Антропогенные процессы в растительных сообществах

Наступление человека на леса имеет давнюю историю. Когда человек для получения продуктов питания от собирания плодов и охоты перешёл к земледелию, началось вырубание отдельных участков леса или их выжигание. С развитием орудий производства это наступление на леса расширялось. Позднее леса стали вырубать в связи с использованием древесины в качестве топлива, стройматериала, для производства бумаги. Так, воскресный выпуск «Нью-Йорк Таймс» требует 2900 м³ древесной массы, для чего нужно срубить до 2000 деревьев с площади около 6 га. Это — для одной газеты. А если суточную печатную продукцию США уложить в ленту шириной в газетный лист, то ею можно 11 раз обернуть земной шар.

За 10 тыс. лет, с неолита (когда население Земли составляло всего около 10 млн. чел.), человечество сократило площадь лесов на планете вдвое. Особенно бурно протекал этот процесс за последние 350 лет, с начала эпохи капитализма. В 900 г. леса покрывали 70% площади Западной Европы, ныне — только 25%. В Великобритании, расположенной в лесных зонах, уничтожено более 95% лесов, и они сохранились лишь на 4% площади. В Италии, Франции и других западноевропейских странах уничтожено 85–90% лесов. В США уничтожен 71% всех лесов.

К настоящему времени лесистость Земли упала на 25–30%, и каждый год вырубается около 400 тыс. км² лесов, главным образом тропических. Под тропическими лесами площадь сокращается быстро: их площадь уменьшается на 44 га/мин, и сейчас они занимают только 6% суши. При этом они являются местом обитания почти 1/2 всех биологических видов на Земле. При нынешних темпах сведения тропических лесов 1/5 этих видов исчезнет через 20 лет.

В странах Юго-Восточной Азии, Африканского континента и Латинской Америки ежегодно вырубается до 20 млн. га лесных площадей. Население этих стран, составляющее уже сейчас почти половину всего человечества, непрерывно увеличивается, что диктует необходимость расширения сельхозугодий. Катастрофически сокращаются тропические леса в Южной Америке, обладавшей наибольшими площадями влажных тропических лесов. В Амазонии они ежегодно сокращаются человеком, из-за выжигания, на 10 млн. га, или на 2%. Процесс сведения лесов в Южной Америке ускорился в связи со строительством трансконтинентальной автомагистрали. В Западной и Центральной Африке тропические леса ежегодно сокращаются на 1 млн. га. Пока трудно прогнозировать все последствия, которые может вызвать истребление тропических лесов, за счёт которых США и ряд других промышленных стран покрывают свой отрицательный баланс кислорода. Непосредственные прямые следствия могут быть не столь угрожающими, сколь серьёзными окажутся необратимые процессы, в запуске которых эти следствия сыграют роль «спускового крючка» или «кнопки».

Нехватка энергетических ресурсов делает население наиболее отсталых стран зависимым от древесины как основного вида топлива. Около половины вырубаемых в мире лесов используется на дрова и изготовление древесного угля. В Непале, например, 94% энергопотребления удовлетворяется за счёт древесины. Отроги Гималаев оголяются на глазах. Для бытовых нужд, печей, мелких ремесленных мастерских вырубаются дуб, эвкалипт, шелковичные деревья, рогсбургская сосна. И если темпы вырубок сохранятся, то, по мнению специалистов, к 2000 г. в Непале не останется значительных лесных массивов.

Сведение лесов приводит к смыву почвы, нарушению гидрологического режима на громадных территориях, к сносу больших количеств обломочного материала, наводнениям и другим бедствиям. Катастрофические наводнения в результате вырубки лесов имеют место на р.Миссисипи и Огайо, в Индии, Ираке, Австралии и других странах.

Неуклонное сокращение лесов на планете приводит к уменьшению растительной продукции биосферы, в настоящее время недобор фитомассы уже составляет многие миллиарды тонн. Сокращение высокопродуктивных зелёных формаций уменьшает возможность трансформации и аккумуляции солнечной энергии. Это означает, что Земля и населяющее её человечество всё больше теряют свою непосредственную связь с Солнцем, с его излучением. Потребности человечества в органической продукции биосферы уже превышает фактический объём этой продукции в энергетическом выражении. Такие масштабы изменения зелёной растительности планеты отрицательно сказались и будут сказываться на изменении всей организованности биосферы.

Значительное сокращение лесов происходит ещё и от лесных пожаров, возникающих по небрежности и безответственности человека. Брошенные непогашенные окурок или костёр, кусок разбитой бутылки или банки (солнечные лучи, преломляясь через неё, могут сфокусироваться и поджечь сухую траву или ветви) могут привести к лесному пожару.

