К СИНЕРГИЗМУ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА СОСТОЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕЛИОРИРОВАННОЙ АГРОПРОДУКЦИИ В ПРИДОРОЖНЫХ ЛАНДШАФТАХ ЗАЩИЩЁННЫХ ЛЕСНОЙ ПОЛОСОЙ

В рамках возможного влияния коллективных факторов на состояние придорожных подсистем агроэкосистем мы в принципе исследуем только количественные параметры элементов в их составе, не учитывая возможности синергетических последствий совместного их химического, геохимического и биогеохимического воздействия. То есть, если принять методику оценки состояния качества окружающей среды по Н.С. Черкинскому, в рамках аддитивного показателя взаимовлияния коллективных факторов на состояние окружающей среды , то состояние этого качества определится выражением:

где F — показатель состояния качества окружающей среды, Сi — совокупная концентрация вредных веществ в ней, Сiпдк — предельно допустимые концентрации вредных веществ при условии что каждый из них характеризуется одинаковым показателем вредности для здоровья человека. Это выражение может быть применимо для оценки показателя состояния качества взаимовлияющих подсистем на агроэкосистему. Например к минеральному составу почвы, содержащей повышенные концентрации тяжелых металлов в ней и в водорастворимых соединениях, к поливной воде, вносимым удобрениям и т. д. В этом случае необходим расчѐт аддитивного или мультипликативного показателя всех составляющих взаимовлиящих подсистем агроэкосистемы.


Т. е. показатель F должен признаться соответствующим экологическим требованиям контролируемой агроэкосистемы в рамках ПДК. А в условиях нагрузки различных факторов на неѐ со значением F=1,0, Fi1=nт. е. должен суммироваться. Стало быть мы должны признать, что в этом случае ПДК агроэкосистемы будет превышено во столько раз, сколько участвуют во взаимодействии подсистем агроэкосистем и загрязнителей. И только при значениях Сi < Сiпдк F приобретает значение < 1,0. То есть только в этом случае экосистема не может считаться нарушенной. А поскольку оценка значения Ci вероятностная (на основе оценки средних концентрацией ингредиентов в выборке), то чтобы считать вероятным соответствияе качества среды установленным ПДК, значение каждого ингредиента (Ci) должно удовлетворять критерию Стьюдента или Фишера в рамках стандартного (отклонения не хуже 2,5 — 3,0ς (сигм) относительно ПДК). На самом деле до сих пор оценка F даѐтся на уровне оценки средних концентраций веществ в исследуемых объектах окружающей среды.
В условиях мелиорации агрокультур, защищѐнных лесной полосой в придорожных эколандшафтах, выражение (1) должно принять вид (3) за счѐт совместного влияния очищающей функции лесной полосы (f1) на экологическое состояние приодорожной агроэкосистемы (f2):

где Ci концентрации минеральных, органических составляющих в почве, водорастворимых соединений в

ней, способных усваиваться агрокультурами, концентрации веществ в поливной воде, вносимых удобрениях и т. д., а Ci пдк — тоже, но в концентрациях тех же веществ в почве на уровне ПДК.

В предельных в условиях, когда лесная полоса выполняет очищающую функцию загрязнителей на уровне ПДК, состояние агроэкосистемы в придорожных агроэколандшафтах будет характеризоваться значением f1 = 1,0. Т.е. в условиях выражения (3), F = 1+ f2                                                   (6)

Показатель F в условиях концентрации аэрозолей в воздухе, пылеватых частиц, оседающих на почву придорожной агроэкосистемы на уровне ниже ПДК, всегда должен быть < 1,0.

Достижение такого состояния, когда  лесная полоса полностью поглощает загрязнения,  исходящие от влияния состояния самой автодороги (например, перманентное состояние еѐ ремонта, расширения автодороги, влияние потерь перевозимых грузов, потерь автомобильных масел неисправных автомобилей и т.д.) невозможно из-за разных причин: погодных условий (сушь, дожди, турбулентные потоки ветра разного направления и разной интенсивности. Часть загрязнений от эксплуатируемых автодорог и автотранспорта в этом случае непременно будет оказывать влияние на состояние агрокультур, выращиваемых в придорожных ландшафтах (1).

