв нефтью и неф­тепродуктами в местах, связанных с ее добычей, переработкой, транспортировкой и распределением. В Иваново и Томске максимальное содержание нефти превышает фоновый уровень в 9-56 раз, среднее — в 4—7 раз. Высокий уровень загрязнения почв отмечен на территории Волгоградского нефтеперерабатывающего завода (НПЗ) и в радиусе 250 м вокруг него. Загрязнение нефтепродуктами вокруг Новокуйбышевского НПЗ выявлено в радиусе 1 км. Нефтепродуктами пропитан слой почвы на глубине 0,5 м, так как загрязняющие вещества поступают с территории НПЗ вместе с естественным поверхностным стоком.


Аэрокосмическая съемка снежного покрова показала, что зона негативного воздействия комбината черной металлургии наблюдается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения. Кроме того, увеличилось время содержания тяжелых металлов в почве. Так, в Магнитогорске этот показатель составляет: по свинцу — 46 лет, по меди — 0,1 года, цинку — 0,5—1,7 года, никелю — 0,6 года, марганцу — 81 год, кобальту — 9,5 лет.

Инфильтрация нефти и нефтепродуктов привела к образова­нию крупных подземных их залежей в Ангарске, Моздоке, Туап­се, Ейске, Орле, Новокуйбышевске, Уфе, Комсомольске-на-Амуре и других городах.

Система показателей, отражающих изменение процессов почво­образования. Промышленные и сельскохозяйственные загрязнения изменяют свойства почвы и почвообразовательных процессов, сни­жают потенциальное плодородие, технологическую и питательную ценность сельскохозяйственной продукции и т.д. Для контроля, оп­ределения комплекса природоохранных мероприятий и прогноза потенциальной продуктивности почвы разработана единая система показателей, отражающих изменение процессов почвообразования и как следствие — свойств почвы. Система показателей позволяет анализировать состояние почвы (водно-физические, химические и биологические свойства) в условиях антропогенных загрязнений.

Классификация почв учитывает влияние загрязняющих веществ на такие почвенные изменения, как: а) продукции биомассы; б) хозяйственных частей урожаев; в) технологической ценности этих урожаев; г) питательной ценности урожаев; д) ухудшение санитарно-гигиенической ценности.


По степени устойчивости к загрязняющим веществам почвы разделяют на:

— очень устойчивые, — устойчивые,

— среднеустойчивые,

— малоустойчивые,

— очень малоустойчивые.

По степени чувствительности к загрязняющим веществам по-ч >i разделяют на:

— очень чувствительные,

— чувствительные,

— среднечувствительные,

— малочувствительные,

— устойчивые.

Устойчивость или чувствительность почв к загрязняющим ве-ш :ствам целесообразно определять в соответствии с: а) содержа-н ем гумуса; б) качеством гумуса; в) биологической активное -Ti о; г) глубиной гумусового горизонта; д) содержанием фракции < 3,01 мм с учетом содержания фракции < 0,001 мм (механичес-к и состав почвы); е) частями глиностных минералов; ж) глуби-н и почвенного профиля.

Принципы гигиенического нормирования ПДК вредных веществ в почве. Принципы нормирования предельно допустимых концентраций вредных веществ в почве значительно отличаются от принципов, положенных в основу нормирования их для водоемов, атмосферного воздуха и пищевых продуктов.


зница обусловлена тем, что прямое поступление вредных веществ через почву в организм человека невелико, ограничено случаями прямого контакта с ней (ручная обработка земли, почвенная пыль, игра детей в песочницах и т.д.). Химические вещества, попавшие в почву, поступают в организм человека главным образом через контактирующие с почвой среды: воду, воздух и растения, по биологическим цепям: почва — растение — человек; почва — растение — животное — человек и т.д. Поэтому при нормировании химических веществ в почве учитывается не только та опасность, которую представляет почва при непосредственном контакте с ней, но главным образом последствия вторичного загрязнения контактирующих с почвой сред. При этом имеются в виду и такие факторы, как тип почвы, механический состав, морфология, микробиоценоз, рН, температура, влажность и т.д. Теоретически обоснована необходимость нормирования таких стабильных химических веществ, как соли тяжелых металлов (свинец, мышьяк, медь, ртуть), а также микроэлементов (молибден, медь, цинк, бор, ванадий и др.), применяемых как микроудобрения в сельс­ком хозяйстве.

