Что охранять и как использовать?

Стратегический курс на перестройку управления экономикой, определенный XXVII съездом нашей партии, предусматривает глубокие качественные изменения во всех сферах хозяйственной деятельности, создание нового механизма хозяйствования. Переход к преимущественно экономическим методам управления означает более ответственное отношение к природным ресурсам и состоянию окружающей среды.

Экономические и экологические интересы имеют в конечном счете единую цель - получить максимальную пользу от предоставляемых природой ценностей и услуг. Но понятие полезности включает в себя столь широкий диапазон потребностей, что удовлетворить полностью какую-либо из них невозможно без нанесения ущерба качественному состоянию других.

Нарушения в природной среде вызваны несовершенством технологии природоэксплуатирующих отраслей при получении ресурсов из естественных источников. Ранее мы не выделяли факторов благоприятного развития живой природы при техногенных нагрузках и длительное время видели успех только во введении различного рода ограничений. Эти ограничения способствовали быстрому появлению организационных и технических решений, которые в зависимости от того, насколько эффективны они в борьбе с вредными воздействиями на окружающую среду, делятся на защитные (пассивные) или технологические (активные). Первые, по существу, направлены на преодоление не причин, а следствий техногенных воздействий. Вторые - предупреждают их возникновение или сводят к минимуму вредные для природной среды явления в процессах хозяйственной деятельности.

Намеченные мероприятия предусматривают: снижение токсичности отходов с возможностью последующей утилизации или безопасного складирования в отвалах; изыскание способов захоронения вредных отходов производств; создание специальной техники, снижающей вредное воздействие на природные комплексы; применение мало- и безотходных технологий, а также утилизацию отходов смежных производств. Очень важно при этом сочетать экологические требования с экономическими интересами отраслей и предприятий.

Все перечисленное направлено на защиту основных компонентов окружающей среды: атмосферного воздуха и воды, растительного и животного мира, почвы и земных недр. Решение проблемы совместимости экологии и экономики в условиях интенсификации хозяйственной деятельности подразумевает прежде всего необходимость четкого представления о том, что охранять и как использовать.

Атмосферный воздух. Ресурсные возможности атмосферы - поставщика кислорода, источника химического сырья в промышленном производстве азота, углекислоты и т. п.- долгое время не привлекали к себе должного внимания. Однако с развитием химии синтетических материалов проблема рационального использования ресурсов атмосферного воздуха начала возрастать. При этом сохраняется приоритетность мер, направленных на поддержание его качественного состава, пригодного для жизни.

Практикуемые до недавнего времени меры по значительному пространственному распределению поступающих загрязнений (рассеивание) и соответствующие технические решения по строительству высоких труб (эксплуатируются трубы высотой свыше 500 метров) уступают свое место газопылеулавливающим устройствам, которые избирательно воздействуют на выбрасываемые загрязнения. Это позволяет использовать в хозяйственных целях улавливаемые продукты, обеспечивая тем самым экономию первичных сырьевых или энергетических ресурсов.

Аппараты очистки

Для очистки от пылевидных примесей используются сухие (фильтрация, осаждение под действием сил гравитации и инерции) и мокрые (промывка, осаждение на жидкостную пленку) методы улавливания твердых и капельных частиц. Очистка от газообразных продуктов основывается на физико-химических, термических, каталитических и биологических способах.

Дымовые газы тепловых электростанций очищаются от твердых частиц с помощью электрофильтров. На станциях используются циклонные установки или более эффективные батарейные циклоны. Увеличение мощностей энергоблоков и электростанций ведет к концентрации выбросов на ограниченной территории, что повышает требования к полноте очистки.

На горнодобывающих предприятиях, где источниками пыли и газа служат отвалы и погрузочно-разгрузочные комплексы, основные усилия направлены на локализацию горения отвалов и источников пыли, складирование породы или угля по высоте и ширине, профилактику против самонагревания и самовозгорания. На транспортных линиях в пределах территории предприятия в местах высокого пылеобразования предусмотрено водяное орошение.

Металлургическое производство: выброс в атмосферу Земли пыли, разнообразных газов, окислов, паров кислот

Металлургическое производство также сопровождается выбросом в атмосферу Земли пыли, разнообразных газов, окислов, паров кислот. Для очистки газов применяли мокрый способ в скрубберах различных конструкций. Этот способ имеет свои недостатки, поэтому все чаще переходят на сухую очистку в электрофильтрах и рукавных фильтрах. Началась очистка отходящего газа от сернистого ангидрида, образуемого при обжиге руд и при сжигании коксового газа. Пылевые выбросы предприятий цветной металлургии насыщены ценными компонентами, которые необходимо улавливать и утилизировать. Очистка в этом случае проходит в две ступени: сначала в циклонах, а затем в рукавных или электрофильтрах. Электролизные газы при производстве алюминия очищаются от пыли, смолистых веществ и фтористых соединений по комбинированной схеме: электрофильтр - пенный аппарат со степенью очистки до 95 - 98 процентов. Улавливание сернистого газа уже сейчас дает положительные результаты - около трети серной кислоты в стране производится на предприятиях отрасли.

Гидродинамический пылеулавливатель

Но самое пыльное, пожалуй, производство строительных материалов. Пыль образуется практически на всех этапах технологической цепи - добыча и измельчение сырья, сушка и обжиг, помол, транспортировка, погрузочно-разгрузочные работы. Для очистки технологических выбросов цементных заводов применяются все виды сухой очистки, на керамических и стекольных заводах - циклоны и гидродинамические пылеулавливатели. Частично решена задача очистки выбросов от соединений фтора, мышьяка и других вредных веществ.

Темпы развития химической промышленности требуют увеличения мощностей по очистке газов от многочисленных вредных соединений. За годы последних пятилеток производительность таких мощностей достигла 5,5 миллиона кубометров газа в час, что позволяет улавливать более 95 процентов вредных выбросов. Однако острота проблем по очистке не снижается. Это связано с новыми видами производств. Например, производство азотной кислоты требует установок каталитической очистки окислов азота, термическими методами очищают газы от пахнущих примесей, образующихся в процессе производства битума и синтетических жирных кислот.