Кроме того лесная полоса, выполняя функцию принятия на себя загрязнителей, накапливает определѐнную их массу в составе листьев, коры, древесины. Смыв пылеватых частиц с древостоя лесных полос дождями с загрязняющими компонентами питает почву придорожных ландшафтов (известно, что лесные полосы выполняют функцию задерживания влаги), тем самым способствует загрязнению почвы вредными соединениями. К тому же осенью сбрасываемые листья с загрязняющими компонентами попадают опять-таки в почву, разносясь на большие расстояния от дороги и загрязняют верхние слои почвы. В процессе гниения — пополняют органическую массу с загрязняющими компонентами автомагистралей, включая остатки масел, топлива, соединений с аэрозолями. Другими словами система: лесная полоса — атмосферный воздух — почва — растения является открытой и динамической.

Действительно показатель состояния качества окружающей среды F по своему значению будет составлять 2,0 единицы даже в условиях, когда f2 в выражении  (5) будет характеризоваться состоянием Ci = Cпдк. Следовательно надо признать факт, что совместный коллективный (синергетический) эффект влияния очистительной функции лесной полосы на агроэкосистему придорожных ландшафтов невозможен в рамках существующей системы принятие оценок загрязняющих веществ относительно ПДК. Мало того, что этот синергетический эффект удваивает показатель F в условиях достижения Ci = Ciпдк в выражениях (4,5). Т.е. в условиях взаимодействия  различных факторов на  состояние качества окружающей среды, одна из которых выполняет очистительную функцию, синергетический эффект от их совместного влияния не даѐт основание утверждать, что очистительная функция полностью может решить проблему сохранения качества окружающей среды из-за суммирования показателей Fn.

Также молчаливо признаѐтся , что в условиях превышения концентраций загрязняющих веществ (ПДК) во всех составных частях агроэкосистем вся эта совокупность значимых показателей водорастворимых соединений отражается в полной мере, например, на качестве выращиваемой агропродукции. То есть все эти превышения ПДК водорастворимых соединений непременно и в полном объѐме переходят в состав растений агрокультур, а через них, например, к животным и человеку. Это вызывает сомнение, поскольку в процессе питания растений вредные компоненты не могут быть усвоены растениями в полной мере за счѐт того, что часть водорастворимых соединений, включая  металлоорганические соединения, не могут полностью усвоиться  растениями в силу избирательности биогеохимических реакций (зависящих от еh, рh, с -концентрации веществ) в процессе питания растений в период их вегетации. Стало быть показатель (F) не может в полной мере отражать состояние загрязнения подсистем (почвы, поливной воды в условиях мелиорации, атмосферного воздуха и пр.) агроэкосистем. То есть состояние качества экосистемы (F) в условиях превышения ПДК ингредиентов,

поллютантов, поверхностно-активных веществ, арозолей и т. д. не полностью     отражает ситуацию качества окружающей среды, в том числе и агроэкосистемы в придорожных ландшафтах.

Не рассматривается ещѐ одно важное условие состояния экологичности агроэкосистемы и слагающих еѐ подсистем (почвы, влаги, вносимых удобрений, состояние качества атмосферного воздуха в придорожных ландшафтах, состояния ПДК компонентов самих растениях и т. д.), когда при мелиорации агрокультур даже при условии состояния (2) могут по Ф. Ялалетдинову происходить химические реакции в разбавленных растворах, содержащих загрязняющие компоненты на уровне или даже ниже ПДК. Эти реакции (а в разбавленных растворах они идут до конца) могут приводить к появлению других соединений (например, комплексных, включая органических, металлоорганических и др.), которые могут оказаться более токсичными, особенно при переходе от восстановительных к окислительным реакциям. А с учѐтом того, что лесная полоса не может в принципе полностью поглощать все загрязняющие компоненты, исходящие от  автомагистрали, то возникает синергетический эффект совместного влияния малых концентраций (ниже ПДК) разной природы, которые могут привести к существенному негативному изменению качества выращиваемой агропродукции в условиях придорожных ландшафтов (6).

