Причиной эндемических болезней животных (и человека) могут быть не только природные, но и антропогенные изменения геохимической обстановки в экологических системах (БГЦ, ландшафтах). Под влиянием хозяйственной деятельности человека изменяется биотический круговорот макро- и микроэлементов, формируются геохимические аномалии, названные неоаномалиями или антропоаномалиями.
Формирование антропогенных геохимических аномалий и возникновение связанных с ними эндемических болезней и токсикозов животных отмечают при нарушении круговорота азота, фосфора, калия, йода, меди и других макро- и микроэлементов.
Изменения круговорота азота. Основная масса азота сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. Содержание в воздухе 78,09% (N2 по объему), в литосфере 1,9*10в30% (по массе). Превращение атмосферного азота в азотные соединения, усваиваемые организмами, осуществляют свободно живущие почвенные микроорганизмы и водоросли. В биологической фиксации молекулярного азота большую роль играют клубеньковые бактерии в симбиозе с бобовыми растениями. Свободно живущие азотфиксирующие бактерии могут связать до 25-40 кг молекулярного азота на 1 га в год. Клубеньковые бактерии, живущие на клубеньках бобовых культур, могут усвоить еще больше азота - до 100-250 кг на 1 га в год. Накопленные в почвах азотные соединения потребляются растениями, затем травоядными и хищниками, паразитами и сверхпаразитами, другими гетеротрофными организмами, составляющими трофическую цепь. Азот накапливается в растительных и животных организмах, в продуктах их метаболизма в форме белка, аминокислот, мочевины и других азотосодержащих веществ. В биосфере содержится 150 млрд т азота, связанного в органических соединениях почв (1,5*10в11 т), в биомассе растений (1,1*10в9 т) и животных (6,1*10в7 т). При минерализации фито- и зоомассы образуется аммиак (аммонификация), который поглощается почвой в виде катионов аммония (NH4) или окисляется в ней. При окислении аммония, поглощенного почвой, и аммиачных солей образуются нитриты и нитраты (нитрификация.). Аммонификация и нитрификация - составные элементы биотического и геологического круговорота азота. Oina часть продуктов нитрификации усваивается растениями, другая превращается в молекулярный азот (денитрификация). Азот, усвоенный растениями, оказывается вовлеченным в биотический цикл. Молекулярный азот, поступающий в атмосферу, вовлекается в геологический круговорот.
С развитием земледелия, растениеводства и животноводства биотический круговорот азота существенным образом преобразился. На круговорот азота оказывало влияние ранее широко распространенное внесение местных органических удобрений (навоза). Ho это влияние было незначительным. С помощью навоза в известной мере лишь возмещали потери азота при выносе его из почв с урожаем. Затем стали использовать азотные минеральные удобрения, полученные на химических предприятиях связыванием атмосферного азота. В мире ежегодно производится и вносится в почвы в форме минеральных удобрений 30-35 млн т азота. В некоторых странах дозы азота, вносимого с удобрениями, достигли 100-150 и даже 200-250 кг на 1 га.
Азот удобрений сорбируется почвами слабо, он может легко вымываться водами и поступать в водоемы. Во многих странах мира отмечены локальные загрязнения нитратами вод рек, родников, озер, подземных бассейнов. Круговорот азота в БГЦ может быть изменен в результате загрязнения окружающей среды отходами животноводческих комплексов и птицефабрик. Такие отходы могут стать причиной возникновения кратковременных или длительно сохраняющихся геохимических неоаномалий с высоким содержанием соединений азота в почвах, ручьях, реках, озерах и других водоемах. В геохимических аномалиях, характеризующихся увеличением нитратов в почвах и воде, нередко возникают энзоотии и эндемии метгемоглобинемии. Подобным образом развиваются антропогенные геохимические аномалии с избытком азотосодержащих веществ в среде при загрязнении почв и водоемов отходами населенных пунктов, особенно больших городов. Отходы животноводства и городские стоки могут загрязнять почвы и воды соединениями азота до токсического уровня.
При сжигании угля, нефти, мазута, бензина, торфа, сланцев образуются газы и аэрозоли азотных соединений, загрязняющих среду. Окисление аммиака и трансформация окислов азота приводят к образованию азотной кислоты и отчасти аммонийных солей, выпадающих на сушу и на поверхность водоемов. Под влиянием «кислотных» дождей снижается pH почв и вод. Подкисление среды способствует усиленному выносу из почв кальция, магния и других химических элементов. Изменения геохимической обстановки, обусловленные выпадением кислотных дождей, могут стать причиной заболеваний животных.
Геохимические аномалии, обусловливающие заболевания животных, могут возникать при уменьшении концентрации азотистых веществ в среде и, в частности, в почве. Снижение концентрации азотистых соединений в почвах происходит при уменьшении запасов гумуса вследствие водной и ветровой эрозии. Безвозмездный вынос азота из почв с урожаем также служит причиной изменения геохимической обстановки и заболеваний животных. При снижении концентрации азотистых соединений в почве нарушается азотное питание растений. Урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав снижается. Ухудшается качество корма, так как в растениях уменьшается содержание протеина. При недостаточном протеиновом питании у животных понижаются упитанность, продуктивность и воспроизводительная способность, изменяются обменные процессы, главным образом белковый обмен. При длительном белковом голодании уменьшается секреция пепсиногена и трипсиногена, снижается переваривающая способность желудка и кишечника. Нарушаются функции эпителиальных клеток слизистой оболочки кишечника, что обусловливает расстройство всасывания аминокислот из пищеварительного канала в кровь. В организме развивается гипопротеинемия, характеризующаяся уменьшением содержания общего белка в сыворотке крови (ниже 7 г на 100 мл). Белковая недостаточность клинически проявляется уменьшением массы тела (вплоть до истощения), брадикардией, ослаблением, растянутостью и глухостью первого и второго тонов сердца, урежением дыхания, симптомами затяжной гипотонии преджелудков, понижением периферических рефлексов.
Профилактика энзоотий, возникающих в «азотных» геохимических неоаномалиях, заключается в регуляции и оптимизации биотического кругооборота азота.
Изменения круговорота фосфора. Фосфор, как и азот, относится к облигантным биофилам. Биотические круговороты этих элементов в ряде случаев протекают совместно. Однако биогеохимия фосфора резко отличается от биогеохимии азота. В геохимическом цикле азота обязательно присутствует газовая форма этого элемента. Фосфор же в форме газа, например PH3, в биотическом и геологическом круговоротах, по существу, не представлен. Среднее содержание фосфора в земной коре составляет 0,09%. Основные его запасы сосредоточены в горной породе, гумусовом горизонте почв, донных осадках морей и океанов. К числу наиболее распространенных фосфатов, образующих залежи фосфора, относят апатиты. В почвах и особенно гумусовой оболочке суши аккумулированы соединения фосфора. Под влиянием биотического круговорота веществ концентрация фосфора в почве заметно выше (в среднем 0,1-0,3%), чем в земной коре. Гумусовые горизонты ненарушенных почв богаты фосфором; на 1 га лесной подстилки иногда содержится до 100 кг этого элемента. Большое количество фосфора (10в6-10в7 т) удерживается и веществе биосферы. Содержание данного элемента в фитомассе природных (естественных) луговых степей достигает 25-30 кг на 1 га. Для диких травоядных млекопитающих такой уровень фосфора в кормовых растениях вполне достаточен.