Оценка санитарного состояния почв проводится по оценоч­ным показателям санитарного состояния почвы населенных мест. В качестве химического показателя берется так называемое санитарное число — частное от деления количества почвенного белко­вого азота (в мг на 100 г абсолютно сухой почвы) на количество органического азота (в тех же единицах). В почве, как известно, содержится определенное количество азота, входящего в состав белковых веществ. При внесении в почву загрязнений содержание органического азота увеличивается и, следовательно, изменяется соотношение между ним и белковым азотом.


В качестве показателя бактериального загрязнения почвы используют титр кишечной палочки (В. Coll) и титр одного из анаэробов (В. Perfingens). Эти бактерии поступают в почву с фекалиями. Так как анаэроб обладает способностью спорообразования, он сохраняется в почве более продолжительное время, чем кишечная палочка. Наличие в почве анаэроба при отсутствии кишечной па­лочки свидетельствует о старом фекальном загрязнении.

Санитарно-гельминтологическим показателем состояния почвы является число яиц гельминтов в 1 кг почвы, а санитарно-энтомологическим — наличие личинок и куколок мух в 0,25 м2 ее поверхности.

Для оценки санитарного состояния почвы можно ориентиро­вочно пользоваться данными, приведенными в таблице.

Источник: StudFiles.net

По крайней мере пока эффекты изменения климата и состава атмосферы не дают повода для пессимизма в нашей стране. Более того, указывая на растущую опасность перенаселения Африки, он, выступая 18 августа 1995 г.


Всемирной конференции Международного Географического Союза в Москве, указал на интереснейшую возможность смягчения этого процесса. Во время главного оптимума голоцена Сахара увлажнялась лучше и на всей ее площади в 6 млн.кв.км простиралась саванна с неолитическими поселениями. Если дальнейшее потепление климата вновь увлажнит величайшую пустыню мира, то у непомерно разрастающегося африканского населения появится колоссальное жизненное пространство, утерянное из-за аридизации климата около 6 тыс. лет назад.[ …]

Еще более заметные следы ледниковых разобщений и последующей аридизации климата обнаруживаются в широтных дизъюнкциях ареалов. Значительное распространение среди еврааиатских стрекоз имеют ареалы бореалъно- и даже арктоальпийского типа, когда изолированные участки ареалов локализуются в южных горах, где сохраняются популяции видов, широко распространенных на более северных широтах. Один из наиболее ярких примеров такого разобщения — распространение стрекозы Somatochlora sahlbergi. Основной ареал этого вида лежит в субарктической полосе Евразии и Америки, а изолированные места нахождений известны в горах Южной Сибири от Алтая до Прибайкалья.[ …]

Почвы Большого Ипатовского кургана сформировались при более сухом климате конца АТ- и начала SB-периодов, чем современные. Вслед за короткой стадией резкой аридизации 4100-3950 л.н. (cal 2650-2450 до н.э.) климат развивался в сторону увеличения гумидности и в последние 1-1,5 тыс. лет он был значительно влажнее, чем в АТ-время. Сходные изменения растительности, почв и климата выявлены в смежных районах (Сере-брянная, 1976, 1992; Хотинский и др., 1994; Александровский, 19956; Хохлова и др., 1998; Спиридонова, Алешинская, 1999).[ …]


Иную схему развития степных почв предлагают И.В. Иванов и В.А. Дём-кин (1992, 1997). Схема включает относительно кратковременные периоды аридизации педогенеза —4000 и 2000 л.н. (cal 4500, 1900 л.н.) и периоды увеличения гумидности климата и активизации черноземообразования — -3500 и 700 л.н. (cal 3800, 700 л.н.).[ …]

В последние века в результате деятельности человека (сведение лесов, распашка) происходит антропогенная аридизация ландшафтов и почвообразования. На протяжении последних 150 лет это совпадает с направленностью климатических изменений на потепление и некоторое иссушение климата. Местами, однако, наблюдаются явления другой направленности, например распространение в последние десятилетия мочаров. Также по сравнению с серединой XX в. отмечается значительное расширение ареалов лугово-черно-зёмных почв и сокращение ареалов чернозёмов. Эти и сходные с ними явления связаны с колебаниями увлажнённости длительностью 30-50 лет.[ …]

