CC BY
59ПРОБЛЕМЫ АНТРОПОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 502:504
С.А Бузмаков S.A. Buzmakov
Пермский государственный национальный Perm State University
исследовательский университет 15, Bukireva st., Perm, 614990
614990, Пермь, Букирева, 15
e-mail: lep@psu.ru
ВВЕДЕНИЕ В АНТРОПОГЕННУЮ ТРАНСФОРМАЦИЮ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Антропогенная трансформация природной среды представляет собой сложный экологический процесс, имеющий свои закономерности. Теоретические основы подразумевают развитие понятийного аппарата, представлений об антропогенной трансформации. Предложена концептуальная модель антропогенной трансформации основанная на закономерностях сукцессионных изменений и модификациях природной среды.
Ключевые слова: антропогенная трансформация, природная среда, экосистема, сукцессия, деградация, восстановление.
THE BEGINNING OF THE ANTHROPOGENIC TRANSFORMATION OF THE NATURAL
ENVIRONMENT
The anthropogenic transformation of the environment is a complex ecological process that has its own laws. Theoretical foundations imply the development of a conceptual apparatus, ideas about anthropogenic transformation. A conceptual model of anthropogenic transformation based on regularities of succession changes and modifications of the natural environment is proposed.
Keywords: anthropogenic transformation, natural environment, ecosystem, succession, degradation, restoration.
Антропогенная трансформация природной среды (АТПС) в пространственном отношении протекает на глобальном, региональном и локальном уровнях порождая соответствующего масштаба экологические проблемы и катастрофы. Обсуждение данной проблематики идет постоянно и учитывает самые разнообразные аспекты [15]. Уточняется и развиваются общие представления об антропогенной трансформации на уровне экосистем[2,3] и окружающей среды[1]. Для обеспечения рационального использования ресурсов ведутся наблюдения за техногенным влиянием и разрабатываются меры по предотвращению отрицательных последствий в атмосферном воздухе [7,11], в водных объектах [14], в почвенно-растительном покрове[8], в водосборных комплексах[17]. Обсуждаются вопросы токсичности отходов в окружающей среде [16]. Изучаются аспекты связанные установлением с фоновых концентраций [5], продолжаются исследования по определению пороговых концентраций [6]. Значительное внимание уделяется проблемам сохранения природной среды через создание различных сетей ООПТ [18,19], отдельных ООПТ [4], в том числе в очень своеобразной городской среде [9].
Управление взаимодействием общества и природы на основе познанных закономерностей антропогенной трансформации природной среды должно позволить предотвращать существенные отрицательные изменения, использовать
благоприятные тренды для ведения хозяйственной деятельности, улучшения гигиенических условий
жизни человека [2].
Понятие «среда» имеет многочисленные толкования. Н.Ф. Реймерс предлагает окружающую среду человека, для ликвидации терминологической путаницы, делить на собственно природную, квазиприродную и артеприродную [12].
Научное и юридическое понятия об экосистеме практически совпадают. На рис. 1 дана схема состава и структуры окружающей среды согласно Федеральному закону от 10.01.2002 N 7-ФЗ (ред. от 29.12.2015) "Об охране окружающей среды", который рассматривает окружающую среду как «совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а также антропогенных объектов» [10].
Окружающая среда
Природная среда
•Природные объекты Природные компоненты
© Бузмаков С.А., 2018
Природмо-знтропогенные объекты
Рис.1 .Состав и структура окружающей среды согласно закону РФ от 10.01.2002 N 7-ФЗ (ред. от 29.12.2015) «Об охране окружающей среды» [10]
Природная среда окружающая человека
рассматривается как комплекс факторов
естественного или природно-антропогенного
происхождения (т. е. имеющие свойства
самоподдержания без постоянных воздействий со стороны человека), прямо или косвенно, влияющие на отдельного человека или все человечество. Могут выделять абиотические, биотические и антропогенные; или физические, химические и биологические; или энергетическое состояние среды, химический и динамический характер атмосферы и гидросферы; физический, химический и механический характер поверхности земли (включая геоморфологические структуры равнинность, холмистость, гористость и т. п.); состав биологической части экологических систем (растительности, животного и микробного населения, грибов).
Освоенная часть суши земли заметно преобразованна человеком для своих нужд. Оставшаяся доля составляет природную среду жизни. Надо отметить, что площадь косвенного воздействия сейчас практически равна всей поверхности планеты. Площадь планеты 510,2 млн км2, в том числе океанов 361,1 млн км2 (70,8%) и суши 149,1 млн км2 (29,2%). Из площади суши 48051 840 км2 (около 1/3) не несут видимых следов пребывания человека, в том числе в Антарктиде почти 100%, Северной Америке — 37,5, Австралии и Океании — 27,9, Африке — 27,5, Южной Америке — 20,8, Азии — 13,6, в Европе 2,8% суши. В основном это суровые, мало пригодные для жизни природные комплексы с экстремальными для человека условиями существования [1].