Известно, какой ущерб наносят выхлопные газы от работы двигателей внутреннего сгорания. Поэтому большое экономическое и социальное значение имеют конструктивные усовершенствования, снижающие этот ущерб. Например, установка нейтрализаторов на выхлопных каналах уменьшает содержание окиси углерода и углеводородов на 85 - 95 процентов, а совершенствование конструкции двигателя потенциально обеспечивает понижение уровня вредных компонентов в исходящих газах в 1,2 - 1,3 раза. Так, оснащение двигателей регулятором подачи топлива, который автоматически прекращает подачу топлива в цилиндры при торможении или резком уменьшении числа оборотов, позволяет не только сократить выброс окиси углерода на 25 - 40 процентов, но и сэкономить на 3 - 7 процентов расход топлива, на 30 - 40 процентов - моторного масла. Разрабатываются двигатели с применением частичной рециркуляции отработанных газов (частичный возврат газов в камеру сгорания), новые системы зажигания, нетоксичные присадки к высокооктановому бензину, использование заменителей традиционных видов топлива.

Загрязнение окружающей среды

Уже осуществляются полеты самолета, использующего для электродвигателя энергию, генерируемую солнечными батареями. Испытываются двигатели с использованием лазерного излучения для передачи энергии. Основные элементы такого двигателя - теплообменник, преобразующий световую энергию в тепловую, и турбомашина.

Выброс загрязнений способствует коррозии оборудования и строительных конструкций, приносит убытки смежным сферам хозяйственной деятельности. Источники загрязнений получают все более уточняемую количественную и качественную характеристики. Так, убытки от выбросов в атмосферу, например, 1 тонны окиси углерода оцениваются от 20 до 100 рублей, 1 тонны сернистого ангидрида - от 85 до 200, 1 тонны нетоксичной пыли - от 90 до 180 рублей. Ущерб, который наносят загрязнения лесным ресурсам, колеблется от 20 до 65 рублей на гектар, в растениеводстве урожайность снижается в среднем на 2,7 центнера с гектара.

Итак, общие задачи экономики и экологии, направленные на сохранение и поддержание должного уровня чистоты атмосферного воздуха, требуют создания технических средств, предотвращающих или сокращающих выброс загрязнений.

Вода. Вода - основа жизни. В противоположность атмосферному воздуху на всем протяжении человеческой истории вода, особенно пресная, рассматривалась с ресурсных позиций. Настоящее десятилетие ООН объявила "десятилетием воды", подчеркивая тем самым актуальность решения проблем, связанных с дефицитом ее в мире. К настоящему времени водный баланс планеты изучен достаточно полно. Загрязнение природных вод довольно быстро стало ощутимой для человечества опасностью: употребление загрязненной воды сопровождалось угрозой заболеваний и иными ущербами. Вот почему значительные расходы на водоохранные мероприятия, удельный вес которых в общих прямых природоохранных затратах достиг 75 - 80 процентов, воспринимаются как неизбежные.

Росту дефицита свежей воды способствуют сохраняющиеся тенденции разбавлять ею жидкие отходы до требуемой концентрации загрязнений. Так, например, кратность разбавления свежей водой жидких отходов при нефтепереработке доходит до 60, в целлюлозно-бумажном производстве - до 40, отходов при производстве синтетического волокна - до 15, минеральных удобрений, кожи - от 10 до 20, а при производстве синтетического каучука эта цифра увеличивается до 2000.

Способы очистки стоков сбросных вод делятся на механические (процеживание, отстаивание, фильтрование), химические (нейтрализация, коагуляция, флокуляция), физико-химические (флотация, сорбция, термическое и электрохимическое воздействие) и биологические (аэрирование, биосорбция, использование специальных бактерий и микробов). В ряде случаев используется комбинация нескольких методов в единой технологической цепи очистных сооружений.

Способами механической очистки улавливают содержащиеся в воде нерастворимые примеси. В зависимости от размеров частиц и физических свойств загрязнений конструктивные решения предусматривают процеживание через решетки, сетки или фильтрующий массив, отстаивание.

Загрязнение окружающей среды

Отстойники для очистки воды от нефтепродуктов, масел, смолы получили название ловушек. Они имеют устройство для слива всплывшего на поверхность загрязнения. Чтобы повысить производительность и коэффициент использования отстойника, его оснащают приспособлениями, автоматически регулирующими положения слива на уровне раздела фаз. Эти конструкции очень эффективно используются и при обезвоживании добываемой нефти.

Для ликвидации аварий на морских нефтепромыслах и в местах сбора загрязняемых вод создают плавающие барьеры, ограничивающие растекание жидкости. С поверхности огражденной таким образом площади продукт собирается насосом. После прохождения через фильтры очищенная вода сбрасывается в акваторию, а продукт поступает в сборный резервуар.

Очистка воды

В некоторых странах для очистки воды используют естественные фильтры: речную воду закачивают в подземные горизонты, а затем отбирают после того, как она просочится через фильтрующую (песчаную) толщу. Сильно загрязненную воду перед закачкой предварительно обрабатывают ультразвуком, хлорируют и т. д. Для глубокой очистки жидкой среды от взвешенных частиц используют гидроциклоны, в которых разделение осуществляется под действием центробежных сил. Повышения эффективности работы достигают комбинированной установкой - параллельно или последовательно - группы аппаратов.

При подготовке питьевой воды широко применяют методы коагуляции (сгущение взвешенных частиц): обработка сульфатом аммония, создание электрического поля. Используют эти методы и при очистке сточных вод от эмульсий и минеральных масел, красителей и поверхностно-активных веществ.

Методы химической очистки предназначены для перевода загрязненных сточных вод в состояние, безопасное для окружающей среды или удобное для дальнейшей обработки механическими средствами.

Метод флотации основан на физико-химических способах очистки; тонкодисперсированные частицы всплывают в пене реагента и удаляются с поверхности в сборный лоток, а далее - в шлаконакопитель.

Хорошие результаты дает очистка сточных вод от фенолов методом экстракции. Сущность его заключается в образовании композиции, которая с водой не смешивается. В процессе регенерации из полученной композиции выделяют вещество-загрязнитель и пригодный для повторного использования экстрагент. Концентрация фенола в сбросных водах сланцепереработки при применении метода экстракции снижается в 10 раз (остаточная концентрация 60 - 80 миллиграммов на литр).