Во-вторых, уменьшается вклад транспирации в круговорот влаги на суше, что ведет к изменению режимов осадков и стока и может ускорить аридизацию больших пространств. Ведь в зоне тропических лесов влагооборот почти полностью зарегулирован растительностью, и ее уничтожение в условиях интенсивной солнечной радиации резко изменяет климатические условия. Вырубка лесов в горных районах и на водоразделах приводит к учащению наводнений, селей и засух на прилегающих территориях. Ослабление средорегулирующей функции лесов усиливает влияние случайных слагаемых климата, делает его менее устойчивым.[ …]

С другой стороны, воды выносят питательные вещества, выщелачивают отложения, результатом чего является олиготрофизация земель. Глубинная эрозия расчленяет ландшафты глубокими долинами рек, оврагами, логами и лощинами. Деградируют озера и болота, происходят иссушение земель и аридизация климата.[ …]

Определяющим в устойчивости гидрологических систем первых трех типов являются отношения в системе «вода — рыхлые отложения», которые в конкретных условиях корректируются растительностью и другими ландшафтными компонентами. Эволюционные изменения водосборов направлены к усложнению их структуры. При этом наблюдается консервация речной сети водосбора в случае аридизации климата, и дальнейшее усложнение при росте увлажненности.[ …]

На Индостане самые ранние следы земледельческой культуры, относящиеся к VII—VI тысячелетиям до н.э., обнаружены в долине р. Инда. Здесь позднее появилась керамика, зародилась металлургия (сначала обработка меди, а в III-II тысячелетиях до н.э. плавка бронзы), возникли поселения городского типа. По одному из таких городов самая древняя Индийская цивилизация получила название Хараппской (Островский, 2000). Несмотря на высокий уровень городского строительства, основная часть населения Хараппской цивилизации занималась земледелием — выращиванием зерновых, овощей, хлопчатника, а также скотоводством. После 1500 г. до н.э., возможно в связи аридизацией климата, условия для земледелия в бассейне р. Инда изменились. Это проявилось в частности в засолении почв. На смену хараппской культуре пришла индоарийская, распространившаяся в бассейне р. Ганга, и другие. В настоящее время соли, которыми насыщены почвы и грунтовые воды, отрицательно влияют на состояние построек Мохенджо-Даро и других древних городов, открытых археологами.[ …]

Источник: ru-ecology.info

Содержание

 

Введение

1. Аридизация климата

2. Снижение продуктивности

3. Адаптивные механизмы

4. Устойчивость к стрессам

5. Пути спасения

Заключение

Источники

 

Введение

 

Городские экосистемы отличаются от всех видов внегородских (даже от т.н. «устойчивого хуторского ландшафта») не только предельной нарушенностью почвы и растительности, сильной обеднённостью фауны; в конце концов, даже климаксный бореальный или широколиственный лес есть мозаика пятен, представляющих собой нарушения на разных стадиях зарастания. Главное отличие в том, что в городе наблюдаются такие системные диспропорции, которые никогда не фиксируются в однотипных природных сообществах (с аналогичными почвенными условиями и растительностью).

 

  1. Аридизация климата

 

Первая – это техногенная аридизация климата. Городские экосистемы – это не просто «острова» лесных, кустарниковых или травянистых биотопах, разделённые зданиями, сооружениями и коммуникациями. Город отличается тем, что растительные сообщества лесной зоны существуют в условиях, соответствующих положению на 200-300 км южнее, то есть зоне сухих степей и полупустынь.

Так, в исследованиях Э.Г. Коломыца с соавт. (2000) выявлена общая тенденция урботехногенной аридизации лесных экосистем (исследовали экосистемы двух полигонов в низменном Заречном районе Нижнего Новгорода: 1) лесопарковый массив «Стригинской Бор» с достаточно высокой рекреационной нагрузкой и слабым загрязнением природных сред; 2) Сормовский городской парк культуры и отдыха, испытывающий сильное геохимическое воздействие от окружающих его промышленных предприятий и автотранспортных магистралей и также подверженный рекреации. Эталоном для сравнения послужил сосново-лесной участок заповедника «Керженский», находящийся в 50 км к северо-востоку от Нижнего Новгорода (Низменное Заволжье) в аналогичных геолого-геоморфологических и биоклиматических условиях.).