Развитие человеческой цивилизации заметно повлияло на биотический и геологический круговороты фосфора. В тех местах, где земледельцы для удобрения почв широко использовали навоз, круговорот фосфора изменялся незначительно. Там, где навоз применяли недостаточно или даже совсем не использовали, возврат фосфора в биогеохимический цикл сократился или даже прекратился.
При высоких урожаях из почв выносится значительное количество фосфора. Притока соединений фосфора в почвы в виде атмосферных выпадов (подобных NO3, NH4, NO) или биогенной фиксации из воздуха не происходит. Поэтому даже лучшие почвы без регулярных фосфорных удобрений через 40-50 лет использования под посевы резко истощаются, концентрация фосфора в почвенном покрове сильно уменьшается. В результате водной эрозии с поверхностным стоком с почвы смывается большое количество гумуса и, следовательно, содержащегося в нем фосфора. Материал, уносимый при эрозии, в 3-5 раз богаче органическим веществом, фосфором и другими биофилами. В настоящее время около 3-4 млн т фосфатов смывается с континентов и безвозвратно захороняется в глубинах Мирового океана. Перемещение фосфора из биотического круговорота в геологический осложняет фосфорную проблему. В результате фосфорного голодания снижается урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, ухудшается качество кормов, нарушается фосфорное питание домашних животных.
Масштабы применения минеральных фосфорных удобрений, как и азотных, растут из года в год. Широкое использование фосфорных удобрений изменяет круговорот фосфора, особенно при избыточном внесении фосфорных удобрений в почвы и загрязнении ими водоемов.
Внутрирегиональная и межгосударственная миграция фосфора приводит к тому, что в одних местах концентрация фосфора возрастает (фосфотизация), в других, наоборот, снижается (дефосфотизация). Тела животных (и человека), их экскременты содержат очень много фосфора, поэтому вокруг населенных пунктов, особенно вблизи животноводческих ферм и комплексов, в местах захоронения трупов умерших людей и животных (кладбища, скотомогильники) концентрация фосфора резко повышается. Наряду с этим фосфотизацию почв отмечают в пунктах, где расположены парники и теплицы, сады, огороды, бахчи, обильно удобряемые навозом. В других регионах, особенно на полях, лугах и пастбищах, где отчуждение фосфора и других бисфилов с помощью удобрений полностью не возмещается, развивается дефосфотизация, здесь концентрация фосфора в почвах снижается.
Изменение геохимической обстановки в результате перераспределения фосфора происходит и в более обширных регионах, охватывающих территории многих государств. Экспорт-импорт продовольствия (зерна, мяса и др.) приводит к фосфотизации стран-импортеров, дефосфотизации стран-экспортеров. На круговорот фосфора в природе заметное влияние оказывает использование человеком зоо- и фитомассы, добытой им из водоемов - рек, болот, озер, морей и океанов (лов рыбы, китобойный промысел, собирание морской капусты и т. д.). Часть этих продуктов идет в пищу людей, другая - для кормления животных, третья - для удобрения сельскохозяйственных угодий. Вылов водных организмов, применение их в хозяйственной деятельности всегда служили антропогенной формой возвращения фосфора и других биофилов из водоемов на сушу. В настоящее время этот процесс усилился, так как масштабы морского промысла резко возросли. Все перечисленное способствует аккумуляции соединений фосфора в зонах густонаселенных пунктов.
Если углерод, азот и сера, превращаясь в газообразную форму, частично мигрируют в атмосферу, то с фосфором этого не происходит: он концентрируется в местах скопления органических отходов, на свалках, в пригородных полях очищения и орошения сточными водами. Это приводит к зафосфачиванию почв, а при смыве - к эвтрофированию рек и озер. Многие закрытые водоемы стран Западной Европы и Северной Америки оказались отравленными в результате накопления избыточных количеств фосфора и других биофилов.
В формировании антропогенных фосфорных геохимических неоаномалий определенную роль играет производство препаратов, содержащих фосфор, и использование их в сельском хозяйстве, индустрии и быту. Кроме фосфорных удобрений в земледелии часто применяют детергенты. Фосфорные соединения детергентов поступают в почвы, а с водами поверхностного стока - в реки, озера, моря и океаны, что способствует изменению круговорота фосфора и возникновению геохимических неоаномалий.
Среди заболеваний, связанных с изменением круговорота фосфора, широко распространена афосфорозная остеодистрофия животных, возникновение которой обусловлено дефицитом фосфора в кормах. При недостаточном поступлении фосфора в организм животных развивается гипофосфатемия. Восстановление ионного равновесия в организме, нарушенного вследствие гипофосфатемии, происходит за счет миграции ионов фосфора из костей в кровь. Наступает деминерализация костной системы, и у животных появляются признаки размягчения костей (остеомаляция), их хрупкости, ломкости (остеопороз), рассасывания последних хвостовых позвонков и даже ребер (остеолиз).
Заболевания, вызванные избытком фосфора в почвах и водах, практически не изучены. Тем не менее можно предположить, что под влиянием избытка фосфора в среде у животных нарушается фосфорный обмен и возникает остеодистрофия. При избытке фосфора в рационе развивается ацидозная (гиперфосфорозная) остеодистрофия.
Изменения круговорота калия. Калию присуща такая же биофильность, как азоту и фосфору. Круговороты фосфора и калия во многом схожи. Средняя концентрация калия в земной коре составляет 2,6%. Содержание калия в почвах разное. Богаты им почвы с мощным гумусовым горизонтом. При минерализации органических веществ растительного и животного происхождения почвенный гумус обогащается этим элементом. Очень много калия содержится в калийных месторождениях.
С развитием земледелия биотический круговорот калия, как и фосфора, заметно изменился. Ho особенно резкие изменения круговорота калия произошли в результате расширенного производства калийных удобрений и разнообразных химических продуктов, содержащих этот элемент (поташ, калия сульфат и др.).
Геохимические аномалии, связанные с изменением концентрации калия в среде, могут быть обусловлены перераспределением органического вещества внутри хозяйства или в регионе большего масштаба. С урожаем сельскохозяйственных культур и кормовых трав калий мигрирует в другие пункты сельскохозяйственной экосистемы или даже за ее пределы. Часть калия, содержащегося в урожае, потребляет население с продуктами питания, другая поступает на животноводческие фермы и комплексы в качестве кормов, третья мигрирует за пределы агробиогеоценоза (зерно, корнеклубнеплоды). Калий, содержащийся в мясе, молоке и других продуктах питания животного происхождения, отчасти использует население села, а остальная его часть уходит за пределы агробиогеоценоза, главным образом в городские экосистемы. Калий, содержащийся в пище, а затем выделившийся в форме экскрементов, переносится, как правило, на приусадебные участки в качестве удобрения. Сюда же поступает калий с навозом, полученным от животных частного сектора. Навоз из животноводческих ферм и комплексов обычно применяют для удобрения полей, коллективных садов и огородов. Внесение больших количеств навоза и минеральных калийных удобрений на поля, в сады и огороды ведет к увеличению концентрации калия в почвах. Создаются локальные геохимические неоаномалии, в которых изменяется химический состав растений. В растительных кормах увеличивается количество калия, уменьшается содержание кальция и особенно магния. При поедании пастбищного корма, содержащего избыточное количество калия, но недостаточно кальция и магния, у животных возникает гипомагниемия.