Квазиприродная среда — это трансформации природной среды, искусственно преобразованные людьми и характерно отсутствия самоподдержания (т. е. постепенно разрушающиеся без постоянного регулирования со стороны человека): пахотные и иные преобразованные человеком угодья; культурные ландшафты; грунтовые дороги; внешнее пространство населенных мест; зеленые насаждения. Все эти образования имеют природное происхождение, представляют собой измененную природную среду и не являются исключительно искусственными, не существующими в природе. Расширение территорий «второй природы» требует все больших усилий по ее поддержанию [12,13].
Человек интенсивнее и экстенсивнее, чем другие организмы, пытается изменять физические, химические и биологические условия среды для удовлетворения своих разнообразных потребностей. Разрушается среда обитания растений, животных, грибов, физиологически необходимая для нашего существования, нарушаются геохимические круговороты веществ. Соответственно, стремясь всеми средствами снизить уровень загрязнения, человек должен также сохранять целостность биосферы и природной среды как системы жизнеобеспечения.
К артеприродной среде относится весь искусственный мир, созданный человеком, не имеющий аналогов в естественной природе и без непрерывного обновления начинающий разрушаться. Это преобразованное человеком вещество не входящее в естественные геохимические циклы. К так называемой «третьей природе» можно отнести асфальт и бетон современных городов, внутреннее
пространство мест жизни и работы, транспорта и предприятий сферы обслуживания; технологическое оборудование; транспортные объекты; мебель и другие вещи. Сейчас человека окружает артеприродная среда. Она может снижать отрицательное воздействие природной среды (улучшает микроклимат), а может и существенно ухудшать из-за загрязнения, деградации. Сравнение «природного оптимума» с квазиприродными и артеприродными параметрами позволяет определять направления регулирования окружающего человека среды.
Существует объективное противоречие: чем больше расширяется и благоустроеннее становится артеприродная среда, тем больше ресурсов требуется от природной среды и тем больше угроз того, что природная среда будет разрушена как система жизнеобеспечения.
Природопользование обычно понимается как использование природных ресурсов в процессе общественного производства в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. П. включает: извлечение и переработку природных ресурсов, их возобновление или воспроизводство; использование и охрану природных условий среды жизни и сохранение (поддержание), воспроизводство (восстановление) и рациональное изменение экологического баланса. В настоящее время природопользование часто рассматривается и как отрасль научных знаний о взаимодействии человека и природы. Выделяют реальное, как правило, нерациональное природопользование — система деятельности, не обеспечивающая сохранения природно-ресурсного потенциала. Как теоретическое, но направленное на внедрение в хозяйственную деятельность, научно обоснованное, разрабатывается рациональное природопользование — система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей [12,13].
Подходы и методы изучения трансформации природной среды, несомненно, играют ключевую роль в выявлении закономерностей глобального, регионального и локального характера.
Сохранение природной среды через создание сетей особо охраняемых природных территорий сегодня представляет теоретический и практический интерес для субъектов РФ и муниципальных районов.
В настоящее время в связи с высоким уровнем промышленного производства антропогенное воздействие на окружающую среду достигло критического уровня. Ежедневно в воздушный бассейн крупных городов поступает большое количество загрязняющих веществ, суммарное воздействие которых сложно предсказать и предотвратить. От качества атмосферного воздуха напрямую зависит условия среды обитания человека, здоровье и репродуктивный потенциал населения, расходы на здравоохранение и т.д.
На данный момент в науке и практике существуют различные способы очистки атмосферного воздуха от
загрязняющих веществ. Их применение зависит от конкретных ситуаций. На практике применяется промышленная и санитарная способы очистки, которые заключаются в очистке газов с последующим применением или утилизацией полученных веществ. Также применяется биологический способ, который заключается в использовании способности растений к аккумуляции загрязняющих веществ.
Геоэкологический способ очистки атмосферного воздуха от загрязнений заключается в использовании способности экосистем и их отдельных компонентов к аккумуляции и деградации загрязняющих веществ, их миграции в конкретных условиях окружающей среды (микроклиматических, почвенных, рельефа и
др.).