Ежегодно пожарами уничтожается в среднем около 7,2 млн. га лесов. Частота возникновения лесных пожаров особенно возрастает в засушливые периоды. Так, за последние 35 лет были периоды, когда в ФРГ за три недели было зарегистрировано 1700 лесных пожаров, во Франции за лето пожары уничтожили 120 тыс. га лесов; в Испании за 9 месяцев было около 4000 лесных пожаров, в которых сгорело 135 тыс. га лесов; в США только за сутки в штатах Вашингтон, Юта, Монтана, Вайоминг, Мэн и Массачусетс пожары уничтожили около 2 тыс. га леса; в австралийском штате Виктория за неделю вспыхнуло более 70 крупных пожаров, уничтоживших около 120 га лесов и сельскохозяйственных угодий; случалось, что в России — в лесах Урала, Сибири и Дальнего Востока в отдельные дни одновременно полыхало до 120 пожаров.

Во многих случаях при лесных пожарах гибнет не только фитомасса, но также сгорают дома и целые населённые пункты, гибнут десятки и сотни людей, а количество погибающих лесных животных достигает астрономических цифр.

В отчёте ООН «Состояние мировой окружающей среды» в числе четырёх основных факторов, представляющих угрозу для здоровья населения, указано бесконтрольное развитие туризма, которое наносят серьёзный ущерб природным ресурсам и приводит к загрязнению окружающей среды. Представим себе путешествующую по маршруту группу плановых или «диких» туристов. После перехода привал и ночлег, тут же наломали ветвей для постели, заготовили колья для палаток, нарубили дров для костра. На привал в среднем расходуется около 1 м³ древесины. Но только по нашей стране ежегодно уходят в поход сотни тысяч туристических групп, причём каждая из них делает по нескольку привалов. Нетрудно подсчитать, что в пути они израсходуют сотни тысяч кубометров древесины, не считая бездумно изломанного и вытоптанного подроста.

Большой урон наносят лесным ландшафтам костры. Сначала от огня погибают травы и цветы. Разгораясь, костер проникает своим жаром в глубь почвы, беспощадно губит, сжигает корни и корешки ближайших деревьев и подлеска, укрытые землёй семена растений, паутину грибниц. От жара в ужасе мечутся по своим подземным ходам насекомые, которые обычно рыхлят почву, обогащая её питательными веществами, гибнет всё население шмелиных и осиных гнездовий. И вот в том месте, где недавно в грунте и над его поверхностью вела кипучую деятельность жизнь, появилось кострище — чёрная рана земли, пепел и тлен. Живая плодородная почва на всю глубину сгорела и омертвела. Нужны годы и годы, чтобы природа с величайшим трудом залечила этот ужасный ожог, воскресила живое творчество почвы. Подсчитано, что почвенные микроорганизмы дают земледелию нашей страны примерно столько же азота, сколько выпускают в год азотных удобрений около 30 крупных химических заводов.

Рассмотрим особенности химического воздействия на растительность по основным, наиболее широко распространённым загрязнителям окружающей среды.

Вблизи крупных тепловых электростанций воздух содержит, как правило, более 0,1% сернистого ангидрида, что выше ПДК для жизни растений. Проникая в листья, он разрушает хлорофилл и снижает фотосинтез, а растворяясь в воде или водяных парах, превращается в сернистую и серную кислоты, которые отравляют деревья и зимой, когда те лишены зелёного убора. Листья под действием кислоты буреют, скручиваются и опадают, а хвоя желтеет с конца игл, что постепенно приводит к гибели растений. Это происходит потому, что сернистая кислота, проникая в хлоропласты и взаимодействуя с зелёным пигментом хлорофиллом, вызывает превращение его в феофитин. Данный процесс протекает при воздействии сернистого ангидрида на листья тополя, липы, акации, берёзы, ольхи, граба, каштана, боярышника, хвою сосны, ели и лиственницы и др. Это отрицательно сказывается на процессе фотосинтеза у сосны, ели, лиственницы, липы, клёна, жимолости и др. Сернистый ангидрид, повреждая растения, способствует ослаблению их устойчивости к разным факторам, болезням и вредителям.

Сероводород поступает в воздух с выбросами коксо-химических предприятий, при производстве искусственного волокна из вискозы и целлюлозы, при работе нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий. При воздействии сероводорода растения теряют тургор (упругость клеток), появляются светло-жёлтые и буро-чёрные пятна ожогов преимущественно в середине листовой пластинки, что связано с нарушением структуры цитоплазматических мембран и падением интенсивности фотосинтеза.

