CC BY
7УДК. 577.4: 631.41:641.452
СИСТЕМНЫЙ ПРОГНОЗ УСТОЙЧИВОСТИ И САМООЧИЩАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ И ВОДНЫХ СИСТЕМ АЗЕРБАЙДЖАНА ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ М.А. Салманов, Н.М. Исмаилов
Институт микробиологии НАНА, Баку, ismaylovn@mail.ru
Загрязнение почв и водных объектов тивности, для которых характерны мак-
является наиболее актуальной экологи- симальные значения энергопотребления
ческой проблемои в Азербаиджане. на единицу площади, особенно в Апше-
Антропогенная и техногенная нагрузки ронском промышленном регионе, Сумга-
на почвенньш покров и водные экосисте- ите, Али-Баирамлов, Гяндже, где прожива-
мы растут непрерывно и везде, где растет ет основная часть населения страны, где
население и промышленность, интенси- располагаются все предприятия нефтя-
фицируется сельское хозяиство. Увеличе- нои и нефтепрерабатывающеи, чернои и
ние плотности населения в сельских раио- цветнои металлургии, нефтехимическои
нах создает экстремальные нагрузки на и другие базовые отрасли промышлен-
почвенныи покров, водоемы, качество ности.
почв и воды в реках ухудшается. Доста- Нами, на основании системного ана-
точно отметить факты, которые демо- лиза абиотических и биотических факто-
нстрируют рост антропогеннои и техно- ров, показателеи биогенности, а также с
геннои нагрузки на территорию страны привлечением показателеи почвенно-
за последние десятилетия: рост числен- эколо-гического индекса самоочищения
ности населения за последние сто лет в ПЭИ, [2] сделан прогноз устоичивости и
4,9 раз, плотность мощности биопотреб- самоочищающеи способности почвенно-
ления достигло 105,7 кВт/км2 при допус- го покрова и поверхностных вод Азербаи-
тимои 62,5 кВт/км2, индекс устоичивости джана к загрязнению органическими
развития 2,3, более чем в два раза превы- веществами.
шает норму, индекс антропогеннои Одним из существенных факторов
нагрузки 1,29, превышает среднии пока- устоичивости ландшафтов Азербаиджана
затель для мира в целом [1]. является сложность их структуры: чем
Общеи особенностью территории сложнее структура, т.е. чем больше видо-
Азербаиджана является то положение, вое разнообразие растительного покрова,
что наибольшую антропогенную нагруз- тем устоичивее биогеоценозы, и наобо-
ку, т.е. наибольшую плотность био- и энер- рот. Так, орошаемые среды обитания,
гопотребления несут в первую очередь структуру которых принято считать
наиболее чувствительные и наиболее более простои, можно характеризовать
трансформированные экосистемы Кура- как менее устоичивые к возможному
Аразскои низменности, которая занима- загрязнению органическими веществами,
ет почти 40 % территории страны в цен- что объясняется нестабильностью струк-
тральнои части республики - это полу- туры биогеоценозов вследствие наруше-
пустынные и степные экосистемы краине ния естественнои взаимосвязи между ком-
чувствительны к экологическим возде- понентами; на богарных угодьях, в
иствиям в силу своеи слабои структури- результате распашки земель, исчезает рас-
рованности и незначительнои продук- тительность, являющаяся планшетом про-
тив загрязнения атмосферы летучими органическими соединениями; поливные природные комплексы становятся объектом дефляции и засоления, формируется новьш природньш комплекс, создаются менее благоприятные условия для деятельности почвенных микроорганизмов - потенциальных деградаторов органических загрязнении.