Наконец есть ещѐ одно обстоятельство, которые не учитывается экологами.

Качественное состояние подсистем агроэкосистем (минерально-органического состояния почвы, почвенной влаги в ней, вносимых удобрений, способности различных растений накапливать разные количества компонентов и т. д.) в каждой точке еѐ состояния не может быть одинаковым за счѐт влияния не только естественных, но и антропогенных процессов на агроэкосистемы придорожных ландшафтов. В этом случае всегда возникают градиенты изменения количеств реагирующих водорастворимых соединений в почве, которые могут привести к усилению реакционной способности реагирующих компонентов или к их уменьшению (7).

Таким образом, в рассматриваемых случаях мы в принципе  никогда точно не  можем сказать, каким образом влияют избыточные концентрации компонентов среды (находящихся на уровне значений выше ПДК), на уровне ПДК или ниже их значений в силу того, что рассматриваемые агроэкосистемы в придорожных ландшафтах представляют собой динамические открытые образования, обменивающиеся между собой энергией, веществом в ходе химических реакций, непрерывно происходящих в системе: атмосферный воздух — минерально-органический состав почвы —  влажность почвы - растения (агрокультуры). То есть к этим системам и подсистемам применимы принципы синергетики,.

При этом могут возникать условия избирательности растениями (агрокультурами) реагировать на ПДК компонентов подсистем агроэкосистемы.

При их избытке — сбрасывать в те части растений, которые ограничивают возможность передачи загрязнителей на уровень плода, семян плодов, а в деревьях лесополос — в кору и т. д. При равенстве Ci и Ciпдк компонентов в составе подсистем агроэкосистемы поглощать обменными  процессами допустимые концентрации компонентов среды. А при условии концентраций загрязняющих веществ ниже ПДК — поглощать только те концентрации компонентов, которые свойственны растениям вне антропогенного влияния.

Синергетический эффект совместного влияния на экологическое состояние подсистем на агроэкосистему может быть представлен аддитивным показателем (3), из которого следует, что какие бы не предпринимались попытки оценить качество окружающей среды (агроэкосистемы) с использованием ПДК, состояние агроэкосистем будет неопределѐнным в связи с тем, что невозможно точно оценить влияние всех загрязнителей, например, в поливной воде на основе установленных нормами ПДК для 1925 растворенных в ней веществ или дать оценку качества почвы по отношению к установленным ПДК в ней для 109 веществ. Поэтому широкое распространение в оценке качества придорожных агроэколандшафтов получило исследование в лучшем случае тяжелых металлов или других токсичных веществ, влияющих на качество выращиваемой при мелиорации агропродукции, поскольку их концентрации анализировать не так хлопотно особенно в условиях резкого отставания аналитической базы от потребностей науки и менее накладно в связи с низким уровнем финансирования научных исследований.

В условиях соблюдения состояния 𝐹 = 𝑓1 + 𝑓2, показатель  очищающей функции лесной полосы (f1) должен быть по величине всегда <1,0 (за счѐт поглощения, например, аэрозолей деревьями, кустарниками), а Сi в выражении (4) достигать суммы установленных значений ПДК загрязнений. Отсюда 𝐹 − 𝑓2 = 𝑓1 < 1,0. Смысл этого выражения заключается в том, что состояние  агроэкосистемы в придорожных ландшафтах зависит не только (а может быть и не столько) от защитной функции лесных полос, сколько от состояния (f2) .