Перспективно использование ионизирующего излучения. Его источниками могут быть радиоактивные изотопы, отходы атомной энергетики, ускорители электронов. При таком воздействии происходит разрушение молекул вещества загрязнителя, ускоряется седиментация (отстаивание) и коагуляция, устраняются цветность и запах, происходит дезинфекция воды. Бактерицидное действие излучения предотвращает биологические обрастания в технологических системах. В результате разложения получаются углекислый газ, вода, азот и другие экологически безвредные соединения.

Биологически активный метод очистки сточных вод

При биологически активных методах очистки сточных вод в качестве рабочих агентов выступают ил и микроорганизмы, для которых загрязнения стоков - естественная питательная среда. Усиление их жизнедеятельности можно вызвать аэрацией, а при необходимости - добавлением солей азота и фосфора. Процесс очистки ведется в емких проточных резервуарах - аэротенках.

Остаточное содержание фенолов после очистки в аэротенках стоков нефтеперерабатывающих заводов составляет в среднем 0,013 миллиграмма на литр. Повышение степени доочистки стоков от фенолов и других загрязнений физико-химическими методами с 95 - 96 до 99,5 процента в несколько раз повышает стоимость очистных сооружений. Но и в этом случае опасность накопления на дне водоема фенолов, воздействующих на гидробиоценозы и вызывающих вторичное загрязнение водоемов, остается.

Разнообразные вещества входят в состав стоков машиностроительных предприятий: 75 процентов приходится на механические примеси, 20 - составляют масла и нефтепродукты, 5 процентов - химические загрязнения. Наряду с развитием методов биологической и химической очистки разрабатывают и внедряют методы регенерации смазочно-охлаждающих жидкостей, безреагентные методы обработки и регенерации электролитов, содержащих соляную, азотную и фосфорную кислоты, методы обезвоживания, регенерации или утилизации осадка, образующегося при очистке сточных вод.

Технология очистки канализационных сетей городов предусматривает несколько стадий: улавливание габаритных механических примесей и первичный отстой в бассейнах в течение 2 часов, затем биологическая очистка в аэротенках с последующим отстоем и фильтрацией. Эффективность очистки - 95 - 96 процентов, в перспективе - 99 процентов, что потребует значительных капитальных вложений. Для ряда производств современные очистные сооружения (без доочистки воды) уже требуют около 30 процентов общих капиталовложений, для некоторых химкомбинатов - 40, для нефтеперерабатывающих заводов - до 50 процентов.

Особое внимание за последние годы уделяется способам очистки, в результате которых образуются вещества, пригодные для целевого использования без дополнительной обработки или в качестве сырьевого источника получения товарной продукции. Создание и внедрение технологий очистки с получением пригодных для утилизации продуктов позволит не только оздоровить окружающую среду, но и повысить экономическую эффективность процессов обезвреживания отходов.

Важным результатом экономически и экологически целесообразного использования попутных эффектов очистки можно считать получение пригодной для технических целей воды и организацию на этой основе оборотного технического водоснабжения.

Разнообразие предложенных инженерных решений создает широкие возможности выбора наиболее эффективных и выгодных для каждой конкретной производственной ситуации.

Среди водоохранных мероприятий особое место занимает проблема охраны малых рек. Максимально приближенные к мощным потребителям, они не могут сдержать своим потенциалом самоочищения потока техногенных нагрузок. В настоящее время разрабатываются и реализуются схемы охраны малых рек, направленные на предотвращение сброса в них химических загрязнений и отходов животноводства, предупреждение заиления и истощения при регулировании их стока. За прошедшие годы из всех источников финансирования на благоустройство и обеспечение благоприятного режима хозяйствования в поймах малых рек затрачено около 1 миллиарда рублей, включая расчистку, укрепление берегов, обвалование и рекультивацию прибрежных территорий.

Водные ресурсы

Водное хозяйство приобрело функции самостоятельной отрасли. Задача ее - обеспечить потребителей отвечающей конкретным требованиям конечной продукцией - водой. Поэтому должен существовать механизм хозрасчетных отношений, включающий элементы платного водопользования и экономической ответственности за сброс загрязнений в поверхностные и подземные водотоки. Поскольку в общем балансе водопользования значительная доля забот связана с изменением не количества, а качества воды, альтернативные решения предусматривают изыскание высокоэффективных сорбентов, обеспечивающих необходимую глубину очистки, и катализаторов для очистки вод окислением; средств токсикологической оценки потребляемой воды и повышения технического уровня систем оборотного водоснабжения. В водопользовании нарушение установленных норм расхода воды и требований достижения качественных показателей очистки сбросных вод прямо влияет на затраты природоохранного назначения.

Растительный и животный мир

Растительный и животный мир. Удовлетворяя свои потребности в продовольствии и разнообразном техническом сырье, человек вторгается во взаимосвязи живой природы. Сформировавшиеся за исторический период естественные экосистемы с присущими им устойчивостью к внешним воздействиям и эволюционностью развития испытывают принципиально иные, техногенные нагрузки, что при достижении предельного уровня динамического равновесия ведет к перестройке системы с мало прогнозируемыми последствиями. Например, истребление хищников вызывает не увеличение, а сокращение численности промысловых животных; неумеренное применение химических средств борьбы сопровождается вспышкой численности насекомых-вредителей; избыточное поступление органических и минеральных веществ в водоемы ведет к коренной перестройке и эвтрофикации (омертвлению) биологических систем.

Окружающая среда

Чтобы сохранить состояние экологического равновесия, нарушенное вторжением человека в экосистему, приходится использовать разнообразные технические средства. Как любое осуществляемое техническое решение, применение искусственных механизмов поддержания экосистемы в желательном состоянии сопровождается увеличением эксплуатационных расходов. Сюда же следует отнести дополнительные потери, связанные с уничтожением не только вредных, но и других, экологически близких им форм живой природы.

Охрана окружающей среды

Рассматривая альтернативы совместимости экономики и экологии, следует иметь в виду защиту уникальных и редких биологических объектов, создание охраняемых территорий и рациональное использование тех, что представляют ресурсный интерес при условии их естественного воспроизводства или искусственного восстановления. В практических работах по рекультивации земель необходимо больше внимания обращать на диагностирование последствий по характерным сочетаниям нарушений. Отказ от стереотипов и предотвращение узковедомственного подхода позволят избежать ошибок при восстановлении и последующем функционировании экосистем.