Изменения круговорота микроэлементов. Нарушение геохимических циклов йода, кобальта, меди, марганца и других микроэлементов приводит к негативным изменениям геохимической обстановки в агробиогеоценозах и возникновению эндемических болезней сельскохозяйственных животных. Круговороты микро- и макроэлементов в принципе аналогичны. В основе круговорота как микро-, так и макроэлементов лежат синтез и распад органического вещества. В природных БГЦ биотический круговорот почти замкнут, приток-отток веществ почти сбалансирован, и потому «фоновая» геохимическая обстановка более или менее стабильна. В экологических системах, не измененных человеком, биомасса растений минерализуется на месте своего образования. Хотя животные меньше привязаны к месту своего рождения, большинство аборигенов не покидает экосистему, к которой они приспособлены и которая наиболее пригодна для их обитания. Поэтому минерализация почти всей зоомассы, как и фитомассы, происходит там, где она образовалась. Продукты разложения отмерших тел растений и животных захороняются в почвы. Гумус обогащается макро- и микроэлементами, плодородие почв возрастает, увеличивается биологическая продуктивность экологических, систем. Лишь небольшая часть веществ (1-2%) из малого, биотического, круговорота мигрирует в большой, геологический, круговорот. Равномерное распределение первичной биомассы, метаболитов растений и животных, продуктов разложения их тел обеспечивало относительное постоянство геохимической обстановки в природной среде.
Аборигенные дикие растения и животные в течение длительной эволюции приспособились к условиям своего существования, и геохимическая обстановка в БГЦ, в которых они обитают, более или менее оптимальна для их жизнедеятельности. В БГЦ, преобразованных сельскохозяйственной деятельностью человека, биотический круговорот разомкнут и миграция веществ в геологический круговорот усилена. Разомкнутость, разорванность биотического круговорота химических элементов определены особенностями организации аграрных БГЦ, их структурой и функцией, той ролью, какую они выполняют в человеческом обществе. Основное предназначение аграрных БГЦ - снабжать население Земли продуктами растениеводства и животноводства. Эту задачу можно решить лишь за счет коренной перестройки потоков веществ в агробиогеоценозах, а также за их пределами. Фитомасса, выращенная на полях, в садах и огородах, используется на территории аграрного ландшафта лишь отчасти - для питания сельского населения и кормления сельскохозяйственных животных. Лишь эта относительно незначительная часть биомассы преобразуется в пределах агробиогеоценозов и возвращается в почвы в виде навоза. Макро- и микроэлементы, изъятые из почв с урожаем, не полностью возвращаются в нее с навозом. С органическими удобрениями в почвы возвращается только 1/4 химических элементов, изъятых с урожаем. Большая часть фито- и зоомассы, образованной в аграрных БГЦ, мигрирует за их пределы - в города для снабжения городского населения продуктами питания, для обеспечения нужд промышленности сырьем растительного и животного происхождения. Экспорт зерна, корнеклубнеплодов, овощей, фруктоз, молока, мяса, шерсти, других продуктов растениеводства и животноводства, производимых в деревнях и селах, сопровождается утечкой большого количества макро- и микроэлементов за пределы БГЦ. Макро- и микроэлементы, экспортируемые с продуктами растениеводства и животноводства, выключаются из биотического круговорота аграрных БГЦ. Поступая с экскрементами в канализационные системы городов, они включаются в геологический круговорот, скапливаясь в донных отложениях рек, озер, морей и океанов. Следовательно, изменение геохимической обстановки в аграрных БГЦ может быть обусловлено утечкой макро- и микроэлементов из биотического круговорота в геологический, нарушением баланса химических веществ (приток-отток). Поэтому можно считать, что одним из важных факторов, обусловливающих возникновение неоаномалий в аграрных ландшафтах, служит безвозмездный вынос микроэлементов из почв с урожаем, возрастающий с увеличением последнего. Поэтому необходим контроль за выносом микроэлементов из почв с урожаем, а также осуществление мероприятий по обогащению почв микроэлементами с помощью рационального использования микроудобрений.
Микроэлементы из почв выносятся не только при уборке сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Биотический круговорот изменяется при выпасе стад вследствие миграции микроэлементов из БГЦ с продуктами животноводства (мясом, молоком и др.). Вынос микроэлементов из почв травяных БГЦ зависит от величины стад и продолжительности их выпаса. Чем больше численность животных, чем дольше они пасутся, тем интенсивнее протекает процесс утечки микроэлементов из почв.
Утечке микроэлементов из БГЦ способствует традиционная система утилизации трупов павших животных - захоронение их в ямы Беккари. Микроэлементы, содержащиеся в трупах, на долгое время выключаются из биотического круговорота.
Следующая причина нарушения круговорота микроэлементов - широкое одностороннее применение минеральных азотных, калийных и фосфорных удобрений. При обогащении почв минеральными удобрениями подвижность микроэлементов в почве резко снижается, они становятся трудноусвояемыми или даже недоступными для растений. При увеличении доз минеральных удобрений, вносимых в почвы, уменьшается концентрация йода, кобальта и меди в кормовых растениях, что может стать причиной возникновения энзоотического зоба, гипокобальтоза, гипокупроза и других заболеваний у животных.
Другая, не менее частая, причина нарушения круговорота микроэлементов и изменения геохимической обстановки в агробиогеоценозах - химическое загрязнение окружающей среды, которое может быть обусловлено разными причинами. Одна из них - попадание в среду необычных для природы химических веществ, например пестицидов. Другой причиной загрязнения может стать привнесение в среду обычных химических веществ в необычно высоких концентрациях. Например, внесение в почву излишне высоких доз калийных удобрений, накопление в питьевой воде больших количеств соединений фтора, меди и др. И наконец, среда загрязняется в том случае, если обычные химические вещества в обычных концентрациях оказываются в необычном месте.
Различают природные и антропогенные химические загрязнения. Природные химические загрязнения возникают под влиянием естественных процессов, происходящих в природе. Например, изменение химического состава почв и других компонентов ландшафта продуктами извержения вулканов.
К антропогенным относят химические загрязнения среды, связанные с деятельностью человека. Например, изменение химического состава воздуха, вод и почв под влиянием отходов агропромышленных предприятий и др.
Под действием химических загрязнений среды изменяется геохимическая обстановка в ландшафтах, что связано с нарушением круговорота макро- и микроэлементов и возможностью возникновения макро- и микроэлементозов у животных.
Добыча полезных ископаемых и использование химических элементов в производственной деятельности. Существование человечества и развитие цивилизации тесно связаны с использованием человеком природных ресурсов. На заре своего развития человек потреблял главным образом продукты биосферы: растения и животных для получения продуктов питания, сырье для изготовления одежды и т. д. В дальнейшем люди стали использовать продукты литосферы для изготовления орудий труда. С развитием промышленности применение продуктов литосферы резко возросло: повысились темпы добычи железной руды, цветных металлов и т. д. В сферу человеческой деятельности вовлекалось все больше химических элементов. Используемые человеком элементы неизбежно включаются в геохимические циклы и так или иначе влияют на живую и неживую природу.