Почвы Нижнего Новгорода по гидротермическому режиму и по однозначному сдвигу обменной кислотности в щелочную сторону приближаются к аридному (пустынно-степному) типу, в отличие от зональных дерново-подзолистых почв, что сопровождается их активным засолением. Совместное геофизическое и геохимическое техногенное воздействие вызывает общий кумулятивный эффект — экстразональное опустынивание природного комплекса. В первую половину лета температура почвы в Стригинском бору и Сормовском парке оказывается на 2-8°С выше, а влажность на 5-10% ниже, чем в Керженском заповеднике. Запасы влаги в метровом слое почвы оказались меньше в 1,5-3 раза — соответственно 60-100 мм и 40-160 мм по сравнению с 160- 220 мм.

В спонтанных условиях этот гидротермический сдвиг отвечает меридиональному смещению территории города к югу на 200-300 км — от смешанно-лесной зоны в зону лесостепи. Наиболее существенные гидротермические сдвиги (температуры почвы на 6-80С, влажности на 25-35%, запасов влаги в слое 1 м на 200-300 мм) свойственны трансаккумулятивным и аккумулятивным геотопам. Происходит пространственное выравнивание локальных гидротермических полей, при одновременном росте их неупорядоченности, мозаичности.

На примере почв Автозаводского городского парка удалось проследить не только тенденцию, но и скорость геохимических изменений лесных почв за 50-летний период (1939-1989 гг.). В конце 30-х годов, когда работа предприятий ГАЗ только начиналась, в парке не было нейтральных и слабощелочных почв. Спустя 50 лет они составляли уже более 10% от общего количества обработанных нами образцов. Сдвиг рН составил в среднем 2% в год.

Техногенное подщелачивание почв снижает подвижность различных химических элементов и, следовательно, уменьшает их токсичность [выступая механизмом устойчивости городской экосистемы – wolf_kitses]. Очевидно высокощелочная реакция почв промышленных территорий низинного Заречья (рН£7,5) является экологически положительным фактором, препятствующим миграции токсичных элементов (прежде всего, тяжелых металлов) по трофическим цепям. В гумусовых горизонтах повышается содержание обменных катионов, что усиливает буферные свойства почвы. В этом проявляется эффект отрицательной обратной связи в системе техника — природа, компенсирующей негативные для биоты процессы техногенеза.

 

  1. Снижение продуктивности

 

Урботехногенная аридизация лесных экосистем отчетливо проявляется также в автотрофном биогенезе. Общая первичная продуктивность (Р) сосняков Керженского заповедника составляет 5,5-12,5 т/га в год, что лежит в диапазоне первичной продуктивности от средней тайги до луговых степей. В пределах города экстремальные значения Р падают в 4-5 раз, причем в отрицательных формах рельефа гораздо сильнее, чем в положительных. Поэтому разница в значениях продуктивности между типами МП существенно сглаживается. Происходит своего рода локальное выравнивание величин продукции лесных фитоценозов на фоне общего снижения интенсивности продукционного процесса.

Сосняки Стригинского бора и Сормовского парка производят ежегодно в среднем 2,5-3,7 т фитомассы, а во многих случаях эти цифры снижаются до 1,3-2,0 т. Столь низкую продуктивность в естественных условиях имеют экосистемы крайне северных и крайне южных природных зон умеренного пояса — кустарничковые тундры, сухие степи и эфемерно-кустарничковые пустыни, а также сфагновые болота. Таким образом, общая первичная продуктивность лесных экосистем смешанно-лесной зоны, находящихся под прессом урбанизации, снижается до пустынно-сухостепного уровня, что и составляет важнейший функциональный признак их антропогенного опустынивания».

 

  1. Изменение характера растительности

 

Далее, лесные сообщества вне мегаполиса (уже сильно изменённые рекреацией и другими формами воздействия) организованы так, что характер растительности целиком определяется существующими формами рельефа (градиентами от водоразделов к пойме ручьёв и пр.), определяющими различия гидрологического режима и других условий среды вдоль соответствующих градиентов.