Окислы азота поступают в воздух с выхлопными газами автотранспорта, выбрасываются ТЭС, предприятиями по производству азотных удобрений, азотной и азотистой кислот, анилиновых красителей и др. При воздействии окислов азота на растения происходит периферическое повреждение листьев, скручивание их вовнутрь, некроз и отмирание листовых пластинок. Возникает нарушение азотного обмена у растений.

Фтор и его соединения выбрасываются алюминиевыми заводами, предприятиями, производящими фосфорные удобрения, эмалевые и керамические изделия — обычно в виде фтористого водорода или четырёхфтористого кремния. От их действия на хвойные породы сначала происходит побеление, затем потемнение концов игл, при поражении 1/3–1/2 хвоинок последние отпадают; у лиственных пород происходит пожелтение листьев с их последующим отмиранием и ослабление прироста в высоту. Под действием соединений фтора ослабевает процесс фотосинтеза из-за уменьшения содержания хлорофилла в хлоропластах; особенно сильно снижается фотосинтез у тополя, вяза, сосны обыкновенной.

Вблизи автодорог с интенсивным автомобильным движением к концу вегетации содержание соединений свинца у листьев каштана конского возрастает в 50 раз, у клёна остролистного — в 20 раз, тополя пирамидального — в 10 раз. Отсюда возникает опасность залпового выброса свинца при сжигании опавших листьев осенью. Воздействие соединений свинца снижает продуктивность фитоценозов из-за связывания минеральных питательных веществ в недоступные для усвоения растениями формы.

Соединения цинка, содержащиеся в сточных водах, воздействуют на фитопланктон морских прибрежных вод, замедляя скорость фиксации соединений углерода в процессе фотосинтеза, что замедляет рост микроводорослей, являющихся основным кормом промысловых рыб.

Проблема рационального использования альпийских и субальпийских лугов существует почти во всех горных областях мира. Неравномерное распределение скота на пастбищах, бессистемная пастьба и сенокошение, отсутствие ухода за горными лугами привели к необратимым экологическим последствиям.

В целях сохранения и улучшения альпийских и субальпийских лугов рекомендуется провести следующие организационные и агротехнические мероприятия:

а) улучшение состояния лугов путём орошения и подсева трав;

б) увеличение площади земель для выращивания кормовых культур;

в) сокращение площади пастбищных земель за счёт повышения продуктивности лугов;

г) регулирование системы эксплуатации и «отдыха» пастбищных земель;

д) равномерное использование пастбищ разных поясов (альп и субальп);

е) правильное использование сроков созревания трав для пастьбы и сенокошения;

ж) исключение из хозяйственного использования земель опасных и потенциально опасных склонов.

Немало бед натворил человек в результате неудачного переселения растений. В ходе необдуманного и безответственного завоза отдельных растений в новые для них области обитания не учитывались возможные последствия.

Одно из бедствий такого рода началось с губной помады, для высших сортов которой потребовалась краска кармин, приготовлявшаяся из насекомого кошенили, плодящегося на кактусах опунция. В расчёте на доходное производство кармина в 1787 г. капитан Артур Филипп привёз из Центральной Америки в Австралию несколько видов опунций, которые посадил в своём саду. Кактусы перебрались через ограду и, не встречая своих естественных врагов, стали быстро распространяться, образуя заросли. В 1925 г. они уже занимали 24 млн. га земли, захватив много пахотных земель и выпасов. Выжигание и химические средства борьбы не давали эффекта, потому что кактусы очень быстро разрастались вновь.

Тогда была послана в Центральную Америку научная экспедиция для изучения естественных врагов опунции. После 17 лет работы и длительных проверок она рекомендовала кактусовую огнёвку, маленькую ночную бабочку, гусеница которой выгрызает ходы внутри стебля кактуса. После удачных проб в 19 районах Австралии было привезено и разбросано 3 млрд. яиц этой бабочки. Стоимость этой биологической борьбы составила 168 тыс. фунтов стерлингов. Только через 10 лет площадь, захваченную опунцией, удалось сократить до 8 млн. га. Так была решена проблема опунции. Ныне встречаются лишь отдельные экземпляры и небольшие куртины опунции, причём на последних обычно гнездятся гусеницы кактусовой огнёвки. Эти куртины поддерживают популяцию насекомого, которое предотвращает возможность повторения массового размножения кактусов.