Загрязнение среды усилилось в результате действия многообразных, взаимосвязанных между собой факторов: обширных нарушений почвенного покрова при открытых разработках, бурения шахт и скважин, изъятия из недр Земли разнообразных материалов, образования терриконов из пустой породы. На деградированных почвах изменяется геохимическая обстановка, и риск возникновения эндемических болезней растений, животных и человека резко возрастает. В местах урановых рудников существует возможность лучевых поражений животных и человека. Человечество извлекает из недр Земли больше химических элементов, чем вся растительность суши. Так, ежегодно из недр добывается больше, чем вовлекается в биологический круговорот на суше за это же время: кадмия - более чем в 160 раз, ртути - в 110, свинца - в 35, мышьяка, фтора - в 15, урана - в 6, олова - в 5, меди - в 4, молибдена - более чем в 3 раза. Химические элементы, изъятые из недр Земли, рассеиваются, вовлекаются в геохимические циклы. Загрязнение среды макро- и микроэлементами приводит к образованию геохимических неоаномалий и возникновению эндемических болезней животных (растений, человека).
Загрязнение среды химическими веществами, переносимыми воздухом. Газообразные загрязнители, поступающие в атмосферу, могут иметь природное (естественное) и антропогенное происхождение. К природным источникам загрязнения относят вулканы (газы), почву (пылевые частицы), космос (космическая пыль).
Газы, водяные пары и аэрозоли, тонкодисперсные материалы вулканических извержений, мельчайшие частицы, поступающие из космоса, пыль, поднятая с поверхности суши, бактерии, споры, пыльца растений, фитонциды, другие летучие продукты жизнедеятельности и разложения организмов, перемещаясь с воздушными течениями, оседают на поверхности суши и водоемов и включаются в биотический круговорот. Они поглощаются растениями и животными, поступают в пищевые цепи и, таким образом, существенно влияют на живую природу. Считают, что естественный аэрозольный фон оказывает положительное влияние на жизнь на Земле, так как в процессе длительной эволюции растительный и животный мир приспособился к природным концентрациям аэрозолей в атмосфере. Наличие распыленных веществ в воздушной среде совершенно необходимо для жизнедеятельности растений и животных.
Современное земледелие, промышленность, транспорт образуют дополнительные массы газов, пыли, сажи, золы, других летучих веществ, загрязняющих атмосферу. При сжигании угля, нефти и других источников энергии выделяются двуокись серы и окись азота. Попадая в атмосферу, они вступают в реакцию с водой и кислородом, образуя азотную и серную кислоты. Кислотные осадки выпадают в виде дождя, снега, тумана или сухих частиц. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу, могут переноситься воздушными потоками на большие расстояния, на сотни и тысячи километров. Часто они мигрируют за пределы той страны, в которой образовались.
Источником химического загрязнения окружающей среды является не только промышленность, но и современное сельское хозяйство. Неэкологичное применение пестицидов, минеральных удобрений может стать причиной резких изменений геохимической обстановки в агробиогеоценозах.
Пыле- и газообразные химические соединения сначала загрязняют атмосферу, а затем рано или поздно оседают на поверхность Земли. Загрязняются почвы, растительные и животные организмы. Образуются геохимические неоаномалии.
Во многих странах мира вокруг цементных заводов отмечено загрязнение окружающей среды цементной пылью, которая, попадая в атмосферу, с потоками воздуха распространяется на расстояние 4-5 км от источника загрязнения. Цементную пыль считают нетоксичной, тем не менее она содержит серу, фтор, железо, цинк, марганец, свинец, медь, хром, кобальт и другие элементы. В случае загрязнения среды цементной пылью образуются геохимические аномалии и возникают эндемические болезни животных.
В формировании геохимических неоаномалий немаловажную роль играет «промышленная» пыль, образующаяся при сжигании горючих ископаемых и заводской обработке металлов.
«Металлическая» пыль по своему химическому составу разнообразна. Она нередко содержит тяжелые металлы, загрязняющие среду (медь, цинк, свинец).
Вокруг промышленных предприятий по изготовлению стекла и керамики, алюминиевых заводов, комбинатов по производству минеральных фосфорных удобрений в атмосферу выбрасывается пыль, содержащая большое количество фтора. Газообразные соединения фтора, выпадая на поверхность Земли, загрязняют почвенный покров, флору и фауну. Отрицательное влияние фтора на растительность наблюдали в радиусе 3,5 км от источника загрязнения. В геохимических неоаномалиях, характеризующихся увеличением содержания фтора в среде, выявляли случаи массового заболевания животных (и людей) флюорозом.
В возникновении геохимических неоаномалий немалую роль играет загрязнение среды выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания автомашин. Основной загрязнитель среды - свинец (продукт сгорания бензина). Геохимические неоаномалии, обусловленные загрязнением почв выхлопными газами автомобилей, формируются вдоль шоссейных дорог. Ширина лентообразных геохимических неоаномалий и загрязненность почвы свинцом во многом зависят от плотности движения автомашин по шоссе. Чем выше плотность движения автомашин, тем шире полоса неоаномалий и тем выше концентрация свинца в почве. В растениях свинец концентрируется в большей мере, чем в почвах. Скармливание растительной массы, загрязненной свинцом, может стать причиной свинцового токсикоза у животных.
Биогеохимия питьевой воды. Для водопоя животных пригодна только пресная вода. Геохимические свойства пресных вод неодинаковы. В мягких водах минеральных солей меньше, чем в жестких. В тундре и тайге воды чаще мягкие, а в степях, полупустынях и пустынях - жесткие. Геохимические свойства вод зависят не только от типа ландшафтов, но и от других факторов - химизма материнских пород и т. д. Поэтому в разных пунктах одного и того же ландшафта пресные воды могут различаться по содержанию кальция, йода и других химических элементов. Геохимические особенности пресных вод влияют на состояние животных, их продуктивность, воспроизводительную способность, устойчивость или, наоборот, восприимчивость к заболеваниям. При длительном поении животных водой со слишком высоким или, наоборот, слишком низким содержанием фтора, других химических элементов у животных могут возникать
При дефиците фтора в воде зарегистрированы случаи энзоотии кариеса зубов. Описаны энзоотии флюороза, обусловленные высоким содержанием фтора в воде артезианских колодцев. Поение животных водой, содержащей избыток фтора, привело к снижению их продуктивности. У заболевших животных наблюдали признаки остеомаляции, остеопороза, остеолиза. У больных животных нарушался обмен веществ, деятельность сердца и других органов. Потребление колодезной воды, дефицитной по содержанию йода, служит причиной возникновения энзоотического зоба у крупного рогатого скота.
Геохимические свойства питьевой воды изменяются под влиянием не только природных, но и антропогенных факторов. Как поверхностные, так и глубинные (колодезные) воды, загрязненные химическими веществами, могут стать причиной геохимических энзоотии и токсикозов животных.
К изменению геохимической обстановки в БГЦ и заболеваниям животных может привести использование загрязненных речных, озерных и колодезных вод для полива и орошения. В таких случаях изменяется химический состав почв и произрастающих на них растений. Изменяются геохимические пищевые цепи, и у животных развиваются эндемические болезни.Пороговые концентрации химических элементов в среде. Химические элементы - компоненты окружающей среды - относятся к экологическим факторам, так или иначе влияющим на жизнедеятельность животных, их продуктивность, воспроизводительную способность, устойчивость или, наоборот, восприимчивость к заболеваниям. Этиологическое воздействие геохимических экологических факторов на животных зависит от ряда условий, в основном от интенсивности (дозы) геохимического фактора и состояния организма животных.