В городе эта зависимость растительности от форм рельефа и структуры ландшафта через гидрологию полностью разрушается, заменяясь зависимостью от антропогенных нарушений и антропогенного же «удобрения» территорий органикой, нитратами, фосфором, эти два фактора формируют градиенты, заменяющие ландшафтные.

Далее те же авторы: «сила влияния литогенной основы как исходного фактора природно-территориальной организации снижается почти в 2 раза. Не наблюдается сколько-нибудь однозначной приуроченности к формам микрорельефа и локальными типами влажности, температуры, морфологии почв, ценотических групп леса, мощности и массы лесной подстилки. Прямое влияние геоморфологических условий сохраняется лишь на типы биогеоценозов и их экологическими группами растительности, минуя параметры влажности почвы. Геоморфологический каркас в значительной мере теряет контроль над важнейшим функциональным параметром лесной экосистемы — увлажнением почв.

Температура почвы утрачивает свои свойства индикатора состояния лесной экосистемы. Она больше не зависит от литогенных условий и влажности почв. Режимы влажности и температуры почвенных горизонтов все больше зависят от структурных характеристик лесопаркового фитоценозов подверженных прямому антропогенному воздействию. Происходит определенное выравнивание контрастов гидротермического режима почв между различными элементами микрорельефа, а в Сормовском парке температуры почвы вообще не зависят от типа местоположения.

Одновременно в первый эшелон ландшафтных связей выходят ценотические группы лесных экосистем, которые наравне с факторами литогенной основы определяют всю систему межкомпонентных связей. Это вызвано глубокой антропогенной трансформацией напочвенного покрова в городских лесопарковых экосистемах: первоначальным олуговением травостоя и последующей заменой лесных и луговых видов сорной и рудеральной растительностью, которая оказывается почти не связанной с увлажнением почв. [То есть буферные свойства почвы в городах дополняются и компенсируются буферными свойствами увеличивающейся биомассы рудеральной растительности, тем более что при умеренном нарушении природных сообществ запасы фитомассы резко возрастают.

 

  1. Адаптивные механизмы

 

Процесс техногенной трансформации природного комплекса не ограничивается «расшатыванием» его моносистемной структуры. Наряду с этим развиваются определенные адаптивные механизмы, способствующие его выживанию в урбанизированной среде. Выявлены два таких механизма. Первый связан с преобразованием естественных ценотических групп леса (боровой, таежной, дубравной и др.) в антропогенные (лесную, лесолуговую, луговую, сорно-рудеральную). Этот процесс наиболее ярко выражен в понижениях микрорельефа, где суммарный эффект загрязнения почвы максимален и где поэтому напочвенный покров трансформируется в наибольшей степени — до бурьянистой стадии. Развитие сорно-рудеральной растительности сопровождается весьма резким снижением видового разнообразия травостоя и столь же заметным увеличением зеленой массы и ее годичного прироста, что вызывает общий рост продуктивности и соответствующее повышение индекса упругой устойчивости лесного фитоценоза.

Второй адаптивный механизм носит почти повсеместный характер и связан с повышением функциональной роли растительных группировок под пологом леса. В экстремальных условиях общей деградации древостоев происходит смещение оптимума функционирования городской лесной экосистемы с верхнего (древесного) яруса на нижние ярусы — подрост, подлесок и напочвенный покров, где резко возрастает доля ежегодно возобновляемой зеленой массы, способствующей повышению устойчивости всей экосистемы к техногенному загрязнению. Именно такие фитоценотические параметры, как высота и обилие подроста, подлеска и травостоя, предотвращают полный распад моносистемной организации лесного природного комплекса, сохраняя в той или иной мере всю сеть межкомпонентных связей. То есть в условиях города преимущественно деградируют древесный и травянистый ярус, но усыхание, уменьшение жизенности видов-средообразователей во всех городских лесах компенсируется повышенным развитием деревьев 2-го яруса, вроде клёна, липы, и бурным развитием кустарников вроде свидины, пузыреплодника, жимолости лесной и пр.

