6. Предельно допустимые концентрации токсикантов
Предельно допустимые концентрации токсикантов для отдельных компонентов системы зависят от сочетания внешних факторов, свойств почв, экологических требований произрастающих культур. Большое значение имеет оценка устойчивости почв и растений к антропогенным стрессам.
Согласно закону толерантности Шелфорда В., лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие, и, наоборот, один и тот же результат может быть получен разными путями: 1) толерантность по отношению к данному фактору и положение зоны оптимума могут быть различными для различных физиологических и –экологических функций организма (Одум Ю.); 2) границы экологической толерантности характеризуют не биологические виды, а отдельные их географические популяции (Одум Ю.); 3) толерантность организма, по отношению к одному и тому же фактору, зависит от пола и возраста (Одум Ю.); 4) оптимальная зона и пределы выносливости организма, по отношению к тому или иному фактору, могут заметно смещаться в зависимости от того, в каком сочетании и с какой силой действуют одновременно другие факторы; 5) интегральное действие на организм совокупности экологических факторов осложнено явлениями монодоминантности, синергизма, антагонизма и провокационности их совместного действия.
При этом, монодоминантность проявляется в том, что один из факторов, находясь либо в минимуме, либо в максимуме, оказывает столь сильное воздействие, что подавляет влияние всех остальных факторов. Синергизм проявляется в усилении одним фактором действия другого. Антагонизм проявляется в ослаблении одним фактором действия другого. Провокационность соответствует сочетанию стимулирующих веществ с летальными при усилении отрицательных эффектов. Указанные взаимосвязи проявляются как при действии нескольких факторов на ландшафт, на почву, так и на растения, биоту.
7.Важным вопросом является прогноз максимально возможной биологической продуктивности для конкретных территорий.
Популяциям свойственны рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях. Когда среда не оказывает ограничивающего влияния, скорость роста популяции на особь для данных климатических условий постоянна и максимальна. В то же время, благодаря саморегулированию, прирост массы и распределение отдельных членов экосистемы всегда подчинены функциональному целому, и популяции не растут безгранично.
В биосфере сама биота, в соответствии с принципом Ле-Шателье, обеспечивает стабильность окружающей среды. Биосфера, в целом и естественные экосистемы, обладают предельной хозяйственной емкостью; превышение верхнего порога этой емкости нарушает устойчивость биоты и окружающей среды. В пределах хозяйственной емкости биосфера и земные экосистемы, подчиняясь принципу Ле-Шателье, быстро восстанавливают все нарушения окружающей среды, и последняя остается устойчивой; способность восстановления в абсолютных величинах, как и предел хозяйственной емкости. Превышение хозяйственной емкости приводит к размыканию биогенов и деформации окружающей среды. Нарушения окружающей среды обусловливают изменения экологических ниш, как следствие, ведут к распаду геномов и, в дальнейшем, к исчезновению многих видов организмов (Экология, охрана природы и экологическая безопасность, 1997; Агроэкология, 2000).
Необходимо ограничение максимальной продуктивности агроценозов, в связи с техногенной нагрузкой, токсичными по величине потоками вещества и энергии, предельно допустимый уровень которых, обусловлен буферными свойствами почв, ландшафтов. С этой точки зрения, нельзя создавать почву с высоким фоном элементов питания, по загрязняющую грунтовые воды, воздух, сельскохозяйственную продукцию. Избыток каких-либо элементов в почве, уменьшение степени разнообразия экологических ниш приводит к уменьшению степени самоорганизации системы, что, в дальнейшем, требует и гораздо больше энергии для ее оптимизации.
При рассмотрении установленных зависимостей влияния антропогенных факторов на агрофитоценозы целесообразно рассматривать законы, закономерности, постулаты, правила и эмпирические зависимости. Они выяснены для агроэкосистем, почв, системы почва-растение, отдельных процессов, для конкретных условий и ситуаций. Закономерности и правила агроэкологии могут рассматриваться на разном уровне для ландшафтов, системы почва-растение, почв, для деградации и окультуривания почв и.д.