В качестве фундамента для решения проблем сельского хозяйственной жизнедеятельности представляется разработка вопросов оптимального сочетания сохранения, восстановления и использования природной среды. Энергия, сукцессии местных экосистем выступают как неисчерпаемые и возобновимые ресурсы для благоприятной аграрной среды.
Изучение техногенной трансформация природной среды под влиянием промышленности наиболее обеспечено прикладными научными исследованиями. Здесь развиваются подходы, основанные на изучении экосистем, ландшафтах, природно-техногенных процессов, природно-технических систем. Актуальным становится развитие теории устойчивого ресурсопользования путем формирования оптимального сочетания квазиприродной и природной среды. Антропогенная трансформация наземных экосистем как изменение биотопических условий, реакция биоты (автотрофы, гетеротрофы и сапротрофы) малоизучена, что не позволяет решать важные хозяйственные задачи оптимальным образом.
Анализ современных представлений об антропогенных трансформациях под влиянием хозяйственной деятельности, определение основных факторов воздействия промышленности на природную среду, выделение специфики той или иной отрасли, определение известных
географических закономерностей изменений позволяет на этой базе сформировать первоначальную концепцию трансформации экосистем.
Антропогенная трансформация природной среды - последовательная и цикличная смена состояний экосистемы деградационного и восстановительного направления, обратимого (зонального) и необратимого (азонального) характера, возникающая в результате взаимодействия загрязнителей, биотопа и биотических компонентов, обусловленная постоянным и/или периодическим воздействием антропогенных факторов.
Изучение закономерностей антропогенной трансформации природной среды, развитие подходов и принципов целесообразно как с теоретической, так и практической точки зрения.
Методы и методики изучения трансформации природной среды в условиях значительного
обновления научного оборудования дают возможность получить новые сведения о реальных экологических процессах определяющих уровень деградации или восстановления окружающей среды и ее качестве.
Сохранение природной среды путем создания сетей особо охраняемых природных территорий должно обеспечивать представленность
географического разнообразия и сбалансированного круговорота веществ.
Экологические проблемы городской среды обусловлены приоритетом индустриальных и экономических ценностей, отсутствием позитивного опыта решения сложных задач по восстановлению благоприятных условий жизни для человека.
Проблемы аграрной среды часто возникают из-за чрезмерной антропогенной нагрузки на агроэкосистемы и потерю ими устойчивости. Моделирование техногенной трансформация природной среды под влиянием промышленности и, прежде всего горной промышленности остается важнейшей составляющей современных научных исследований. Действительно экологичные технологиии должны соответствовать принципам энергосбережения, замкнутости круговорота веществ, сохранения ландшафтного и биологического разнообразия, способствовать снижению
антропогенной нагрузки на биосферу.
Кроме научных результатов, решаются и прикладные задачи. Экологических технологии для восстановления, сохранения природных ресурсов и природной среды формируют устойчивое природопользование.
На рис.2 представлена схема АТПС. Процесс можно рассматривать как разворачивающийся в пространстве и времени.
Рис. 2. Антропогенная трансформация природной среды Е - состояние экосистем; F - мощность антропогенного фактора; S - площадь; t - время; е - изменение экосистем; f - изменение мощности антропогенного фактора; А -природно-антропогенное равновесие.
Состояние экосистем изменяется от климаксового до различных сукцессионных состояний в зависимости от мощности воздействия
антропогенного фактора. Преобладает экзогенная сукцессия при увеличении внешнего воздействия, а при его снижении начинается эндогенная.
В отношении природной среды необходимо выделять процессы АТПС, выражающиеся в деградации природной среды и ее восстановлении в зависимости от преобладающих сукцессий экосистем. Для того, чтобы определить направление АТПС нужны динамические данные. На блок-схеме увеличение антропогенной нагрузки (кривая 1) ведет ведет к экзогенной сукцессии экосистем (кривая е) и деградации природной среды. Равновесие природно-антропогенного для сельскохозяйственного, или лесного, или горнодобывающего природопользования наступает в точке А, когда уравновешиваются экзо- и эндо-генные сукцессии и, соответственно, деградация и восстановление природной среды.
Представленная блок-схема АТПС требует обсуждения и корректировки в части движущих сил АТПС и ее связи с сукцессионными процессами в экосистемах.
Теория АТПС требует дальнейшего развития понятийно-терминологического аппарата, особенно в части обозначения направлений и причин изменений природной среды.
Развитие прогностических функций зависит от полноценной теории АТПС, в том числе и для определения качества природно-антропогенного режима для человека и хозяйственной деятельности.
Экологическая оценка того или иного состояния АТПС может выполняться не только с позиций цикла сукцессии экосистем, но и сохранения историко-природных особенностей природно-антропогенных экосистем, природно-антропогенных режимов и комфортности среды обитания человека.
