Основы общей и экологической токсикологии - Владимир Базылев

Напомним, что продуценты – это автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений, используя солнечную энергию (зеленые растения, микроскопические водоросли и др.). Они составляют первое звено пищевой цепи. Консументы — это гетеротрофные организмы, которые потребляют первичную продукцию и накопленную в ней энергию, т. е. для них продуценты представляют собой единственный источник питания. Они бывают I порядка (растительноядные), II порядка (плотоядные), III порядка (хищники, питающиеся более слабыми хищниками) и т. д. Редуценты (деструкторы) — это организмы, разлагающие органические остатки (бактерии, грибы, микроорганизмы) и служащие частично завершающим звеном биологического круговорота.

Основанием экологической пирамиды служит первый трофический уровень – уровень продуцентов, а последующие уровни образуют следующие этажи пирамиды. При этом высота всех блоков-этажей одинакова, а длина пропорциональна числу, биомассе или энергии на соответствующем уровне (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Экологическая пирамида

В зависимости от того, количественные соотношения каких величин отражает пирамида, она носит название пирамиды чисел, биомасс или энергий. Подобные пирамиды-соотношения используют для практических расчетов при обосновании, например, необходимых площадей под сельскохозяйственные культуры, с тем чтобы обеспечить кормами выращиваемое поголовье скота и далее реализовать определенный объем мясной продукции.

Из количественных оценок, связанных с энергией, для трофических цепей установлено «правило десяти процентов» (закон Линдемана): с одного трофического уровня экологической пирамиды энергий на другой в среднем переходит 10 % энергии, поступающей на предыдущий уровень (Дедю И. И., 1990).

Например, количество энергии, которая доходит до третичных плотоядных (трофический уровень биоценоза V), составляет около 10– 4 энергии, поглощенной продуцентами. Это объясняет ограниченное количество (5 – 6) звеньев (уровней) в пищевой цепи независимо от рассматриваемого биоценоза.

Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов, причем из концепции В. И. Вернадского и ряда других ученых следует закон незаменимости биосферы:

Биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Приведенный закон утверждает, что конечная задача охраны природы – это сохранение биосферы как естественного и единственного места обитания человеческого общества.

Поучительным и наглядным примером является история острова Пасхи. На одном из полинезийских островов, носящем название остров Пасхи, в результате сложных миграционных процессов в VII в. возникла замкнутая изолированная от всего мира цивилизация. В весьма благоприятном субтропическом климате она за сотни лет существования достигла существенных высот развития, создав самобытную культуру и письменность. А в XVII в. она без остатка погибла, уничтожив вначале растительный и животный мир острова, а затем погубив себя в прогрессирующей дикости и каннибализме. У последних островитян не осталось уже воли и материала, чтобы построить спасительные «Ноевы ковчеги» – плоты и лодки. В память о себе исчезнувшее сообщество оставило полупустынный остров с гигантскими каменными фигурами – свидетелями былого могущества.

Наукой установлено, что потоки биологического синтеза и разложения вещества в биосфере с высокой точностью, до десятых долей процента, совпадают друг с другом, образуя сложную систему биологических циклов. Эта система подчиняется принципу Ле Шателье – Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Физический принцип Ле Шателье – Брауна, основанный на моделях неживой природы, справедлив и для условно-равновесных (квазистационарных) природных систем, в том числе экологических (Смирнов Н. П., 2006). Этот же принцип объясняет причину негативного действия закона снижения энергетической эффективности природопользования – чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия природных систем этому отклонению.

Нарушения цикличности и действия рассматриваемого принципа проявляются в истории биосферы в форме экологических кризисов: локальных, региональных, глобальных. Современный кризис определяется как неразрешимое в настоящее время противоречие между утвердившейся в истории цивилизации практикой природопокорительного отношения общества к окружающей среде и способностью биосферы поддерживать систему естественных биохимических циклов самовосстановления.

Развитие экологического кризиса в значительной степени связано с техногенными процессами, с увеличением объемов и темпов хозяйственной деятельности. Действительно, хозяйственная деятельность современного человечества в течение последнего столетия привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами производства. Воздушный бассейн, водные объекты и почвы в районах крупных промышленных центров часто содержат токсичные вещества, концентрации которых существенно превышают предельно допустимые значения.

2.2. Основные источники и виды антропогенного загрязнения атмосферного воздуха

Источниками антропогенного загрязнения атмосферы служат различные объекты производственной и бытовой деятельности людей (табл. 2.2).

Пока масштабы антропогенного загрязнения атмосферы уступают глобальной естественной эмиссии (выделению). Данные о глобальной эмиссии из природных источников и в результате деятельности человека приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.2

Виды загрязнений атмосферы

Техногенные источники отличаются большой скученностью, что приводит к высоким локальным загрязнениям воздушной среды.

Естественное загрязнение воздуха происходит в результате извержения вулканов, которых на планете насчитывается свыше 500, а также вследствие пыльных бурь, особенно в степных районах.

Антропогенные факторы предопределяют существенные изменения в нормальном функционировании атмосферы, причем как в самых нижних, так и в высотных ее частях. Имеется множество различных источников антропогенного характера, вызывающих загрязнение атмосферы, а вместе с тем и серьезные нарушения экологических равновесий в биосфере. По своим масштабам заслуживают внимания, прежде всего, два таких источника – транспорт и индустрия. В среднем на долю транспорта (например, в США) приходится 60 % общего количества загрязнений, поступающих в атмосферу, промышленности – 17 %, энергетики – 14 %, на отопление и уничтожение отходов – 9 %.

Таблица 2.3

Глобальные эмиссии из природных источников и в результате человеческой деятельности

Если говорить о транспорте, и, прежде всего, автотранспорте, то следует отметить, что при работе двигателя на этилированном бензине в выхлопах появляются оксиды азота, свинец и его соединения. Количество свинца в воздухе находится в прямой зависимости от интенсивности движения. При работе на серосодержащем топливе в выхлопах появляется также диоксид серы (SO2). Как правило, содержание токсичных веществ в выхлопе бензиновых и дизельных двигателей превышает предельно допустимые концентрации в десятки и сотни раз.

Большой вклад в загрязнение атмосферы вносит и индустрия. Проведенный в России анализ состава промышленных выбросов и автотранспорта в 100 городах показал, что 85 % общего выброса вредных веществ в атмосферу составляют сернистый газ, оксид и диоксид углерода и аэрозольная пыль. Половина остальных 15 % специфических вредных веществ приходится на углеводороды, другая половина – на аммиак, сероводород, фенол, хлор, сероуглерод, фтористые соединения, серную кислоту.

Коксохимические, нефтехимические и металлургические заводы служат источниками поступления в атмосферу полиароматических углеводородов (ПАУ), в частности бенз(а)пирена. Концентрация бенз(а)пирена, как одного из наиболее опасных канцерогенов, на таких предприятиях достигает сотен мкг/м3 (ПДК = 5 ⋅ 10– 6 мг/л).

Особенно большое локальное загрязнение воздуха ПАУ связано с переработкой угля в кокс, а также при разливе стали. Высокий уровень загрязнения воздушной среды ПАУ имеет место в производстве алюминия и сажи. Значительными источниками ПАУ служат тепловая электрическая станция (ТЭС) и тепловая электроцентраль (ТЭЦ).