Далее, городской климат существенно отличается от внегородского, в первую очередь высокой степенью загрязнённости твёрдыми частицами, дымом и пылью (поэтому в крупном городе выпадает существенно больше дождей, чем вне города, при большей сухости воздуха и меньшем содержании водяного пара – больше ядер кристаллизации носится). Они оказывают то же действие на растение, что песчаная буря в настоящей пустыне — секут нежные листья песчинками. Поэтому в крупных городах юга и даже средней полосы наши исконные виды деревьев и кустарников потихоньку вытесняются более южными видами с более ксероморфной структурой листа – кожисто-блестящей, опушённой и т.п. как-то защищённой от воздействия городских «самумов». Поскольку специфически городская конвекция воздуха от более тёплого центра, где «остров тепла», к более холодным окраинам, и от жилых кварталов к паркам и водоёмам создаёт постоянные ветры типа городских бризов, то проблема иссечения растений частицами очень существенная. В Европе, где степень урбанизации много выше нашей (урбанизированные районы сливаются, образуя мегалополисы с населением 20-50 млн. человек, и уже выражаются в масштабе карты, превосходя по размеру массивы природных ландшафтов – лесных, луговых или болотных) эта особенность городской атмосферы ведёт к направленной смене местной растительности в городах на более южные формы.

 

  1. Устойчивость к стрессам

 

Далее, экосистемы Земли сильно различаются не только по продуктивности, но и по устойчивости к стрессам. Тропическая экосистема, например, функционирует почти как проточная система. Она содержит минимум почвенного гумуса, поскольку функционирует в наиболее благоприятных условиях среды и не нуждается в системе защиты своих ресурсов, находящихся в постоянном обороте. В степных экосистемах, регулярно испытывающих смену благоприятных и неблагоприятных условий среды, создана сложная система накопления и экономного расходования (дозирования) ресурсов жизнеобеспечения в виде некромассы, включающей запасы ветоши, опада, дернины и почвенного гумуса с его сложной фракционной структурой.

Дождевой тропический лес с его гигантской биомассой и высшей скоростью круговорота при воздействии негативных факторов может превратиться в пустынный ландшафт (Аравийская пустыня, железистые коры выветривания и т.п.). Степные экосистемы, накопившие огромные запасы гумуса, способны противостоять тысячелетним прямым воздействиям варварской агротехники и обеспечивать человека первичной биологической продукцией, соответствующего потребностям человека состава и качества. Благодаря сложному составу гумуса, его реакция на стрессы сдерживается масштабами характерного времени каждой фракции.

Современный город перерабатывает природные ресурсы в изделия и отходы. Изделия позволяют поддерживать высокую плотность популяции, а отходы создают ей ограничения. Если отходы превратить в изделия и ресурсы, они будут не ограничивать, а стимулировать рост численности популяции. Искусственные изделия — здания, сооружения, машины, механизмы, материалы, вещества, продукты, напитки — выполняют ту же роль, что и почвенный гумус в естественной экосистеме.

ПЭто такая же временная перегруппировка ресурсов, удобная для биоты. Каждое изделие служит определенный срок, после чего должно возвращаться в исходное состояние — в ресурсы. В природных экосистемах гумификация обязательно сопровождает минерализацию отмершей биомассы — некромассы, создает запасник вторичных ресурсов для оперативного использования автотрофной биотой. Многоступенчатая система синтеза фракций гумуса и их минерализации обеспечивает надежность функционирования экосистемы в многолетнем цикле даже при возникающем регулярно дефиците ресурсов. Гумификация и урбанизация по функциональной сути аналогичные процессы, своеобразные петли гистерезиса на кривой катаболизма, сдерживающие энтропию.

 

  1. Пути спасения

 

Все природные системы (клетка, организм, экосистема, биосфера) имеют единый принцип действия — обмен вещества и энергии или метаболизм, который представляет собой способ поддержания жизни путем взаимодействия противоположных процессов: анаболизма и катаболизма. В биосфере функцию анаболизма — ассимиляции простых веществ в сложные — выполняет растительность, а функцию катаболизма — диссимиляции сложных органических веществ в простые минеральные — выполняет почва. Согласование этих процессов осуществляется в процессе некроболизма — запрограммированного генетически процесса умирания биоты, в результате которого происходит передача жизненно важных метаболитов в продолжающие функционировать органы и организмы (потомство).

Процесс анаболизма состоит из двух противоположных процессов: фотосинтеза и дыхания. Процесс катаболизма — из минерализации и гумификации. Это значит, что в процессе анаболизма, часть синтезированного органического вещества используется для осуществления функций автотрофов, а в процессе катаболизма часть минерализованного вещества используется для вторичного синтеза почвенного гумуса. Почвенный гумус выполняет в экосистеме несколько функций. Он является одновременно накопителем невостребованных растениями минеральных элементов, хранителем стратегического запаса элементов и дозатором минеральных элементов, регламентирующим их передачу фитоценозу.