Библиографический список
1. Алексеенко В.А., Бузмаков С.А., Панин М.С. Геохимия окружающей среды. Перм.гос.нац.иссл.ун-т. Пермь, 2013. 359с.
2. Бузмаков С.А. Антропогенная трансформация природной среды// Географический вестник. 2012. №4 (23). Пермь. С.46-50.
3. Бузмаков С.А. Техногенная трансформация природной среды под воздействием нефтяной промышленности // Геоэкологические проблемы Приуралья: мат. междунар. летней школы-семинара (1-12 августа 2012). научн. ред. С.А.Бузмаков. Перм.гос.нац.исслед.ун-т. Пермь, 2012. С. 207-222.
4. Бузмаков С.А. Проблемы проектирования кластерного природного парка// Природные и исторические факторы формирования современных экосистем Среднего и Северного Урала. Материалы докладов школы-конференции. 2017. С. 31-35.
5. Бузмаков С.А., Дзюба Е.А. Определение фонового содержания циклических элементов в почвах Тулымского камня (Пермский край)// Известия высших учебных заведений. СевероКавказский регион. Серия: Естественные науки. 2016. № 3 (191). С. 49-57.
6. Бузмаков С.А., Егорова Д.О., Гатина Е.Л. Доза-эффект нефтезагрязнения почв на биотический компонент экосистем// Вестник Российского
университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2017. Т. 25. № 2. С. 217-229.
7. Бузмаков С.А., Костылева Н.В., Сорокина Т.В. Об оценке выбросов в атмосферу от функционирования будущего пермского зоопарка. Географический вестник. 2014. №4 (31). С. 67-74.
8. Гайрабеков У.Т., Тайсумов М.А. Анализ изученности влияния нефтяного загрязнения на почвенно-растительный покров// Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа Материалы II Всероссийской научно-технической конференции. Отв. ред. Матишов Г.Г. 2012. С. 577-588.
9. Голованов Я.М., Баранова О.Г. К вопросу сохранения редких видов растений урбанофлор городов южной промышленной зоны республики Башкортостан// Вестник Удмуртского университета. Серия Биология. Науки о Земле. 2013. № 1. С. 26-32.
10. Об охране окружающей среды. N 7-ФЗ от 10.01.2002 (ред.от 29.12.2015).
11. Смородин А.В., Гамм Т.А. Оценка состояния окружающей среды прилегающих территорий при сжигании газа на факелах// Достижения науки и образования. 2018. №6(28) С. 59-62.
12. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль,1990, 637с.
13. Реймерс Н.Ф. Экология: Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Россия Молодая. 1994. 367с.
14. Слинко О.В., Чернянский С.С. Инженерно-гидрогеологическое обоснование охраны водных ресурсов в районах нефтегазовых месторождений// Водные ресурсы. 2007. Т. 34. № 1. С. 83-96.
15. Экологические проблемы. Взгляд в будущее. Сборник трудов VIII Международной научно-практической конференции; Посвящается Году экологии в РФ; Посвящается 70-летнему юбилею Ростовского областного отделения Русского географического общества / Министерство образования и науки РФ, ФГАОУ ВО «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ», Институт наук о Земле, Российский фонд фундаментальных исследований, Ростовское региональное отделение Русского географического общества. 2017.
16. Busmakov S.A. Ökosystemtransformation unter anthropogenem Einfluss// Ökologische Sicherung von Altdeponien und Altablagerungen durch Aufforstung. IASP an der Humboldt-Universität zu Berlin. Berlin.2009. P.14-16.
17. Buzmakov S., Egorova D., Gatina E. Effects of crude oil contamination on soils of the Ural region// Journal of Soils and Sediments. 2018. С. 1-11.
18. Buzmakov S.A., Sannikov P.Yu. Landscape and biological diversity of protected areas network in Perm Krai// Advances in Environmental Biology, 8(13) August 2014, Pages: 473-479.
19. Mandzhieva S.S., Goncharova L.Y., Minkina T.M., Bauer T.V., Shertnev A.K., Chaplygin V.A., Sushkova S.N., Burachevskaya M.V., Kozlova M.N., Batukaev A.A., Poluektov E.V. Current state of haplic chernozems in specially protected natural areas of the
steppe zone// OnLine Journal of Biological Sciences. 2017. Т. 17. № 4. С. 363-371.