Сумма годовых температур воздуха с устоичивои температурои выше 10ОС является одним из основных биоклиматических показателеи, оказывающих воз-деиствие на интенсивность процессов самоочищения как почв, так и поверхностных вод. Для территории Азербайджана они находятся в прямои зависимости от величины ультрафиолетового излучения и активности микроорганизмов, следовательно характеризует интенсивность микробиологического и фотохимического разложения органических загрязнении в почвах и поверхностных водах. В условиях Азербаиджана наиболее оптимальными такие показатели бывают в период весны-лета-осени, и именно в этот период можно ожидать наиболее высокие скорости самоочищения почв и водоемов от органических загрязнении.
Оценка устоичивости почвенного покрова к загрязнению органическими веществами показывает, что наиболее высокои биогенностью характеризуются горные каштановые, черноземы и луговые типы почв. С повышением суммы активных температур от 1000-2000 до 4500ОС четко прослеживается закономер-ныи рост биогенности почв. Сравнитель-ныи анализ показывает, что высокая био-г е н н о сть каш тан о в ы х и го р н о -черноземных почв имеет место при определенных сочетаниях абиогенных факторов: среднеи суммы температур выше 10ОС, равнои 3800-4500, Md - 0,28-0,30 и содержании гумуса 3,0-3,9 %. Дальнеишее
повышение суммы активных температур при одновременном снижении Md до величины 0,10-0,15 создает в почве неблагоприятные гидротермические условия для биогенности почв. Сравнительно низкая биологическая активность сероземных и серо-бурых почв в первую очередь связана с недостаточным уровнем естественного увлажнения при избытке термических ресурсов. По мере продвижения к предгорным и горным типам почв, несмотря на наличие благоприятного увлажнения, их биогенность также низка, что в первую очередь связано с недостаточно высокими тепловыми ресурсами. Опасность накопления органических загрязнителеи в почвах возрастает с запада на восток, а в пределах отдельных биоклиматических зон и провинции - от песчаных почв к суглинкам и глинистым, от мезоморфных почв к гидроморфным, от распаханных почв к целинным.
Вышесказанное позволяет говорить о том, что чувствительность к загрязнению органическими веществами и устои-чивость к загрязнению, которая определяется степенью самоочищающеи способности биогеоценозов территории страны разнонаправлена: с запада на восток в общем повышается чувствительность биогеоценозов к загрязнению, в противоположном же направлении повышается устоичивость их к загрязнению. При сильном загрязнении почвы, характерные для восточнои части территории Азербаи-джана - серо-бурые и сероземно-бурые в естественных условиях потенциально не будут иметь возможность самопроизвольно восстанавливать свою продуктивность. Именно в этои зоне, характеризую-щеися слабои устоичивостью к загрязнению органическими веществами, при прочих равных условиях будут наиболее актуальны мероприятия по рекультивации с использованием интенсивных техноло-
гии, включающих биотехнологии. При одинаковом модуле техногенного загрязнения органическими веществами для восстановления почв в восточнои низ-меннои части страны, понадобятся более интенсивные, а значит и более дорогостоящие технологии.
В общеи и целом в естественных условиях наиболее высокои устоичивостью (высокои буферностью) по отношению к органическим веществам характеризуются соответственно биогеоценозы в запад-нои, севернои и южнои части территории страны, наименьшеи - среды обитания восточнои зоны в пределах Кура-Аразскои низменности. В западнои, север-нои и южнои части территории страны набор природных факторов, способствующих сравнительно большеи устоичи-вости и определяющих потенциал самоочищения биогеоценозов намного шире и богаче по сравнению с восточнои частью Кура-Аразскои низменностью. В запад-нои части страны сравнительно высокое биологическое разнообразие означает более длинные пищевые цепи, больше случаев симбиоза и большие возможности для деиствия отрицательнои обратнои связи, которая уменьшает колебания и потому повышает стабильность экосистем и устоичивость при техногенном воз-деиствии.
Рассматривая территорию Азербаи-джана как единую ланшафтно-экологи-ческую систему, нельзя не отметить взаимное влияние почв и вод, а именно: загрязненные почвы воздеиствуют на качество вод и наоборот.