Биота экосистемы по экологической специализации делится на три взаимно уравновешенные группы: продуценты, консументы, редуценты. Экологический кризис обусловлен тем, что человек преодолел естественный лимит численности популяции и нарушил сложившееся равновесие, создав искусственные преимущества для консументов за счет подавления продуцентов и редуцентов. Поэтому выход из созданного человеком экологического кризиса надо искать либо в сокращении численности, активности и массы консументов, либо в искусственном стимулировании продуцентов и редуцентов. Иными словами, если человек не найдет способа сокращения численности населения Земли, он должен взять на себя выполнение функций продуцентов и редуцентов.

Современное земледелие и растениеводство является примитивным проявлением функции продуцента. Надо изменить масштабы и принципы этой деятельности. Работа в этом направлении ведется непрерывно. Совершенствуется агротехника, мелиорация, селекция, семеноводство. Функции редуцента человеком освоены гораздо слабее и проявляются в избирательной утилизации отходов жизнедеятельности. Но именно здесь заложены причины современного экологического кризиса — перепроизводство отходов, с которыми не справляется природная гетеротрофная биота.

В биосфере продуценты синтезируют первичную биологическую продукцию, консументы — вторичную, а человек создал новый класс биологической продукции — третичную, которая включает здания, сооружения, машины, механизмы, искусственные материалы, вещества, произведения искусства, памятники культуры. Первичная и вторичная биопродукция по завершении жизненного цикла поступает в распоряжение редуцентов и подвергается рециклированию до исходных элементов, которые направляются в новый цикл анаболизма. Третичная продукция постоянно накапливается в биосфере, нарушая цикл круговорота, поскольку природные редуценты не справляются с большой массой вещества неестественного состава. Кроме этого, неутилизированная масса третичной продукции оказывает негативное влияние на функции естественных продуцентов и редуцентов.

Город, как ядро урбанизированной системы, должен выполнять функцию катаболизма подобную той, которую почва выполняет в природной экосистеме. Пока он является накопителем и хранителем запасов вещества, необходимого для обеспечения анаболизма или синтеза первичной биологической продукции — фитомассы. Искусственный тромб круговорота вещества или цикла метаболизма зарождается и накапливается именно в этом звене. Для его рассасывания нужна региональная система перегруппировки вещества и передачи его в функциональный блок анаболизма — окружающие город естественные и аграрные экосистемы. Для этого у города есть все условия: квалифицированные кадры, современные технологии и технические средства, максимальная концентрация массы третичной продукции. Надо перенять у естественной почвы механизм функционирования и на его основе построить хозяйственный цикл города.

В природной экосистеме гармония между почвой и растительностью достигается тем, что они адекватно реагируют на колебания гидротермических условий. Почва регулярно поставляет фитоценозу нужное ему количество минеральных элементов, получая взамен отмершую биомассу. Согласованность достигается за счет сложного многофракционного состава гумуса, каждая фракция которого содержит разное количество зольных элементов, связанных углеводородной матрицей разного состава и прочности. В конкретных гидротермических условиях активизируется определенная микрофлора, разлагающая определенные фракции. В результате высвобождается определенное количество минеральных газов, солей и коллоидов.

Несогласованность, обусловленная разной инерционностью реагирования почвы и фитоценоза на изменения гидротермических условий, а также автономной реакцией фитоценоза на свет, а педоценоза на кислород, компенсируется каждым из компонентов экосистемы по-своему. В том случае, если почва выделяет больше минеральных элементов, чем требуется фитоценозу в данный момент, их избыток реагирует со свободными радикалами разлагающейся некромассы, образуя специфические для почвы гумусовые вещества и временно консервируются. Если же фитоценозу требуется больше минеральных элементов, чем выделено в данный момент почвой, растения сами провоцируют прикорневую микрофлору корневыми выделениями, а последняя минерализует гумус и устраняет или смягчает дефицит.