Наиболее полной природной экологической системой, связанной с различными сферами хозяйственной деятельности, можно считать лес. За миллионы лет эволюции лесная растительность сформировалась в структуру, устойчивую ко многим неблагоприятным внешним воздействиям и способную восстанавливать нарушенные функции. Однако подчас односторонний взгляд на ресурсные возможности леса снижает его экологические и экономические функции. Главный продукт леса - древесина. Но немалую ценность представляют и другие "услуги" леса. Так, вырубка кедровых лесов сопровождается потерей потенциального ежегодного сбора тысяч тонн кедровых орехов.

Выбросы в атмосферу пыли, различных газов и их влияние на экологию

Включение большей части территории планеты в сферу индустриального хозяйствования сопровождается созданием определенных видов флоры и фауны с использованием целенаправленных методов селекции и отбора.

Влияние экологии на животных

Защита живых организмов от воздействия химических, физических и биологических факторов должна вестись по двум основным направлениям: установить и не превышать уровень допустимых нагрузок, которые преодолеваются природными возможностями нейтрализации и поэтому не оказывают вредного влияния на живой организм и его потомство; развивать у организма защитные реакции против внешних негативных воздействий.

Добиться устойчивости биосферы к возрастающему давлению антропогенных факторов можно повышением устойчивости организмов с помощью специальных препаратов; выведением устойчивых к загрязнителям видов растений и животных селекционными методами; заменой неустойчивых организмов и экосистем, обитающих на территории, подверженной воздействию вредных факторов, экологически равноценными устойчивыми организмами и экосистемами.

Выброс в атмосферу выхлопных газов

Наглядным примером эквивалентной замены экосистем служит подбор трав, кустарников и деревьев для транспортных магистралей и промышленных площадок, при мелиорации территорий и ирригационном строительстве.

Накопленный к настоящему времени практический опыт позволяет судить об эффективности организации искусственных систем и сред обитания растений и животных. Особое место отводится аквакультурам.

Освоение биологических ресурсов ориентируется на переход к искусственному воспроизводству в специально организуемой среде или на создание искусственным путем в естественной среде благоприятных условий для ускоренного развития живых организмов. В растениеводстве это площади с закрытым грунтом (теплицы) или питомники (выращивание ели, сосны, кустарников и т.п.), охраняемые территории с контролируемым развитием определенных видов растений (плантации морской капусты и водорослей). В животноводстве - это молочнотоварные и откормочные комплексы, птицефабрики и фермы по выращиванию пушных зверей, прудовые и садковые на сбросных теплых водах рыбохозяйства или морские мидиевые плантации, охраняемые территории по выращиванию редких копытных животных (сайгаки, зубры), пушных зверей (соболь, бобер), акклиматизации промысловых рыб в новых регионах (горбуша, толстолобик).

Политика сохранения всех имеющихся в природе видов растений, животных, птиц, микроорганизмов даст возможность нашим детям и внукам иметь ресурсную базу для новых технологий и, как следствие, "новых продуктов". Сейчас же мы только подходим к решению вопросов, связанных с использованием биологических ресурсов.

Изучение биологических процессов в природе привело к разработке и внедрению безотходных технологий в перерабатывающие и обрабатывающие отрасли промышленности, которые органически связывают экологические и экономические интересы.

Загрязнение окружающей природы

Например, отходы пищевой промышленности преимущественно органического происхождения, содержащие свыше 2/3 растительной массы, с успехом используются при выработке кормового белка. Стоимость дополнительной продукции, которую можно получать по безотходной технологии только на предприятиях мясной и молочной промышленности, по оценкам специалистов, составляет около 1 миллиарда рублей в год. Все, что не относится к категории продуктов питания, должно идти либо на корм, либо на другие народнохозяйственные нужды. Так, 17 межхозяйственных предприятий Белгородской области ежегодно выпускают из вторичного сырья 15 тысяч тонн сухих молочных продуктов. Использование разработанной Краснодарским НИИ пищевой промышленности схемы позволяет при переработке 1 миллиона тонн сахара-сырца сохранить 5 тысяч тонн редуцирующих Сахаров.

По безотходной технологии работает Феодосийский молокозавод. Здесь используются все компоненты молока, поступающего на переработку. Только сгущенной сыворотки завод выпускает ежемесячно 50 тонн. Сыворотку используют хлебокомбинаты и кондитерские фабрики. Ежемесячно 200 тонн обогащенной сыворотки отправляется на животноводческие фермы.

С прекращением производства плодово-ягодных вин возникла проблема: как наилучшим образом использовать сырье. В Могилевском технологическом институте разработана технология получения из яблочных выжимок - отходов, остающихся после отжатия сока,- яблочно-пектиновой пасты. Из тонны выжимок получается около 2 тонн пасты, содержащей сахара, органические кислоты, минеральные вещества, а главное, пектин - остродефицитное желирующее вещество, без которого нельзя приготовить ни пастилы, ни мармелада. Результаты исследований показали, что добавление этой пасты в зефир позволит экономить до 3 процентов пектина и получать с каждой тонны продукта больше 100 рублей дополнительной прибыли. При этом надо добавить, что по традиционной технологии яблочно-пектиновой пасты вырабатывалось не более 200 тонн в год.

И тем не менее большие количества вторичных продуктов и отходов, остающихся после промышленной переработки сельскохозяйственного сырья в отраслях пищевой промышленности, используются все еще недостаточно. А ведь эти отходы содержат ценные питательные вещества для производства пищевых, кормовых и технических продуктов.

Земля и недра. Земля - базис жизни человека. Недра - основной источник минерального - сырья и среда длительных гидрогеологических процессов.

При общей площади суши 149 миллионов квадратных километров потенциально пригодных под пашню земель около 30 миллионов. В настоящее время используется лишь 17 процентов этой площади. Тенденция к расширению площади пашни сохраняется в основном в развивающихся странах. В большинстве экономически развитых стран количество распаханных территорий в последние годы стабилизировалось. Появляется даже стремление сократить площади под пашню для расширения рекреационных зон, главным образом создания лесопарков и ландшафтных парков. Экономически выгодным считается вложение средств в интенсификацию земледелия, а не в освоение новых земель. Неуклонно продолжается процесс отторжения земель под промышленное и гражданское строительство, инженерные коммуникации. К сожалению, на эти цели не всегда идут необрабатываемые и низкопродуктивные земли, мало используется подземное пространство.