Формирование антропогенных геохимических аномалий и возникновение связанных с ними эндемических болезней и токсикозов животных отмечают при нарушении круговорота азота, фосфора, калия, йода, меди и других макро- и микроэлементов.
Изменения круговорота азота. Основная масса азота сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. Содержание в воздухе 78,09% (N2 по объему), в литосфере 1,9*10в30% (по массе). Превращение атмосферного азота в азотные соединения, усваиваемые организмами, осуществляют свободно живущие почвенные микроорганизмы и водоросли. В биологической фиксации молекулярного азота большую роль играют клубеньковые бактерии в симбиозе с бобовыми растениями. Свободно живущие азотфиксирующие бактерии могут связать до 25-40 кг молекулярного азота на 1 га в год. Клубеньковые бактерии, живущие на клубеньках бобовых культур, могут усвоить еще больше азота - до 100-250 кг на 1 га в год. Накопленные в почвах азотные соединения потребляются растениями, затем травоядными и хищниками, паразитами и сверхпаразитами, другими гетеротрофными организмами, составляющими трофическую цепь. Азот накапливается в растительных и животных организмах, в продуктах их метаболизма в форме белка, аминокислот, мочевины и других азотосодержащих веществ. В биосфере содержится 150 млрд т азота, связанного в органических соединениях почв (1,5*10в11 т), в биомассе растений (1,1*10в9 т) и животных (6,1*10в7 т). При минерализации фито- и зоомассы образуется аммиак (аммонификация), который поглощается почвой в виде катионов аммония (NH4) или окисляется в ней. При окислении аммония, поглощенного почвой, и аммиачных солей образуются нитриты и нитраты (нитрификация.). Аммонификация и нитрификация - составные элементы биотического и геологического круговорота азота. Oina часть продуктов нитрификации усваивается растениями, другая превращается в молекулярный азот (денитрификация). Азот, усвоенный растениями, оказывается вовлеченным в биотический цикл. Молекулярный азот, поступающий в атмосферу, вовлекается в геологический круговорот.
С развитием земледелия, растениеводства и животноводства биотический круговорот азота существенным образом преобразился. На круговорот азота оказывало влияние ранее широко распространенное внесение местных органических удобрений (навоза). Ho это влияние было незначительным. С помощью навоза в известной мере лишь возмещали потери азота при выносе его из почв с урожаем. Затем стали использовать азотные минеральные удобрения, полученные на химических предприятиях связыванием атмосферного азота. В мире ежегодно производится и вносится в почвы в форме минеральных удобрений 30-35 млн т азота. В некоторых странах дозы азота, вносимого с удобрениями, достигли 100-150 и даже 200-250 кг на 1 га.
Азот удобрений сорбируется почвами слабо, он может легко вымываться водами и поступать в водоемы. Во многих странах мира отмечены локальные загрязнения нитратами вод рек, родников, озер, подземных бассейнов. Круговорот азота в БГЦ может быть изменен в результате загрязнения окружающей среды отходами животноводческих комплексов и птицефабрик. Такие отходы могут стать причиной возникновения кратковременных или длительно сохраняющихся геохимических неоаномалий с высоким содержанием соединений азота в почвах, ручьях, реках, озерах и других водоемах. В геохимических аномалиях, характеризующихся увеличением нитратов в почвах и воде, нередко возникают энзоотии и эндемии метгемоглобинемии. Подобным образом развиваются антропогенные геохимические аномалии с избытком азотосодержащих веществ в среде при загрязнении почв и водоемов отходами населенных пунктов, особенно больших городов. Отходы животноводства и городские стоки могут загрязнять почвы и воды соединениями азота до токсического уровня.
При сжигании угля, нефти, мазута, бензина, торфа, сланцев образуются газы и аэрозоли азотных соединений, загрязняющих среду. Окисление аммиака и трансформация окислов азота приводят к образованию азотной кислоты и отчасти аммонийных солей, выпадающих на сушу и на поверхность водоемов. Под влиянием «кислотных» дождей снижается pH почв и вод. Подкисление среды способствует усиленному выносу из почв кальция, магния и других химических элементов. Изменения геохимической обстановки, обусловленные выпадением кислотных дождей, могут стать причиной заболеваний животных.
Геохимические аномалии, обусловливающие заболевания животных, могут возникать при уменьшении концентрации азотистых веществ в среде и, в частности, в почве. Снижение концентрации азотистых соединений в почвах происходит при уменьшении запасов гумуса вследствие водной и ветровой эрозии. Безвозмездный вынос азота из почв с урожаем также служит причиной изменения геохимической обстановки и заболеваний животных. При снижении концентрации азотистых соединений в почве нарушается азотное питание растений. Урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав снижается. Ухудшается качество корма, так как в растениях уменьшается содержание протеина. При недостаточном протеиновом питании у животных понижаются упитанность, продуктивность и воспроизводительная способность, изменяются обменные процессы, главным образом белковый обмен. При длительном белковом голодании уменьшается секреция пепсиногена и трипсиногена, снижается переваривающая способность желудка и кишечника. Нарушаются функции эпителиальных клеток слизистой оболочки кишечника, что обусловливает расстройство всасывания аминокислот из пищеварительного канала в кровь. В организме развивается гипопротеинемия, характеризующаяся уменьшением содержания общего белка в сыворотке крови (ниже 7 г на 100 мл). Белковая недостаточность клинически проявляется уменьшением массы тела (вплоть до истощения), брадикардией, ослаблением, растянутостью и глухостью первого и второго тонов сердца, урежением дыхания, симптомами затяжной гипотонии преджелудков, понижением периферических рефлексов.
Профилактика энзоотий, возникающих в «азотных» геохимических неоаномалиях, заключается в регуляции и оптимизации биотического кругооборота азота.
Изменения круговорота фосфора. Фосфор, как и азот, относится к облигантным биофилам. Биотические круговороты этих элементов в ряде случаев протекают совместно. Однако биогеохимия фосфора резко отличается от биогеохимии азота. В геохимическом цикле азота обязательно присутствует газовая форма этого элемента. Фосфор же в форме газа, например PH3, в биотическом и геологическом круговоротах, по существу, не представлен. Среднее содержание фосфора в земной коре составляет 0,09%. Основные его запасы сосредоточены в горной породе, гумусовом горизонте почв, донных осадках морей и океанов. К числу наиболее распространенных фосфатов, образующих залежи фосфора, относят апатиты. В почвах и особенно гумусовой оболочке суши аккумулированы соединения фосфора. Под влиянием биотического круговорота веществ концентрация фосфора в почве заметно выше (в среднем 0,1-0,3%), чем в земной коре. Гумусовые горизонты ненарушенных почв богаты фосфором; на 1 га лесной подстилки иногда содержится до 100 кг этого элемента. Большое количество фосфора (10в6-10в7 т) удерживается и веществе биосферы. Содержание данного элемента в фитомассе природных (естественных) луговых степей достигает 25-30 кг на 1 га. Для диких травоядных млекопитающих такой уровень фосфора в кормовых растениях вполне достаточен.