В 1884 г. для украшения выставки хлопка в Новом Орлеане (США) был завезён с поймы р.Сан-Франсиску в Южной Америке красивый цветок — водяной гиацинт. Посетителям выставки этот цветок раздавали на память, и некоторые по возвращении использовали его для украшения прудов. Размножившийся гиацинт туристы развезли по всему континенту, а также в Африку, Азию и Австралию. Это растение очень быстро размножается и семенами и вегетативным способом — отростки одного растения за 10 месяцев могут закрыть площадь водоёма более 4000 м², при этом на каждом квадратном метре можно насчитать 2000–4500 экземпляров растений. Такой плотный растительный покров снижает содержание кислорода в воде, уменьшает освещённость в её толще, отчего гибнут рыбы и другие водные животные. Борьба с водяным гиацинтом поглощала большие средства (только в штате Луизиана 38 млн.долларов в год), а безответственные поклонники его красоты развозили его по миру, и он захватывал всё новые водоёмы.

Борьбу с ним ведут гербицидами, специальными ножами на судах, рассекающими зелёный ковёр и выбрасывающими его на берег, разведением толстолобика, белого амура и водного млекопитающего ламантина, активно поедающих водяной гиацинт. Однако эти меры имеют ряд недостатков: гербициды приводят к гибели и других растений и животных организмов; разведение рыб и животных требует много времени.

Сравнительно недавно совместные исследования учёных лаборатории НАСА (США) и Международного технико-хозяйственного института (ФРГ) позволили наметить новые пути рационального использования водяного гиацинта в связи с открытием некоторых особенностей этого растения. Во-первых, из быстро растущей фитомассы водяного гиацинта можно изготавливать питательный силос и гранулированную пищу, охотно поедаемые скотом. Во-вторых, это растение активно абсорбирует из загрязнённых вод ряд веществ, обычно с трудом удаляемых из канализационных стоков; так, за сутки с 1 га водной поверхности, заросшей водяным гиацинтом, извлекается из сточных вод до 44 кг азота, 34 кг натрия, 22 кг кальция, 17 кг фосфора, 4 кг марганца, 2 кг фенола, сотни граммов кадмия, стронция, кобальта, ртути и т.д. Таким образом, новый уровень знания позволяет кардинально перестроить отношение к этому растению: из «вредного» оно становится полезным. Но естественно, что следует в определённом месте применять только один из приведённых способов использования водяного гиацинта — совмещение этих способов недопустимо.

Отрицательно сказываются на сохранности естественного растительного покрова отдельные человеческие традиции, по сути своей невинные и даже не лишённые красивости, но наносящие значительный урон природе из-за своего массового распространения.

У многих народов Евразии и Северной Америки существует давний обычай украшать срубленную молодую ёлку на Новый год или на Рождество. Трудно назвать количество ёлок, вырубаемых для этой цели ежегодно, — это сотни миллионов. Например, только в Польше официально в торговую сеть поступает около 1,5 млн. срубленных ёлок, что эквивалентно 50% площади ежегодно засаживаемых в стране лесов, на что затрачивается много средств и труда. Иногда в защиту такого положения выставляется аргумент, что леса надо прореживать. Да, но не за счёт вырубания лучших экземпляров, когда в лесу остаются невзрачные, кривые и хилые деревца с теми или иными признаками болезни или вырождения. Ведь такой «отбор» наизнанку приводит к быстрой деградации леса. Вероятно, следовало бы улучшить производство синтетических ёлочек, сделав их действительно красивыми и может быть снабдив их искусственным «еловым ароматом».

С загородной прогулки многие привыкли приносить домой сорванные цветы и зелень. При этом совершенно не учитывается всё возрастающее количество срываемых веток цветущих деревьев (вербы, сирени и др.) и дикорастущих цветов в лесах и на лугах. Страшно смотреть, как миллионы москвичей и жителей других крупных городов, возвращаясь после воскресного загородного отдыха, в поездах и автомашинах привозят в город громадные охапки цветов и веток, бездумно сорванных, которые уже погибают в их руках или через пару дней будут выброшены на свалку или в мусоропровод.

Иногда приходится видеть, как школьники под руководством преподавателей или экскурсоводов рвут целые снопы полевых цветов. А разве единичен случай, когда некоторые преподаватели устраивают конкурс на самый большой букет цветов, причём почти все цветы бывают тут же просто брошены? К сожалению, подобное бывает и в других местах. Вероятно, в этом одна из причин, почему в список остро волнующих проблем, которые в частности касаются современной молодёжи и её обращения с природными ресурсами, оказалась включенной бездумная погоня для праздничных подарков за последними представителями цветущей флоры, вырываемой целыми снопами учащимися.