Рационально распределить земли между долгосрочными формами использования, особенно в условиях повышенного дефицита,- значит создать условия для наилучшего выполнения поставленной народнохозяйственной задачи. При этом приоритетность целевого использования плодородных участков территории должно иметь сельское хозяйство.

Почва представляет собой природный ресурс, который при эксплуатации не убавляется, но способен изменять свои свойства, и прежде всего продуктивность. В последнее время появилось достаточно доказательств того, что возможности почв переносить современные механические нагрузки, принимать чуждые ей вещества и обеспечивать процессы самоочищения имеют пределы.

Загрязнение природной среды

В числе экономических методов, предусматривающих восстановление продуктивности нарушенных земель, предполагается создание единого централизованного специализированного фонда. Средства из этого фонда должны идти на работы по рекультивации нарушенных участков, на мероприятия по охране и улучшению плодородия почвы, на борьбу с эрозией и другими явлениями, снижающими почвенное плодородие.

С исторических времен пригодность земель для того или иного вида использования определялась методом проб и ошибок. Веками формировались у крестьянина принципы решения вопроса: какая культура более всего подходит для земли, которой он владеет. Оценки ее были простые: "хорошая", "средняя", "плохая". Современные требования к оценке почв значительно сложнее, так как потребности общества в продуктах питания и предметах потребления также значительно возросли. Современный земледелец должен точно знать, с какого поля он может получить в любой год максимум продукции.

Почвенное (рельефно-почвенное) обследование должно дать не только генетическую характеристику почв, но и рекомендации по выращиванию наиболее эффективных для данного поля культур. Чем определеннее и конкретнее цель, тем более специализированна и целенаправленна собираемая информация, которая включает изучение сложившейся системы землепользования, особенностей развития местных экосистем, рельефа, климата для определения задач орошаемого или богарного земледелия; гидрологии для выявления масштабов ирригации, почв и растительности для оценок общего потенциала землепользования.

Оптимальное использование земель основывается на строгой оценке их параметров (физико-химические свойства, рельеф, гидрология и т. д.) и обосновано экономической отдачей. Наилучшие сельскохозяйственные земли должны быть сохранены для сельскохозяйственных целей. В наших условиях увеличение площади обрабатываемых земель связано с огромными затратами, которые потребуются на их освоение. Поэтому единственный для нас путь - увеличение урожая с единицы площади. Ну а для мировой земледельческой практики помимо интенсификации (увеличение урожайности) характерен и экстенсивный путь развития - расширение площадей под посевы. В ряде регионов мира существуют большие территории, потенциально пригодные для земледелия, например области южнее Сахары в Африке и бассейн Амазонки в Бразилии.

Известен опыт освоения целинных и залежных земель в странах умеренного климата, в том числе в СССР. В развивающихся странах при освоении новых земель встает вопрос о расходах, необходимых для того, чтобы включить дополнительные земли в производство, или о том, при каком уровне цен на продовольствие их обработка будет выгодной. Причем принимается во внимание уровень капитальных вложений в технику, необходимую для возделывания земель, а также соотношение между стоимостью продовольствия, которое можно произвести на этих землях, и рыночной ценой на это продовольствие.

В условиях интенсивного сельскохозяйственного производства происходит постоянное расширение материально-технической базы и увеличивается энергопотребление. Используя высокий генетический потенциал растений (новые сорта) и нарастающую мощь технологических средств, мы часто забываем, что плодородие почв имеет пределы. Поэтому основным условием его сохранения и реализации экономического эффекта должно быть соблюдение выдвинутых учеными экологических требований, которые описаны в различных программах (национальных, региональных и т. д.). В нашей стране эти вопросы вошли в системы земледелия, разработанные для каждого региона.

Степень плодородия почвы обыкновенно связывается с содержанием в ней питательных веществ. Существует, однако, зависимость урожаев и от почвенной и атмосферной влажности, и от ее годовой цикличности. Эти факторы в природных условиях характеризуют фитогеографическую зону, а в земледелии определяют выбор сельскохозяйственных культур, выращивание которых хозяйственно целесообразно. Критерий для оценки плодородия почвы следует составлять по требованиям культур, нашедших в соответствующем районе самые благоприятные природно-экологические условия для развития.

Три фактора - климат, почва, рельеф в сумме могут дать оценку экологических условий, или так называемый экологический балл.

Определение составных частей климата (осадки, температура и ветер) производится на основании средних данных многолетних наблюдений. Чаще всего для характеристики климата берется годовая сумма осадков, которая, правда, не всегда дает представление о влажности и весьма относительна во времени. Более конкретны, как правило, данные о распределении осадков по периодам.

Среднегодовая температура так же, как и температурная сумма по периодам, не влияя непосредственно на урожайность, воздействует на почву. Кроме средней температуры, учитывающейся при оценке экологических условий, важное значение имеют как очень низкие, так и очень высокие температуры.

В районах, где воздушные массы находятся в неподвижности в течение длительного периода, наблюдаются частые измороси и другие неблагоприятные явления. Там же, где преобладают частые ветры,- нередко полегание посевов. Ветер способствует распространению болезней и растений, а также усиливает воздействие исключительно низких температур.

Факторы, определяющие влияние почвы на урожайность растений, можно разделить на химические, физические и биологические.

Факторы, определяющие влияние почвы на урожайность растений

Химические факторы - это способность различных почв поставлять растениям питательные вещества в отдельные фазы их развития. До настоящего времени не найден критерий, по которому можно было бы судить об обеспеченности почвы питательными веществами. В большинстве оценок используют только данные о процентном содержании перегноя (гумуса), почти не учитывая обширной информации о влиянии иных форм питательных веществ.

К физическим факторам следует отнести водопроницаемость почвы, способность корней проникать в глубь почвы, развитие корневой системы на глубине. Эти факторы выражаются участвующими в экологической оценке данными о механическом составе, температурном режиме, пористости и мощности почвенного слоя.