Преображенским А.А. сформулированы следующие основные системные ландшафтно-географические постулаты: 1) системная аксиома – окружающий нас мир системен; все разнообразные элементы его взаимосвязаны; 2) иерархическая аксиома – любая система состоит из системы низкого ранга и входит в системы высшего ранга; 3) временная аксиома – наблюдаемые явления – момент в общем ходе прошлого и будущего развития; 4) планетарная аксиома – планеты – открытые системы; 5) земледельческая аксиома; 6) ландшафтная аксиома – существует иерархическое подчинение ландшафтов.
К фундаментальным законам, управляющим геохимической деятельностью живых организмов в биосфере, относятся, в частности, следующие: 1) биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению; 2) эволюция видов, в ходе геологического времени приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, ведет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов в биосфере.
Распределение химических элементов в земной коре подчиняется следующим закономерностям: 1) закону Кларка-Вернадского, согласно которому все химические элементы есть везде; 2) закону Ферсмана, согласно которому с усложнением строения атомного ядра химических элементов, его утяжелением, кларки элементов уменьшаются; 3) в земной коре преобладают элементы с четными порядковыми номерами и атомными числами; 4) среди соседних элементов, у четных – всегда кларки выше, чем у нечетных (Одуо, Гаркис); 5) особенно велики кларки атомных элементов, атомная масса которых делится на 4 (O, Mg, Si, Ca), а, начиная с А1, наибольшими кларками обладает каждый 6 элемент (O, Si, Ca, Fe) (Орлов Д.С., Безуглова О.С., 2000).
В соответствии с принципами энергоэнтропики, в каждом классе материальных систем преимущественное развитие получают те, которые при данной совокупности внутренних и внешних условий достигают максимального значения негэнтропии или максимальной энергетической эффективности (КПД, долговечности надежности). Это характерно для прогрессивно развивающихся почв. При нарушении экологической обстановки происходит деградация почв, начинает преобладать тенденция к возрастанию энтропии, рассеивание вещества и энергии, уменьшению свободной энергии системы. При прогрессивном развитии экологическая система достигает характерного для каждой совокупности внешних и внутренних условий предела, который можно выразить максимальным значением соответствующего вида негэнтропии. Это следует учитывать и при планировании уровня плодородия почв, урожая сельскохозяйственных культур.
1. Закон Эшби – системы, состоящие из большого числа разнообразных элементов, менее подвержены колебаниям. Для агрофитоценозов на основании этого закона можно выделить следующие зависимости. Чем более контрастна и сложна структура почвенного покрова, тем устойчивее почвенный покров к стрессовым ситуациям и антропогенным воздействиям. (Однако, это не значит, что он более пригоден для сельскохозяйственного производства). Сформированные в течение длительного времени горизонты почв не только являются отражением предыстории их развития и эволюции, но служат пакетом геохимических барьеров, обусловливающих развитие почв с другими компонентами экосистемы, являются факторами развития растений. Чем более сложен фракционный состав соединений элементов в почве, тем она более устойчива к факторам, изменяющим их подвижность. Естественные ценозы, содержащие большое число видов растений более устойчивы к стрессовым ситуациям и антропогенным воздействиям, чем культурные ценозы.
2. Факторы жизни растений, которыми их обеспечивает почва, тесно взаимосвязаны друг с другом. Изменение одного параметра почв до пределов, нехарактерных для почвы, но необходимых для развития определенного вида растений, приводит и к изменению всех других параметров почв, в большей или меньшей степени. Оптимизация одних свойств почв приводит к ухудшению других свойств. Поэтому для развития растений необходима не гомогенная, а гетерогенная почва. (Например, оптимизируя рН до рН=6,5-7,0, мы вызываем осаждение поливалентных металлов, увеличивая окислительно-восстановительный потенциал почвы, мы уменьшаем доступность для растений соединений железа и марганца). Оструктуривание почв приводит к возникновению разнокачественных зон на поверхности и внутри структурных отдельностей, что увеличивает устойчивость системы к внешним воздействиям.
3. Любой уровень антропогенной нагрузки на почву приводит к изменению ее свойств и сдвигает равновесие, а при длительном действии приводит к достижению новых условий равновесия. Эти новые достигнутые условия требуют для сохранения равновесия постоянного воздействия на почву тех же уровней антропогенной нагрузки (в качественном и количественном отношении).