Развитие человеческой цивилизации заметно повлияло на биотический и геологический круговороты фосфора. В тех местах, где земледельцы для удобрения почв широко использовали навоз, круговорот фосфора изменялся незначительно. Там, где навоз применяли недостаточно или даже совсем не использовали, возврат фосфора в биогеохимический цикл сократился или даже прекратился.
При высоких урожаях из почв выносится значительное количество фосфора. Притока соединений фосфора в почвы в виде атмосферных выпадов (подобных NO3, NH4, NO) или биогенной фиксации из воздуха не происходит. Поэтому даже лучшие почвы без регулярных фосфорных удобрений через 40-50 лет использования под посевы резко истощаются, концентрация фосфора в почвенном покрове сильно уменьшается. В результате водной эрозии с поверхностным стоком с почвы смывается большое количество гумуса и, следовательно, содержащегося в нем фосфора. Материал, уносимый при эрозии, в 3-5 раз богаче органическим веществом, фосфором и другими биофилами. В настоящее время около 3-4 млн т фосфатов смывается с континентов и безвозвратно захороняется в глубинах Мирового океана. Перемещение фосфора из биотического круговорота в геологический осложняет фосфорную проблему. В результате фосфорного голодания снижается урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, ухудшается качество кормов, нарушается фосфорное питание домашних животных.
Масштабы применения минеральных фосфорных удобрений, как и азотных, растут из года в год. Широкое использование фосфорных удобрений изменяет круговорот фосфора, особенно при избыточном внесении фосфорных удобрений в почвы и загрязнении ими водоемов.
Внутрирегиональная и межгосударственная миграция фосфора приводит к тому, что в одних местах концентрация фосфора возрастает (фосфотизация), в других, наоборот, снижается (дефосфотизация). Тела животных (и человека), их экскременты содержат очень много фосфора, поэтому вокруг населенных пунктов, особенно вблизи животноводческих ферм и комплексов, в местах захоронения трупов умерших людей и животных (кладбища, скотомогильники) концентрация фосфора резко повышается. Наряду с этим фосфотизацию почв отмечают в пунктах, где расположены парники и теплицы, сады, огороды, бахчи, обильно удобряемые навозом. В других регионах, особенно на полях, лугах и пастбищах, где отчуждение фосфора и других бисфилов с помощью удобрений полностью не возмещается, развивается дефосфотизация, здесь концентрация фосфора в почвах снижается.
Изменение геохимической обстановки в результате перераспределения фосфора происходит и в более обширных регионах, охватывающих территории многих государств. Экспорт-импорт продовольствия (зерна, мяса и др.) приводит к фосфотизации стран-импортеров, дефосфотизации стран-экспортеров. На круговорот фосфора в природе заметное влияние оказывает использование человеком зоо- и фитомассы, добытой им из водоемов - рек, болот, озер, морей и океанов (лов рыбы, китобойный промысел, собирание морской капусты и т. д.). Часть этих продуктов идет в пищу людей, другая - для кормления животных, третья - для удобрения сельскохозяйственных угодий. Вылов водных организмов, применение их в хозяйственной деятельности всегда служили антропогенной формой возвращения фосфора и других биофилов из водоемов на сушу. В настоящее время этот процесс усилился, так как масштабы морского промысла резко возросли. Все перечисленное способствует аккумуляции соединений фосфора в зонах густонаселенных пунктов.
Если углерод, азот и сера, превращаясь в газообразную форму, частично мигрируют в атмосферу, то с фосфором этого не происходит: он концентрируется в местах скопления органических отходов, на свалках, в пригородных полях очищения и орошения сточными водами. Это приводит к зафосфачиванию почв, а при смыве - к эвтрофированию рек и озер. Многие закрытые водоемы стран Западной Европы и Северной Америки оказались отравленными в результате накопления избыточных количеств фосфора и других биофилов.
В формировании антропогенных фосфорных геохимических неоаномалий определенную роль играет производство препаратов, содержащих фосфор, и использование их в сельском хозяйстве, индустрии и быту. Кроме фосфорных удобрений в земледелии часто применяют детергенты. Фосфорные соединения детергентов поступают в почвы, а с водами поверхностного стока - в реки, озера, моря и океаны, что способствует изменению круговорота фосфора и возникновению геохимических неоаномалий.
Среди заболеваний, связанных с изменением круговорота фосфора, широко распространена афосфорозная остеодистрофия животных, возникновение которой обусловлено дефицитом фосфора в кормах. При недостаточном поступлении фосфора в организм животных развивается гипофосфатемия. Восстановление ионного равновесия в организме, нарушенного вследствие гипофосфатемии, происходит за счет миграции ионов фосфора из костей в кровь. Наступает деминерализация костной системы, и у животных появляются признаки размягчения костей (остеомаляция), их хрупкости, ломкости (остеопороз), рассасывания последних хвостовых позвонков и даже ребер (остеолиз).
Заболевания, вызванные избытком фосфора в почвах и водах, практически не изучены. Тем не менее можно предположить, что под влиянием избытка фосфора в среде у животных нарушается фосфорный обмен и возникает остеодистрофия. При избытке фосфора в рационе развивается ацидозная (гиперфосфорозная) остеодистрофия.
Изменения круговорота калия. Калию присуща такая же биофильность, как азоту и фосфору. Круговороты фосфора и калия во многом схожи. Средняя концентрация калия в земной коре составляет 2,6%. Содержание калия в почвах разное. Богаты им почвы с мощным гумусовым горизонтом. При минерализации органических веществ растительного и животного происхождения почвенный гумус обогащается этим элементом. Очень много калия содержится в калийных месторождениях.
С развитием земледелия биотический круговорот калия, как и фосфора, заметно изменился. Ho особенно резкие изменения круговорота калия произошли в результате расширенного производства калийных удобрений и разнообразных химических продуктов, содержащих этот элемент (поташ, калия сульфат и др.).
Геохимические аномалии, связанные с изменением концентрации калия в среде, могут быть обусловлены перераспределением органического вещества внутри хозяйства или в регионе большего масштаба. С урожаем сельскохозяйственных культур и кормовых трав калий мигрирует в другие пункты сельскохозяйственной экосистемы или даже за ее пределы. Часть калия, содержащегося в урожае, потребляет население с продуктами питания, другая поступает на животноводческие фермы и комплексы в качестве кормов, третья мигрирует за пределы агробиогеоценоза (зерно, корнеклубнеплоды). Калий, содержащийся в мясе, молоке и других продуктах питания животного происхождения, отчасти использует население села, а остальная его часть уходит за пределы агробиогеоценоза, главным образом в городские экосистемы. Калий, содержащийся в пище, а затем выделившийся в форме экскрементов, переносится, как правило, на приусадебные участки в качестве удобрения. Сюда же поступает калий с навозом, полученным от животных частного сектора. Навоз из животноводческих ферм и комплексов обычно применяют для удобрения полей, коллективных садов и огородов. Внесение больших количеств навоза и минеральных калийных удобрений на поля, в сады и огороды ведет к увеличению концентрации калия в почвах. Создаются локальные геохимические неоаномалии, в которых изменяется химический состав растений. В растительных кормах увеличивается количество калия, уменьшается содержание кальция и особенно магния. При поедании пастбищного корма, содержащего избыточное количество калия, но недостаточно кальция и магния, у животных возникает гипомагниемия.