Биологические факторы определяются биологической активностью верхнего слоя. Она способствует разложению различных остатков и обогащению почвы доступными для растений питательными веществами.

Итак, физическое плодородие почвы - результат взаимодействия постоянных свойств почвы, а также климатических условий и различных воздействий, оказываемых на почву в данной системе выращивания.

В составе биомассы растений содержатся в основном химические элементы, получаемые из атмосферного воздуха, однако около 40 процентов потребности растений в азоте удовлетворяется внесением минеральных (селитра, сульфат аммония, аммиачная вода) и органических (навоз, остатки растений) удобрений. Остальная часть восполняется за счет запасов азота, созданных свободно живущими в почве азотфиксирующими микроорганизмами, и связанного азота атмосферы, полученного в результате деятельности клубеньковых бактерий, обитающих на корнях бобовых растений. Однако для растений доступны 6 - 10 процентов ассимилированного микробами азота.

Более доступен растениям азот минеральных удобрений. В год внесения посевы в состоянии извлечь 40 - 50 процентов такого азота. Остальная часть безвозвратно теряется - вымывается или улетучивается.

Следом за азотом по степени важности идет фосфор. Фосфорные удобрения способствуют повышению урожая сельскохозяйственных культур, улучшают их качество, делают растения более устойчивыми к полеганию и засухе.

Фосфоритная мука относится к числу слабо растворимых удобрений, ее действие рассчитано на 3 - 5 лет. Для получения растворимых удобрений, пригодных для любых почв, фосфориты обогащают.

Загрязнение почвы

Применение минерального питания обострило интерес к проблеме загрязнения почв. Для достижения соответствующего почвенно-климатическим условиям экономического и экологического эффекта нужно вести борьбу с загрязнениями земель, широко используя информацию о накоплении загрязнений по элементам экосистемы, добиваться строгого соблюдения дифференцированных норм расхода химических средств при возделывании конкретных культур.

Особую актуальность приобретают вопросы загрязнения почв, воды и лесных ресурсов средствами химической защиты растений, минеральными удобрениями, промышленными и транспортными выбросами, осадками тяжелых металлов. Качественное состояние почв и их устойчивость к загрязнению требуют установления величины предельно допустимых выбросов в атмосферу (ПДВ) и предельно допустимых сбросов в поверхностные воды (ПДС). В настоящее время ведутся работы по созданию таких нормативов.

Процесс круговорота веществ по экологическим цепям и системам

Особого внимания заслуживает глубокое изучение процесса круговорота веществ, путей миграции токсических веществ по экологическим цепям и системам, мутагенных эффектов от применения химических, физических и биологических средств воздействия. Ученые пытаются установить закономерности миграции химических веществ в системах "почва - растения", "почва - подпочвенные воды - водные источники", "растения - животные - продукты сельского хозяйства - человек" для каждого региона.

Оптимальное использование земли для производства продовольствия зависит в большой степени от уровня техники и системы земледелия.

Основные направления научных и технологических разработок, направленных на поддержание плодородия почв, можно сформулировать следующим образом:

Создание эффективной почвозащитной системы земледелия (борьба с эрозией почв и засолением, уход за посевами, севообороты, структура посевов), которая в конкретных условиях обеспечивает наилучшие конечные результаты; Применение системы "нулевой" обработки, предусматривающей несколько операций за один проход техники (вспашка, боронование, посев, уплотнение); Грамотное использование удобрений (химических и органических), а также средств борьбы с вредителями и сорняками; Проведение мероприятий по мелиорации и рекультивации земель.

Реакцию почвы на механические воздействия предопределяют: прочность структуры, способность к растрескиванию, уплотняемость, то есть изменение свойств материала почвы в зависимости от ее влажности под механическим воздействием. Его величина определяется давлением обрабатывающих орудий на почву.

Значительные экономические издержки связаны с защитой земель от эрозии и с восстановлением нарушенных в процессах хозяйственной деятельности территорий.

Предотвратить эрозию и улучшить уже эродированные земли можно с помощью комплекса организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических мер.

Организационно-хозяйственные мероприятия включают правильную структуру посевных площадей и севооборотов. Наиболее эрозионно опасны пропашные культуры, а хорошими почвозащитными свойствами отличаются многолетние травы.

На смытых почвах предусматриваются почвозащитные севообороты, исключающие чистые пары и пропашные культуры. Предпочтение отдается многолетним и однолетним травам, культурам сплошного сева. Используется чередование эрозионно устойчивых культур (полосы-буферы), имеющих сильную водо- и ветрозащитную способность, с полосами культур, слабо устойчивых против ветра и воды.

Сохранение генетического разнообразия и севообороты помогают поддерживать плодородие на должном уровне и получать устойчивые урожаи в конкретных климатических условиях.

Агротехнические мероприятия, способствующие повышению поглотительной способности почвы, ее устойчивости к размыву и выдуванию, охватывают широкий диапазон технических решений по снегозадержанию и регулированию снеготаяния, пахоте и валкованию зяби, внесению органических и минеральных удобрений.

Совершенствуется почвозащитный комплекс, основанный на плоскорезной обработке почвы с использованием безотвальных орудий. Эффективны такие приемы, как пахота поперек склонов, лункование и щелевание.

Гидротехнические противоэрозионные мероприятия включают создание водосборных сооружений (пруды, водохранилища), водозадерживающих (запруды, пороги, террасы) и водонаправляющих (валы, нагорные каналы). Их эффективность - в предотвращении концентрирования водных потоков, вызывающих ливневую эрозию почв.

Природная взаимосвязь и взаимная трансформация лесных и сельскохозяйственных земель продолжаются на протяжении всей истории человечества. Положительная роль защитных лесных насаждений в сельском хозяйстве доказана практикой. Они способствуют созданию благоприятных для посевов микроклиматических условий, регулируют ветровую нагрузку и испарение влаги с поверхности почвы. Подсчитано, что величина дополнительного увлажнения почвы зимними осадками под защитой лесных полос в среднем составляет для лесостепи европейской территории СССР 23 - 26 процентов от суммы зимних осадков, в Западной Сибири - 30, в черноземной степи - 52, в сухой степи Ставрополья и Западного Казахстана - 50 процентов.