УДК 631.4
В.С. Артамонова1, С.Б. Бортникова2 V.S. Artamonova1, S.B. Bortnikova2
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН institute of Soil Science and Agrochemistry SB RAS
630090, Новосибирск 8/2, Lavrentjev pr., Novosibirsk, Russia, 630090
2Институт нефтегазовой геологии и геофизики 2Trofimuk Institute of Petroleum Geology and
им. А.А. Трофимука СО РАН Geophysics SB RAS
630090, Россия, Новосибирск 3, Acad. Koptug pr., Novosibirsk, Russia, 630090 e-mail: artamonova@issa.nsc.ru,1, bortnikovasb@ipgg.sbras.ru2
БИОГЕННОЕ ПОЧВООБРАЗОВАНИЕ НА ТЕРРИТОРИИ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ НАСЫПНЫХ ОТВАЛОВ СУЛЬФИДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ЦИАНИРОВАНИЯ
Освещается проблема загрязнения окружающей среды сульфидсодержащими отходами цианирования золота. Приводится геохимический состав отвалов, в том числе старовозрастных, и почв санитарно -защитной зоны. Показано, что в загрязнённых токсикантами средах обитания жизнедеятельность бактерий определяется набором ассоциаций токсикантов. Обсуждается возможность использования антифунгальных штаммов азотобактера для повышения иммунитета семян серутолерантных растений группы сидератов с целью ускорения биогенного почвообразования. Ключевые слова: отвалы, бактерии, токсиканты, почвы, биоремедиация.
BIOGENIC SOIL FORMATION IN THE TERRITORY OF A LONG-TERM STORAGE OF SULFIDE
WASTES OF GOLD CYANIDATION
The problem of environmental pollution with sulfide waste of gold cyanidation was discussed. Geochemical composition of waste heaps, including abandoned ones, and soils of the sanitary-protective zone is given. It is shown that in the polluted environment the vital activity of bacteria is determined by a set of associations of toxicants. The possibility of using aboriginal strains of Azotobacter expressing antifungal ability is discussed to increase the sulfurtolerant plants of the ciderates group to accelerate biogenic soil formation. Key words: sulfide waste, bacteria, toxicants, soils, bioremediation
География размещения разведанных и освоенных золоторудных районов включает Карело-Кольскую, Таймырскую, Северо-Восточную, Уральскую, ЮжноСибирскую, Забайкальскую, Дальневосточную провинции. Основная часть коренных месторождений находится в Сибири и на Дальнем Востоке. Горное окаймление юго-востока Западной Сибири представляет большое количество золоторудных месторождений, золото из которых в течение многих лет извлекалось цианированием в щелочной среде. Отходы переработки, зачастую содержащие высокое количество сульфидных минералов, складировались в виде насыпных куч (отвалов) вблизи населённых мест. С течением времени минеральная матрица в составе отходов разрушалась под действием окислительных факторов, токсичные элементы мигрировали в окружающую среду с ветром, талыми и ливневыми потоками, подотвальными водами, образуя вокруг отходов геохимические аномалии, опасные для природы и человека.
В декабре 2016 г. вышел Указ Президента РФ (№ 642) "О стратегии научно-технологического развития РФ" [10]. В нём приводится «перечень больших вызовов для общества, государства и науки, включающий возрастание антропогенных нагрузок на окружающую среду до масштабов, угрожающих воспроизводству природных ресурсов и связанный с
© Артамонова В.С., Бортникова С.Б., 2018
их неэффективным использованием рост рисков для жизни и здоровья граждан». Незахороненные сульфидсодержащие отходы цианирования золота -один из таких вызовов. Ответным решением на него может быть минимизация загрязнения путём создания почвенного слоя на поверхности отвалов и проведения экобиоремедиации загрязнённых почв, прилегающих к отходам. Основы
рекультивационного почвоведения были заложены 30 лет тому назад в связи с необходимостью формирования растительного и почвенного покровов на промышленных отвалах, образованных при добыче разных полезных ископаемых [9]. Почвообразование является биогенным процессом, отчего трактуется как биогенное почвообразование, и в техногенных ландшафтах начинается с момента колонизации их растениями, микроорганизмами, животными. Биота является первоисточником органического вещества, которое служит материалом для образования почвенного гумуса, биологически активных веществ, хелатов (сидерофоров) и биофильных элементов, которые первопоселенцы поглощают из геохимической среды для поддержания жизнедеятельности. Иммобилизация элементов колонизаторами в существенной степени определяют химический состав формирующихся почв. Для фотосинтеза и азотного обмена растениям необходимы N С, О, Н, Са, М^ №, К, Р, 8, С1, 8^ Fe, в меньшей степени Си, Со, Мп, 2п, V, №, Мо, 8г, В, 8е, F, Вг, I. Но многие из них недоступны, либо