Изменения круговорота микроэлементов. Нарушение геохимических циклов йода, кобальта, меди, марганца и других микроэлементов приводит к негативным изменениям геохимической обстановки в агробиогеоценозах и возникновению эндемических болезней сельскохозяйственных животных. Круговороты микро- и макроэлементов в принципе аналогичны. В основе круговорота как микро-, так и макроэлементов лежат синтез и распад органического вещества. В природных БГЦ биотический круговорот почти замкнут, приток-отток веществ почти сбалансирован, и потому «фоновая» геохимическая обстановка более или менее стабильна. В экологических системах, не измененных человеком, биомасса растений минерализуется на месте своего образования. Хотя животные меньше привязаны к месту своего рождения, большинство аборигенов не покидает экосистему, к которой они приспособлены и которая наиболее пригодна для их обитания. Поэтому минерализация почти всей зоомассы, как и фитомассы, происходит там, где она образовалась. Продукты разложения отмерших тел растений и животных захороняются в почвы. Гумус обогащается макро- и микроэлементами, плодородие почв возрастает, увеличивается биологическая продуктивность экологических, систем. Лишь небольшая часть веществ (1-2%) из малого, биотического, круговорота мигрирует в большой, геологический, круговорот. Равномерное распределение первичной биомассы, метаболитов растений и животных, продуктов разложения их тел обеспечивало относительное постоянство геохимической обстановки в природной среде.
Аборигенные дикие растения и животные в течение длительной эволюции приспособились к условиям своего существования, и геохимическая обстановка в БГЦ, в которых они обитают, более или менее оптимальна для их жизнедеятельности. В БГЦ, преобразованных сельскохозяйственной деятельностью человека, биотический круговорот разомкнут и миграция веществ в геологический круговорот усилена. Разомкнутость, разорванность биотического круговорота химических элементов определены особенностями организации аграрных БГЦ, их структурой и функцией, той ролью, какую они выполняют в человеческом обществе. Основное предназначение аграрных БГЦ - снабжать население Земли продуктами растениеводства и животноводства. Эту задачу можно решить лишь за счет коренной перестройки потоков веществ в агробиогеоценозах, а также за их пределами. Фитомасса, выращенная на полях, в садах и огородах, используется на территории аграрного ландшафта лишь отчасти - для питания сельского населения и кормления сельскохозяйственных животных. Лишь эта относительно незначительная часть биомассы преобразуется в пределах агробиогеоценозов и возвращается в почвы в виде навоза. Макро- и микроэлементы, изъятые из почв с урожаем, не полностью возвращаются в нее с навозом. С органическими удобрениями в почвы возвращается только 1/4 химических элементов, изъятых с урожаем. Большая часть фито- и зоомассы, образованной в аграрных БГЦ, мигрирует за их пределы - в города для снабжения городского населения продуктами питания, для обеспечения нужд промышленности сырьем растительного и животного происхождения. Экспорт зерна, корнеклубнеплодов, овощей, фруктоз, молока, мяса, шерсти, других продуктов растениеводства и животноводства, производимых в деревнях и селах, сопровождается утечкой большого количества макро- и микроэлементов за пределы БГЦ. Макро- и микроэлементы, экспортируемые с продуктами растениеводства и животноводства, выключаются из биотического круговорота аграрных БГЦ. Поступая с экскрементами в канализационные системы городов, они включаются в геологический круговорот, скапливаясь в донных отложениях рек, озер, морей и океанов. Следовательно, изменение геохимической обстановки в аграрных БГЦ может быть обусловлено утечкой макро- и микроэлементов из биотического круговорота в геологический, нарушением баланса химических веществ (приток-отток). Поэтому можно считать, что одним из важных факторов, обусловливающих возникновение неоаномалий в аграрных ландшафтах, служит безвозмездный вынос микроэлементов из почв с урожаем, возрастающий с увеличением последнего. Поэтому необходим контроль за выносом микроэлементов из почв с урожаем, а также осуществление мероприятий по обогащению почв микроэлементами с помощью рационального использования микроудобрений.
Микроэлементы из почв выносятся не только при уборке сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Биотический круговорот изменяется при выпасе стад вследствие миграции микроэлементов из БГЦ с продуктами животноводства (мясом, молоком и др.). Вынос микроэлементов из почв травяных БГЦ зависит от величины стад и продолжительности их выпаса. Чем больше численность животных, чем дольше они пасутся, тем интенсивнее протекает процесс утечки микроэлементов из почв.
Утечке микроэлементов из БГЦ способствует традиционная система утилизации трупов павших животных - захоронение их в ямы Беккари. Микроэлементы, содержащиеся в трупах, на долгое время выключаются из биотического круговорота.
Следующая причина нарушения круговорота микроэлементов - широкое одностороннее применение минеральных азотных, калийных и фосфорных удобрений. При обогащении почв минеральными удобрениями подвижность микроэлементов в почве резко снижается, они становятся трудноусвояемыми или даже недоступными для растений. При увеличении доз минеральных удобрений, вносимых в почвы, уменьшается концентрация йода, кобальта и меди в кормовых растениях, что может стать причиной возникновения энзоотического зоба, гипокобальтоза, гипокупроза и других заболеваний у животных.
Другая, не менее частая, причина нарушения круговорота микроэлементов и изменения геохимической обстановки в агробиогеоценозах - химическое загрязнение окружающей среды, которое может быть обусловлено разными причинами. Одна из них - попадание в среду необычных для природы химических веществ, например пестицидов. Другой причиной загрязнения может стать привнесение в среду обычных химических веществ в необычно высоких концентрациях. Например, внесение в почву излишне высоких доз калийных удобрений, накопление в питьевой воде больших количеств соединений фтора, меди и др. И наконец, среда загрязняется в том случае, если обычные химические вещества в обычных концентрациях оказываются в необычном месте.
Различают природные и антропогенные химические загрязнения. Природные химические загрязнения возникают под влиянием естественных процессов, происходящих в природе. Например, изменение химического состава почв и других компонентов ландшафта продуктами извержения вулканов.
К антропогенным относят химические загрязнения среды, связанные с деятельностью человека. Например, изменение химического состава воздуха, вод и почв под влиянием отходов агропромышленных предприятий и др.
Под действием химических загрязнений среды изменяется геохимическая обстановка в ландшафтах, что связано с нарушением круговорота макро- и микроэлементов и возможностью возникновения макро- и микроэлементозов у животных.
Добыча полезных ископаемых и использование химических элементов в производственной деятельности. Существование человечества и развитие цивилизации тесно связаны с использованием человеком природных ресурсов. На заре своего развития человек потреблял главным образом продукты биосферы: растения и животных для получения продуктов питания, сырье для изготовления одежды и т. д. В дальнейшем люди стали использовать продукты литосферы для изготовления орудий труда. С развитием промышленности применение продуктов литосферы резко возросло: повысились темпы добычи железной руды, цветных металлов и т. д. В сферу человеческой деятельности вовлекалось все больше химических элементов. Используемые человеком элементы неизбежно включаются в геохимические циклы и так или иначе влияют на живую и неживую природу.