Существенную роль отводят лесной растительности при защите посевных и пастбищных угодий в аридных районах. Многолетние наблюдения показали, что с помощью лесомелиорации можно резко поднять продуктивность территорий пустынь и полупустынь. В качестве посадочного материала используют саксаул, черкез, кадым и другие древесно-кустарниковые культуры. Такие насаждения снижают воздействие песчаных бурь, уменьшают эрозию почв, защищают их от зимних холодов, смягчают климат.

Широкая программа мероприятий по остановке продвижения песков предусматривает создание зеленых поясов насаждений и проведение искусственного укрепления песчаных дюн.

Поддерживают водный режим почв широкомасштабные мероприятия по мелиорации: осушение для избыточно влажных земель и орошение для районов сухого и жаркого климата. Орошаемые земли составляют 13 процентов всей пашни земного шара, но поставляют более 50 процентов всей сельскохозяйственной продукции. В районах умеренного пояса орошаемые сады дают в 2-3 раза более высокий урожай, чем неорошаемые, виноградники - в 3 - 4, овощи, бахчевые и зерновые культуры - в 2-3 раза.

Проложение железной дороги

Применение экологически проверенных севооборотов и приемов агротехники поможет увеличить плодородие почвы в соответствии с экологическими требованиями, а точный расчет затрат времени на агротехнические мероприятия позволит более рентабельно использовать трудовые и материальные ресурсы. Особо важное значение приобретает мелиорация. Это один из основных путей интенсификации сельскохозяйственного производства и единственный путь включения в сельскохозяйственный оборот земель, ранее непригодных для выращивания культурных растений.

Мелиоративные мероприятия следует использовать широко для устранения или уменьшения действия факторов, ограничивающих плодородие, и для повышения эффективности традиционных агротехнических мероприятий. При реконструкции, модернизации и эксплуатации оросительных систем основной задачей должно быть повышение плодородия почвы при наиболее рациональном использовании водных ресурсов.

Нарушенные территории восстанавливают рекультивацией, под которой понимается широкий комплекс работ от инженерно-технических до биологических, способных привести нарушенный ландшафт в состояние, пригодное для полезного использования. Обычно рекультивация охватывает элементы нарушенных территорий, где ведутся горнодобывающие работы открытым или подземным способом, складируются промышленные или бытовые отходы, прекращена хозяйственная деятельность.

В технологии проведения рекультивации нарушенных земель для сельскохозяйственных или рекреационных целей можно выделить три основные группы практических задач:

Разработка технологических приемов и способов реконструкции территорий для успешного формирования растительности, отвечающей природным особенностям местности;

Разработка мер по уходу и охране восстанавливаемого ландшафта;

Использование мощных технических средств для перемещения грунта, планировки поверхности, транспортировки и укладки материалов.

Рекультивация предусматривает не только возврат земель в сельскохозяйственный и лесной фонды, предотвращение ее дальнейшей деградации, но и создание новых устойчивых экосистем, оздоровление природной среды региона.

Типичная последовательность работ горнотехнической рекультивации включает засыпку пустой породой провалов и планировку поверхности, отсыпку слоев подпочвы и верхнего почвенного покрова. Перед отсыпкой подпочвы пустые породы рыхлятся на глубину 0,45 метра перекрестными ходами тракторных рыхлителей; при этом удаляются крупные валуны и куски породы. Затем подпочва засыпается двумя слоями мощностью по 0,45 метра. Все работы выполняются таким образом, чтобы избежать перемешивания слоев пустой породы, подпочвы и почвы.

Биологическая рекультивация решает вопросы, связанные с подбором таких групп живых организмов, деятельность которых может привести к восстановлению плодородия на нарушенной площади и в целом к оздоровлению ландшафтной обстановки. Засевают такие территории бобовыми, улучшающими азотный баланс грунтов и разрыхляющими почву своей мощной корневой системой.

Сельскохозяйственной биологической рекультивации подвергаются территории, рельеф которых удобен для работы почвообрабатывающих и посадочных машин.

Лесная рекультивация предусматривается на участках с рельефом, нарушенным горными работами и почти уничтоженным почвенным покровом.

Рекультивация нарушенных при ведении горных работ земель предусматривает восстановление плодородия почв либо создание заново биологически активных почвогрунтов, пригодных для выращивания сельскохозяйственных, садовых и лесных культур, лесонасаждений, устройство парков, водоемов и тому подобное. Об эффективности рекультивации земель в Кузбассе свидетельствуют прибавки урожая: яровой пшеницы от 3,1 до 12,1 центнера с гектара, картофеля - от 46 до 56, многолетних трав на сено от 3,8 до 10,2 и кукурузы на силос до 98 центнеров с гектара. Лесная растительность благоприятно влияет на климатические условия местности, водный режим и способствует (особенно хвойно-лиственные леса) укреплению здоровья жителей. Лесные массивы со временем могут быть использованы для получения деловой древесины. Срок окупаемости затрат на сельскохозяйственную рекультивацию земель 1,5 - 7 лет, на лесную - 22 года. В контуре горных отвалов шахт, подвергающихся, как правило, неоднократной подработке, практически нет участков для сельскохозяйственной рекультивации. Но при открытых горных работах и для площадей, занятых отвалами, возможность восстановления вполне реальна. Технология снятия и размещения почвенного слоя при открытых горных работах позволяет складировать его отдельно от подпочвы, которая при восстановлений служит связующим материалом между почвой и вскрышными породами.

Направленность программ по рекультивации отражает повышенный интерес к рекреационному освоению восстановленных земель. Даже при меньших финансовых выгодах рекреационным мероприятиям отдают предпочтение, так как используются сравнительно недорогие и высокоэффективные способы рекультивации.

В ГДР широко применяется форма рекультивации по созданию рекреационных зон с искусственными водоемами. Ежегодно на угольных месторождениях перемещается до 2,7 миллиона кубометров земли. Остающиеся после выемки угля (250 миллионов тонн в год) карьеры и окружающая территория, в том числе сельскохозяйственные угодья, подлежат рекультивации в соответствии с законом о "Земельной культуре".

В Польше, где около 25 процентов нарушенных земель - территории песчаных карьеров по добыче закладочного материала, норма рекультивации только в Катовицком воеводстве возросла до 300 гектаров в год.

В СССР масштабы рекультивации постоянно возрастают, и к XIII пятилетке площадь рекультивированных земель превысит 700 тысяч гектаров.