Реки Азербаиджана, как и другие компоненты экосистем, утратили свою былую чистоту. В реках и озерах, являющихся основным источником питьевои воды, катастрофически возросла концентрация ядохимикатов, тяжелых металлов [3]. Более 80 % населения республики
используют для бытовых нужд и для питья воды рек Куры и Араза - самых крупных рек Кавказа, являющихся основными источниками орошения. В Куру, например, до недавнего времени ежедневно стекало около 4 млн. кубометров загрязненных вод, причем на всем ее протяжении прослеживались повышенные среднегодовые концентрации фенолов (3-10 ПДК). Даже самые высокогорные из них сильно загрязнены химическими соединениями, смываемыми в изобилии с полеи, а также сброса в них неочищенных сточных вод.
Загрязненные воды рек представляют собои непосредственную угрозу для почвенных экосистем страны - это попадание широкого спектра органических и неорганических загрязнении, содержащихся в поверхностных водах, в почву при использования этих вод в целях орошения сельскохозяиственных культур. Именно это имеет место при использовании загрязненных вод рек Куры, Араза и др. в системах орошения на площадях, оцениваемых в 1300 тыс. га. Большое количество органических веществ, содержащихся в загрязненных водах указанных речных систем, например, детергенты, углеводороды, фенолы и др., попадают оттуда в почву в результате мелиоративных мероприятии и при орошении [4]. И если учесть, что в сельском хозяистве страны используется свыше 2км3 воды в год, можно представить, какое количество различного рода загрязнении поступает в сельскохозяиственные поля в составе загрязненных вод. Загрязнение не может не сказываться на направленности и скорости естественных почвенных процессов, изменяя их в сторону ухудшения качества, что в конечном итоге отражается на продуктивности и на качестве сельскохозяиственнои продукции.
В процессах самоочищения вод большое значение имеют биогенные и абио-
генные факторы, включая интенсивность потока, средний годовой сток и др. Но для того, чтобы процессы самоочищения водоемов от загрязнения (рек, озер) имели бы место, необходимо, чтобы объемы загрязнении составляли не более чем 1/35-45 объема водоема. В противном случае, естественные процессы самоочищения водоемов будут постепенно подавляться.
Биологические процессы самоочищения являются одними из основных, в них активно участвуют гетеротрофные аэробные бактерии, представители многих других групп бактерии также участвуют в деструкции органического вещества и самоочищении водоемов [5]. Существенна также роль протистов, водных грибов и близких им организмов в разрушении органических веществ.
Немалое значение в процессах механического рассеивания загрязнении имеют абиогенные факторы такие, как различие в показателях интенсивности потоков, которые различаются в пределах страны значительно. Показатели среднегодового потока также дают возможность в первом приближении прогнозировать интенсивность рассеивания загрязнении. Как правило, минимальньш поток (0,5 литр/км2) имеет место в низменных раио-нах и в предгорных зонах, максимум -до 10-30 литр/ км2 в горных раионах. В предгорных зонах, в зависимости от региональных особенностеи и экспозиции микросклонов, интенсивность потока может меняться, что в свою очередь будет влиять на интенсивность механического рассеивания загрязнении. Системныи анализ показывает, что в целом при продвижении к востоку потенциальная способность к механическому рассеиванию загрязнении в водных системах снижается.
Одним из факторов самоочищения поверхностных вод от органических
загрязнении в горных и предгорных раионах является степень насыщения их русел обломками горных пород различного размера. Этот фактор может быть особенно важным для регионов, где водные системы загрязняются сточными водами поселков и городов - как для Малого, так и Большого Кавказа. Многие реки несут с собои, особенно в период паводков, большое количество обломков горных пород разного размера. Размер обломков горных пород зависит от ландшафтных осо-бенностеи и может колебаться в широких пределах. В целом в реках Малого Кавказа размер таких частиц намного меньше, чем в реках Большого Кавказа. В первую очередь это связано с характером слагающих пород.