Принцип работы этого природного механизма надо воспроизвести в городской агломерации. Всю массу поступающего в город вещества можно отождествить с природным опадом, поступающим в блок катаболизма. В результате утраты самых подвижных фракций он через короткое время превращается в подстилку. Дальнейшая деструкция подстилки сопровождается вторичным синтезом новообразованных гумусовых веществ. Каждая фаза деструкции выделяет определенное количество минеральных элементов и консервирует остальное в форме новых более плотных фракций с более высокой концентрацией зольных элементов. Последняя, наиболее плотная фракция гуминов освобождается от углеводородной и зольной составляющих и выпадает в осадок в форме вторичных и первичных минералов. Так образуются шлаки экосистемы -остатки вещества, не востребованные фитоценозом и не вынесенные за пределы экосистемы водными и воздушными потоками.

В городе все отработавшие машины, механизмы, материалы, вещества, продукты, промышленные, сельскохозяйственные и бытовые отходы (аналог природного опада) должны превратиться в единую по назначению субстанцию — в исходное сырье для вторичной переработки (аналог лесной подстилки). Далее должен начаться процесс ступенчатого уплотнения вещества вследствие потерь наиболее легких для утилизации фракций (аналог гумификации). Оставшаяся после извлечения всех полезных для нового цикла анаболизма элементов часть вещества формирует шлаки, выпадающие в осадок, используемый для закладки фундаментов новых зданий и сооружений, линий коммуникаций и захоронения.

В природной экосистеме выход вещества метаболизма в шлаки не превышает 1% общей массы экосистемы. По сравнению с ней урбанизированная экосистема является проточной, где возврат ресурсов не выше 10% и дисбаланс круговорота составляет около 90%. Если мы сумеем снизить дисбаланс хотя бы до 20%, можно быть уверенным в преодолении экологического кризиса. Только после этого можно будет говорить о переходе биосферы в ноосферу. Объективным признаком перехода биосферы в ноосферу должен стать управляемый гомеостаз биосферы, когда человек с помощью разума и созданной им техники сможет взять на себя дополнительные функции продуцента и редуцента, чтобы соотнести их с прогрессирующими функциями консумента».

 

Заключение

 

Город — наиболее комфортная экологическая ниша, снабжающая одновременно большое число людей ресурсами жизнеобеспечения, выдерживающая сверхвысокую плотность популяции с помощью современных технологий и технических средств. Однако устойчивость такой системы к стрессам минимальна. Для ее разрушения достаточно усилий одного террориста или серьезной аварии энергосистем. Жизнеобеспечение сельского жителя менее комфортно, зато более надежно. Разрушить его гораздо сложнее. Всегда найдутся запасные варианты защиты.

Заложенное в человеке стремление к комфорту является двигателем прогресса, стимулирующим переход сельского населения в городское. Эта тенденция, в пределе, создает угрозу надежности функционирования урбанизированной системы. Если все человечество станет городским, то угроза его исчезновения от случайной аварии станет актуальной. Поэтому расчеты альтернативных вариантов будущего расселения человека должны учитывать и эту тенденцию. Можно рассматривать два крайних варианта: а) сосредоточить население в мегаполисах — островах урбанизации среди моря естественных и аграрных экосистем; б) рассредоточить людей равномерно по всей поверхности планеты в мелких хуторах и поселках.

Более предпочтителен первый вариант в сочетании со вторым. Будущее поселение землян нам представляется как мегаполис, окруженный роем мелких поселений-саттелитов, погруженный в океан естественно-аграрных экосистем. Однако надо учитывать, что ядро урбанизации — мегаполис может функционировать только при наличии надежной многоступенчатой системы защиты его функций от всевозможных стрессов и сбоев.

 

Источники

 

1. Э.Г. Коломыц, А.С. Керженцев, О.В.Глебова, 2000. Механизмы трансформации лесных экосистем в высокоурбанизированной среде// Экополис и устойчивое развитие города. М.: изд-во РАМН.

2. Жигарев И.А., 2002. Лесные биологические сообщества в условиях рекреационных нарушений// Антропогенная динамика экосистем (ред. Н.М.Чернова). Научные труды МНЭПУ, серия “Реймерсовские чтения”. М.: изд-во МНЭПУ.

3. http://www.biosciense.ru

4. http://www.edu-zone.net

5. http://www.sconline.ru

Источник: znakka4estva.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.