Перспективы биосферной энергии

За сотни миллионов лет природа выработала весьма высокую устойчивость, лабильность и мощную силу восстановления различных ландшафтов. В этом нетрудно убедиться: если человек сильно разрушает какие-то ландшафты, а затем оставляет их в покое, то в течение ближайших 8−10 лет мы начинаем отмечать весьма явные признаки возрождения и развития отдельных систем. Эти процессы весьма четко проявляются при восстановлении луговых и лесных систем в районе Чернобыля, при прокладке газопровода «Голубой поток» в районе Геленджика и др. Такие примеры мы находим в горных районах, где прокладывались с хозяйственными целями бетонированные дороги и другие сооружения. Мощным фактором разрушения создаваемых человеком объектов являются растения, животные, микрои мезофауна, бактерии, грибы, актиномицеты, одноклеточные водоросли [5, 11, 13]. Это указывает на то, что если человек не будет вмешиваться в природные процессы, то, как правило, довольно скоро можно отметить самовосстановление систем, хотя уже на новом уровне, что связано с изменением, прежде всего, гидрологического режима отдельных бассейнов и усилением эрозионных процессов, а также с изменением реакции почвенного раствора, режима формирования и трансформации органического вещества и т. д. [2, 4, 7, 8, 9, 23]. В результате таких изменений происходит нередко «выпадение» из фитоценозов отдельных пород деревьев, кустарников, травяного покрова и формирование новых сообществ растений и животных [16, 19, 20].

Эти примеры указывают на то, что биосфера и её региональные составляющие накопили за много лет мощный запас резервной энергии, обеспечивающей высокую устойчивость и способность формировать системы с новыми возможностями развития по разным направлениям в зависимости от потерянных мощностей — материальных, энергетических, физических, химических, биологических [25, 26, 27].

Если будет продолжаться современный разбойничий вариант использования природы, то в течение ближайших сотен лет человечество столкнется с весьма непредсказуемыми изменениями, что приведет к ухудшению среды обитания, непригодной для существования самого человека, который не способен будет за весьма короткий срок кардинально эволюционировать. Мы имеем пока примеры регионального масштаба: преобразование ландшафтных систем с богатым в прошлом видовым составом растений и животных в междуречье Тигра и Евфрата, в период расцвета Римской Империи в IV и V веках до нашей эры на территории Северной Африки и т. д.

В настоящее время сила воздействия человека на природу во много раз выше, чем в те далекие исторические эпохи, и потому гораздо вероятнее перспективы опустынивания сначала огромных территориальных ландшафтов (например, занятых земледелием), лесных массивов, испытывающих сильное давление пожаров и выбросов промышленных предприятий, а затем и в целом биосферных объектов [3].

Человек влияет на природу путем прямой эксплуатации своей продукции (самолеты в воздухе, корабли в океане, трактора, комбайны на суше и т. д.), а также сбросы загрязненных вод в речные и морские системы, выбросы различных весьма реактивных газов в атмосферу, загрязнение почвы жидкими и твердыми бытовыми и промышленными отходами, а также поступлением оседающих на неё осадков газовых выбросов с дождями [3, 5, 6, 8, 12].

«Испорченная» человеком природа, накопившая массу загрязнителей, может быть улучшена через подготовку и использование сложных компостов, которые включают до 8−10 и больше видов отходов промышленного, сельскохозяйственного, бытового и природного происхождения. Разнообразие различных отходов, производимых сельским хозяйством, включая отдельные виды газообразных выделений, твердого и жидкого навоза (КРС, свиней, куриного помета), отходы растениеводческой продукции (солома пшеницы, стебли кукурузы и подсолнечника, листья и нестандартные отходы сахарной свеклы и других корнеплодов, овощей, выжимки плодов и т. д.), очень велико и представлено органическими соединениями [9, 10, 18, 21].

Твердые и жидкие минеральные отходы переработки природного сырья (фосфогипс, галиты, известковая мука, сильвиниты и др.) являются важными поставщиками богатой палитры минеральных элементов. Серьезной проблемой является утилизация отходов быта в виде сточных вод и пастообразных осадков, включающих значительное число органических и минеральных веществ, многие из которых являются опасными загрязнителями и количество которых необходимо основательно снижать. Природные отходы имеют в основном органическое происхождение (плоды, опад листьев, ветки кустарников, ветошь трав), а также представлены минеральными материалами разрушения горных пород, осыпей, обвалов и т. д.

Структура составляющих сложного компоста на основе включения и использования разнообразных отходов зависит от количества ионов кальция и магния, содержания органических веществ, кислотности раствора и т. д. и делится на мелкозернистую (минеральные коллоиды разбросаны и не связаны друг с другом) и комковатую (коллоиды соединены в сравнительно стойкие агрегаты). Комковатый компост превосходит мелкозернистый: хорошо пропускает влагу, не допускает застоя воды и лучше обеспечен воздухом. Состав и структура сложного компоста в значительной степени определяют видовой и популяционный состав живых организмов в нём и прежде всего бактерий, грибов, актиномицетов, одноклеточных водорослей [24, 31].

Кальций усиливает водопотребление компоста, определяет прочность его структурных агрегатов, образуемых органическими и минеральными коллоидами, и снижает токсическое действие солей тяжелых металлов. Его источником в сложном компосте может быть фосфогипс, доломит, мел, известковая мука и другие минералы.

Оригинальный подход к созданию весьма эффективной оценки капиллярно-сорбционного потенциала почв и грунтов как функции от влажности с использованием гидрогелей разработан профессором МГУ А. В. Смагиным (2009; 2011) с сотрудниками [30]. Вопросы научного обоснования и практические аспекты реализации конструирования почв обобщены в фундаментальной работе А. В. Смагина 2012 г.

Сложные компосты, предназначенные для рекультивации почв и представляющие собой искусственное создание комплексных смесей разнообразных отходов, определяют обогащение верхнего слоя почвы органическими и минеральными дисперсными и коллоидными системами и совершенствуют его экологические функции, что является важным направлением в развитии практической экологии и земледелия.

Одним из важных этапов создания сложных компостов является подбор основных видов отходов — до 8−10 и больше. От того, насколько удачно будут учтены особенности сопряжения в целом тех или иных отходов, определится успешность выполнения поставленной задачи. Весьма ответственным этапом в подготовке сложных компостов является развитие их микробных сообществ. В сложном компосте биологическую основу его развития определяет именно поведение прокариотных сообществ, а физико-химическую — комбинирование обменных реакций органических и химических соединений, выделение ППК общего компоста, а также другие формы комбинаторных процессов. Рассмотрим проблемы развития различных сообществ, а также их влияние на изменение физических и химических основ сложного компоста [19, 23] .