Загрязнение среды усилилось в результате действия многообразных, взаимосвязанных между собой факторов: обширных нарушений почвенного покрова при открытых разработках, бурения шахт и скважин, изъятия из недр Земли разнообразных материалов, образования терриконов из пустой породы. На деградированных почвах изменяется геохимическая обстановка, и риск возникновения эндемических болезней растений, животных и человека резко возрастает. В местах урановых рудников существует возможность лучевых поражений животных и человека. Человечество извлекает из недр Земли больше химических элементов, чем вся растительность суши. Так, ежегодно из недр добывается больше, чем вовлекается в биологический круговорот на суше за это же время: кадмия - более чем в 160 раз, ртути - в 110, свинца - в 35, мышьяка, фтора - в 15, урана - в 6, олова - в 5, меди - в 4, молибдена - более чем в 3 раза. Химические элементы, изъятые из недр Земли, рассеиваются, вовлекаются в геохимические циклы. Загрязнение среды макро- и микроэлементами приводит к образованию геохимических неоаномалий и возникновению эндемических болезней животных (растений, человека).
Загрязнение среды химическими веществами, переносимыми воздухом. Газообразные загрязнители, поступающие в атмосферу, могут иметь природное (естественное) и антропогенное происхождение. К природным источникам загрязнения относят вулканы (газы), почву (пылевые частицы), космос (космическая пыль).
Газы, водяные пары и аэрозоли, тонкодисперсные материалы вулканических извержений, мельчайшие частицы, поступающие из космоса, пыль, поднятая с поверхности суши, бактерии, споры, пыльца растений, фитонциды, другие летучие продукты жизнедеятельности и разложения организмов, перемещаясь с воздушными течениями, оседают на поверхности суши и водоемов и включаются в биотический круговорот. Они поглощаются растениями и животными, поступают в пищевые цепи и, таким образом, существенно влияют на живую природу. Считают, что естественный аэрозольный фон оказывает положительное влияние на жизнь на Земле, так как в процессе длительной эволюции растительный и животный мир приспособился к природным концентрациям аэрозолей в атмосфере. Наличие распыленных веществ в воздушной среде совершенно необходимо для жизнедеятельности растений и животных.
Современное земледелие, промышленность, транспорт образуют дополнительные массы газов, пыли, сажи, золы, других летучих веществ, загрязняющих атмосферу. При сжигании угля, нефти и других источников энергии выделяются двуокись серы и окись азота. Попадая в атмосферу, они вступают в реакцию с водой и кислородом, образуя азотную и серную кислоты. Кислотные осадки выпадают в виде дождя, снега, тумана или сухих частиц. Загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу, могут переноситься воздушными потоками на большие расстояния, на сотни и тысячи километров. Часто они мигрируют за пределы той страны, в которой образовались.
Источником химического загрязнения окружающей среды является не только промышленность, но и современное сельское хозяйство. Неэкологичное применение пестицидов, минеральных удобрений может стать причиной резких изменений геохимической обстановки в агробиогеоценозах.
Пыле- и газообразные химические соединения сначала загрязняют атмосферу, а затем рано или поздно оседают на поверхность Земли. Загрязняются почвы, растительные и животные организмы. Образуются геохимические неоаномалии.
Во многих странах мира вокруг цементных заводов отмечено загрязнение окружающей среды цементной пылью, которая, попадая в атмосферу, с потоками воздуха распространяется на расстояние 4-5 км от источника загрязнения. Цементную пыль считают нетоксичной, тем не менее она содержит серу, фтор, железо, цинк, марганец, свинец, медь, хром, кобальт и другие элементы. В случае загрязнения среды цементной пылью образуются геохимические аномалии и возникают эндемические болезни животных.
В формировании геохимических неоаномалий немаловажную роль играет «промышленная» пыль, образующаяся при сжигании горючих ископаемых и заводской обработке металлов.
«Металлическая» пыль по своему химическому составу разнообразна. Она нередко содержит тяжелые металлы, загрязняющие среду (медь, цинк, свинец).
Вокруг промышленных предприятий по изготовлению стекла и керамики, алюминиевых заводов, комбинатов по производству минеральных фосфорных удобрений в атмосферу выбрасывается пыль, содержащая большое количество фтора. Газообразные соединения фтора, выпадая на поверхность Земли, загрязняют почвенный покров, флору и фауну. Отрицательное влияние фтора на растительность наблюдали в радиусе 3,5 км от источника загрязнения. В геохимических неоаномалиях, характеризующихся увеличением содержания фтора в среде, выявляли случаи массового заболевания животных (и людей) флюорозом.
В возникновении геохимических неоаномалий немалую роль играет загрязнение среды выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания автомашин. Основной загрязнитель среды - свинец (продукт сгорания бензина). Геохимические неоаномалии, обусловленные загрязнением почв выхлопными газами автомобилей, формируются вдоль шоссейных дорог. Ширина лентообразных геохимических неоаномалий и загрязненность почвы свинцом во многом зависят от плотности движения автомашин по шоссе. Чем выше плотность движения автомашин, тем шире полоса неоаномалий и тем выше концентрация свинца в почве. В растениях свинец концентрируется в большей мере, чем в почвах. Скармливание растительной массы, загрязненной свинцом, может стать причиной свинцового токсикоза у животных.
Биогеохимия питьевой воды. Для водопоя животных пригодна только пресная вода. Геохимические свойства пресных вод неодинаковы. В мягких водах минеральных солей меньше, чем в жестких. В тундре и тайге воды чаще мягкие, а в степях, полупустынях и пустынях - жесткие. Геохимические свойства вод зависят не только от типа ландшафтов, но и от других факторов - химизма материнских пород и т. д. Поэтому в разных пунктах одного и того же ландшафта пресные воды могут различаться по содержанию кальция, йода и других химических элементов. Геохимические особенности пресных вод влияют на состояние животных, их продуктивность, воспроизводительную способность, устойчивость или, наоборот, восприимчивость к заболеваниям. При длительном поении животных водой со слишком высоким или, наоборот, слишком низким содержанием фтора, других химических элементов у животных могут возникать
При дефиците фтора в воде зарегистрированы случаи энзоотии кариеса зубов. Описаны энзоотии флюороза, обусловленные высоким содержанием фтора в воде артезианских колодцев. Поение животных водой, содержащей избыток фтора, привело к снижению их продуктивности. У заболевших животных наблюдали признаки остеомаляции, остеопороза, остеолиза. У больных животных нарушался обмен веществ, деятельность сердца и других органов. Потребление колодезной воды, дефицитной по содержанию йода, служит причиной возникновения энзоотического зоба у крупного рогатого скота.
Геохимические свойства питьевой воды изменяются под влиянием не только природных, но и антропогенных факторов. Как поверхностные, так и глубинные (колодезные) воды, загрязненные химическими веществами, могут стать причиной геохимических энзоотии и токсикозов животных.
К изменению геохимической обстановки в БГЦ и заболеваниям животных может привести использование загрязненных речных, озерных и колодезных вод для полива и орошения. В таких случаях изменяется химический состав почв и произрастающих на них растений. Изменяются геохимические пищевые цепи, и у животных развиваются эндемические болезни.Пороговые концентрации химических элементов в среде. Химические элементы - компоненты окружающей среды - относятся к экологическим факторам, так или иначе влияющим на жизнедеятельность животных, их продуктивность, воспроизводительную способность, устойчивость или, наоборот, восприимчивость к заболеваниям. Этиологическое воздействие геохимических экологических факторов на животных зависит от ряда условий, в основном от интенсивности (дозы) геохимического фактора и состояния организма животных.
Комментариев нет:
Отправить комментарий