На каком -то этапе движение обломков горных пород прекращается и они оседают в руслах рек. Их можно представить как экологически неконтрастные с естественным фоном, вместе с тем играющих большую роль в процессах самоочищения поверхностных вод от органических загрязнении. Именно на поверхностях этих обломков оседают взвешенные вещества (иловые частицы диаметром до 0,05 мм и меньше), формируется биопленка с высокои биологическои активностью, содержащая бактерии, водоросли, гидро-бионты и другие организмы, они очень хорошо вентилируются потоком воды, тем самым интенсифицируя процессы естественнои очистки воды от загрязнения микроорганизмами и организмами-фильтраторами. Значительно увеличивается скорость биологических процессов, что достигается путем формирования активных поверхностеи в толще воды, где температура и насыщение кислородом значительно выше, чем в придонном горизонте.
СПИСОК ЛИТЕРАИУРЫ
1. Исмаилов Н.М. Глобалистика и экология Азербайджана. Баку: Елм, 2006.-195с.
2. Исмаилов Н.М. Оценка ресурсного потенциала самоочищения почв Азербайджана при загрязнении органическими веществами // В кн.: Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовскои). Доклады Всероссиискои научнои конференции. Москва, 4-6 апреля 2012 г. М.: Географическии факультет МГУ 2012. с. 144-146.
3. Салманов М.А. Экология реки Куры и водоемов ее бассеина. Баку: Элм, 1996.-160с.
4. Казибеков Н. Водные ресурсы Азербайджана - их использование и охрана // Мат. Международнои конференции РЭЦ Кавказ по устоичивому управлению водными ресурсами в Южнокавказском регионе. Тбилиси, 2002, Часть II. -с.7-9.
5. Заварзин Г.А., Колотилова Н.Н. Введение в природоведческую микробиологию. М.:Книжньш дом «Университет», 2001- 256 с.
УДК 1:001; 001.8
БИОГЕОСИСТЕМОТЕХНИКА: ГНОСЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКОСИСТЕМАМИ В.П. Калиниченко
Институт плодородия почв юга России, Персиановка, kalinitch@mail.ru
Эволюция, секвенция биосферы определяет принципы управления экосистемами. Атмосферное увлажнение определяет глубину проработки геологическои коры выветривания. Орошение, как
ми и биосферными последствиями. При-чинои неадекватного в простои постановке задачи прироста увлажнения биогеосистемы за счет искусственного увлажнения отклика системы на это ее быстрое
типичное антропогенное воздеиствие на возмущение является типичная для при-
экосистему, без биосферного обоснования является попыткои изменить, с гео-логическои точки зрения моментально, стагнацию биогеосистемы. В ирригаци-оннои агрокультуре ее агрономическии результат обусловлен накоплением элементов питания на предшествующих геологических этапах литосферы, а не только искусственным увлажнением. Обеспечивается начальныи прирост биологичес-кои продукции за счет дополнительного увлажнения, но гомеостаз биогеосистем такого рода имеет латентныи период, поскольку изменяется не только ввозныи режим, но и природа эволюция биогеосистемы в целом. В результате упрощеннои постановки задачи ирригации биоегосис-тем во многих регионах мира она решена с неудовлетворительными ландшафтны-
родных систем квазистационарная динамика протекания явлении в биосфере. Такая скорость, все же, естественна, и инои быть не может ввиду масштабных эффектов биосферы.
Кажущаяся наблюдателю, располагающему коротким сроком наблюдения (как правило, только десятки лет и менее), неадекватнои реакция биогеосистемы на ирригацию, в деиствительности полностью соответствует природе медленных изменении биосферы, отражая для наблюдателя только какои-то более и менее продолжительныи этап ее динамики. На коротком временном интервале подстроику биосферы к частичному изменению условии ее стагнации уловить трудно. Однако в попытке получить новую биопродукцию за счет изменения одного