Кроме аддитивного показателя оценки качества агроэкосистем в придорожных ландшафтах (3) возможен вариант такой оценки с помощью мультипликативного показателя:

𝐹 = 𝑓1 ∗ 𝑓2                                                                                             (7)

В условиях f=1,0 , т. е., когда очищающая функция лесной полосы достигает условий ПДК загрязняющих веществ автодороги, влияющих на состояние качества выращиваемых агрокультур в придорожных агроландшафтах, состояние качества агроэкосистемы зависит целиком от показателя f2. В условиях f<1,0, т. е., когда влияние загрязняющих факторов влияния автодороги на выращиваемые агрокультуры меньше значений их ПДК, состояние агроэкосистем и выращиваемых агрокультур в придорожных ландшафтах наилучшее (значение показателя F наименьшее) . Лесная полоса, кроме задержки аэрозолей от влияния автотранспорта, выступает в качестве подсистемы, улучшающей качество фактора f2. Т.е. лесная полоса работает как синергетическая подсистема придорожных ландшафтов, подавляющая отрицательное влияние факторов f2 (выполняет функцию задержки влаги, поглощения древостоем и кустарниками загрязняющих веществ почвы, способствует сохранению биоразнообразия и симбиоза агроландшафтов, оказывающих положительное влияние на состояние качества агроэкосистемы.

Отсюда:  f1 = f 2 F ,                                                                          (8)

т. е. на результат защитной функции лесополосы f1 сильно влияет общее состояние качества окружающей среды придорожных агроландшафтов. В условиях, когда F=1,0 (показатель качества окружающей среды придорожных агроландшафтов находится в установленных пределах ПДК для всей совокупности контролируемых загрязняющих веществ) очищающая функция лесной полосы f1 зависит от состояния качества подсистем агроэкосистемы f2. В условиях сильного загрязнения почвы, поливной воды, при наличии неконтролируемого количества вносимых удобрений в почву очищающая функция лесной полосы будет мало сказываться на общем состоянии качества выращиваемых агрокультур при их мелиорации за исключением снижения влияния аэрозолей. При F<1,0 (т. е., когда показатель качества окружающей среды придорожных агроландшафтов находится ниже установленных ПДК для  всей совокупности загрязняющих веществ) влияние очищающей функции тем заметнее, чем чище подсистема f2.

Таким образом, в условиях мелиорации агрокультур в придорожных агроэкосистемах защищѐнных лесной полосой на поддержание качества окружающей среды сильно влияет синергетический эффект (экологическое состояние самой автодороги, автотранспорта, выхлопных систем автомобилей, почвы, поливной воды, вносимых удобрений и т. д.) самоорганизующихся (взаимовлияющих друг на друга ходом обменных (биологических, биогеохимических, геохимических) процессов), т. е. коллективных факторов состояния подсистем агроэкосистем, из которых вклад лесной полосы оказывается определяющим при поддержании качества окружающей среды.

Для вскрытия действия синергетического механизма, обусловленного самоорганизующейся функцией агроэкосистем в придорожных ландшафтах защищенных и не защищѐнных лесной полосой необходимо исследование динамики поведения загрязняющих компонентов подсистем в условиях формирования рядов подвижности химических элементов в составе загрязнителей, включая агропродукцию

 

Список литературы

1.     Громакова Н.В. Сравнительная оценка техногенного воздействия автодороги на придорожный агроценоз в многолетнем интервале исследований. Научный журнал КубГАУ №105 (01), 2015

2.     Игнатов В.Г., Кокин А.В. Природоохранное регулирование .- Ростов-на-Дону: Ростовское книжное издательство.-1998. с-149-153.

3.     Князева Е. Н., Курдюмов С. П. Основания синергетики. Синергетическое мировидение. М.: КомКнига, 2005. (Изд. 3, доп. М.: ЛИБРОКОМ/УРСС, 2010). ISBN 978-5-484-01240-4

4.     Князева Е. Н., Курдюмов С. П.Синергетика: нелинейность времени и ландшафты коэволюции. -. М.: КомКнига, 2007. — Изд. 2. М.: УРСС, 2011. ISBN 978-5-484-01269-5

5.     Руководство по гигиене водоснабжения [Текст] / под ред. чл.-кор. АМН       СССР, засл. деят. науки РСФСР, проф. С.Н. Черкинского. - М. : Медицина, 1975. - 328 с.

6.     Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы [Текст] / С.Н. Черкинский ; С.Н. Черкинский.- 5-е изд., перераб. и доп. - М. : Стройиздат, 1977. - 224 с.

7.     Шумакова Г.Е. Современные проблемы агроэкологии. Новочеркасск 2010. – 167 с.