Принцип перехода к работам по рекультивации непосредственно после вмешательства в природную среду (окончание разработок, засыпка траншей и свалок) должен быть основополагающим в планировании рационального землепользования. Заблаговременное установление на поверхности контуров будущих зон обрушения позволяет использовать их под отвалы пустых пород, высота которых соизмеряется с расчетной глубиной мульд обрушения и сдвижения пород. В этих случаях требующаяся для восстановления земель засыпка оседаний поверхности проходит одновременно с производственно-технологическими операциями. Проекты горнодобывающих предприятий, а в случае расположения последних в промышленных комплексах специальные технико-экономические обоснования определяют наиболее целесообразный вид рекультивации.

Сократить количество нарушенных земель можно, если использовать под отвалы малоценные территории, а на сильно заболоченных и заросших кустарником бросовых землях создавать подсобные хозяйства, садоводческие товарищества, устраивать искусственные пруды для разведения промысловых рыб, ландшафтные парки. При использовании пустоши успешнее решается задача временного складирования чернозема. Правильное хранение позволит сберечь его ценные качества: каждые 20 сантиметров слоя чернозема, добавленного к пахотной земле, дают прибавку урожая в 5 центнеров с гектара.

В породах, вынесенных на поверхность после вскрышных работ, складируемых и подвергнутых химической переработке, содержатся элементы как токсичные для растительности, так и благоприятствующие образованию плодородных почв. Исследованиями, например, установлено, что растительность озелененных отвалов, образовавшихся при добыче асбеста, огнеупорных глин и формовочных песков, содержит в большом количестве хром, титан, кобальт, никель. Поэтому пасти здесь домашних животных и использовать на хозяйственные нужды произрастающие растения необходимо с особой осторожностью. Такая же осторожность требуется при применении гидросмеси с битумной эмульсией. Эмульсия успешно противостоит эрозии, но сильное ее нагревание приводит к гибели семян растений.

Ученые рекомендуют селективную укладку пород: сначала почвообразующие породы (известковые мергели, карбонатные и лёссовидные суглинки), а ниже, под ними, фитотоксичные (сульфатсодержащие) породы.

Плодородие четвертичных лёссовидных суглинков, как уже доказано проведенными опытами в Тульской области и на Украине, повышается за счет посева бобовых растений и применения минеральных удобрений. В Кузбассе установлена возможность ускорения почвообразовательного процесса на смесях аргиллитов и карбонатных суглинков с окисленными углями, обработанными аммиачной водой. Повышенное плодородие получает земля после добычи фосфоритов (Егорьевское месторождение в Московской области).

Поднятые при добыче бурого угля открытым способом известковые мергели позволили создать грунтосмеси, на которых достигнута высокая урожайность озимой пшеницы и выращивается сахарная свекла.

Важное значение имеют создание почвогрунтовых смесей и ускорение почвообразовательного процесса в местностях, лишенных плодородного покрова, или там, где земля в естественном состоянии мало пригодна для сельского хозяйства (солончаки, пески, лишайники).

Легко уязвима земная поверхность в зонах многолетнемерзлых пород. Нарушение растительного покрова здесь сопровождается термоэрозией, образованием термокарста (протаивание мерзлых грунтов) и заболачиванием. Более медленный на Севере процесс почвообразования требует весьма бережного отношения к территориям, покрытым ягелем - основным кормом оленей.

Для разработки эффективных технологических схем восстановления земель, нарушенных горными работами, необходимо детально изучить пригодность пород для биологической рекультивации. Уже на стадиях геологической разведки месторождений необходимо анализировать и передавать проектирующим горные предприятия организациям данные об агрохимических свойствах пород.

Основы законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах (1976 год) предусматривают восстановление природопользователями нарушенных земель и их полный возврат в хозяйственный оборот.

Экологические аспекты добычи полезных ископаемых и инженерное использование подземных пространств предусматривают сохранение условий и возможностей землепользования. Примером могут служить мероприятия по охране поверхности от оседания при ведении горных работ. Так, в горнодобывающей практике разработаны способы подачи в выработанное пространство закладочного материала (механического, пневматического, гидравлического). В результате проведения этих работ в пустотах образуется массив, который препятствует оседанию и разрушению вышележащих пород. В качестве закладочного материала используются естественные дробленые породы с введением вяжущих и укрепляющих добавок. Роль заполнителя выработанного пространства при эксплуатации соляных месторождений играет рассол.

Скрытность расположения, невозможность дальнейшего распространения складируемых веществ определили особую роль геологической среды как пространства для хранения и захоронения различных продуктов. Под хранилища жидких углеводородов и газов сейчас широко используют подземные естественные пространства (пещеры, коллекторы) и искусственно созданные выработки (тоннели, штольни, камеры). Подземные выработки предназначают для размещения контейнеров с высокотоксичными и радиоактивными отходами.

Время от времени встает проблема закачки жидких отходов производства в подземные водоносные коллекторы (захоронение). В техническом отношении этот процесс аналогичен процессу нагнетания жидкости через скважины для заводнения нефтяных пластов и базируется на использовании тех же технологических схем и оборудования.

Для захоронения весьма токсичных промышленных стоков или стоков, содержащих радиоактивные вещества с длительным периодом полураспада, допускается использовать только полностью изолированные водоносные горизонты. Промышленные стоки с токсичными загрязнениями не должны закачиваться в пласты с водами, намеченными к какому-либо использованию. Поглощающие горизонты включаются в санитарно-защитные зоны.

Таким образом, проблема совместимости экономики и экологии разрешима при условии четкого представления о разумных пределах использования конкретных природных ресурсов и объектов. Превышение их приводит к нежелательным негативным последствиям. Нейтрализовать в какой-то степени усиление техногенных воздействий можно, если активизировать деятельность по защите и охране окружающей среды. Беда сторонников экологических идей в том, что они пока еще не умеют с цифрами в руках доказать выгоду, определенных природоохранных мероприятий, хотя достаточно ясно представляют себе результаты их применения. Хозяйственники часто оказываются перед необходимостью срочно принимать решения в изменяющихся экологических ситуациях. Повышение их экологической культуры и компетенции поможет им сделать правильный выбор в поставленных перед ними вопросах.