Антропогенные факторы классификация: Классификации антропогенных факторов

Классификации антропогенных факторов

Введение

Человек в процессе жизнедеятельности непрерывно взаимодействует со средой обитания, со всем многообразием факторов, характеризующих среду.

Антропогенные факторы, возникающие в процессе жизнедеятельности, воздействуют как на окружающую среду, так и на самого человека. Негативное влияние человека на свое собственное здоровье огромно.

Актуальность темы продиктована временем: активизация хозяйственно-производственной деятельности человека и глобальные масштабы ее антропогенного воздействия на главные составляющие биосферы создают ситуацию острого экологического кризиса, обусловленную деградацией объектов окружающей среды.

Цель работы – рассмотреть антропогенные факторы, их виды, источники и уровни их влияния на здоровье человека.

В последние десятилетия действие антропогенных факторов резко возросло.

Антропогенные факторы- факторы среды, связанные с деятельностью человека и оказывающие влияние на живые организмы. Эти факторы наиболее значимы по своим масштабам и характеру

Антропогенные факторы могут быть как положительные, так и отрицательные.

Положительное воздействие проявляется в разумном преобразовании природы — посадке лесов, парков, садов, создании и разведении сортов растений и пород животных, создании искусственных водохранилищ, заповедников, заказников и т. д. Однако с ростом численности населения на Земле непрерывно увеличиваются площади преобразуемых участков поверхности, исчезают или меняют свой прежний вид многие ландшафты. Так, вырубаются лесные массивы, высыхают вековые болота, превращаются в каскад водохранилищ полноводные реки (Волга, Днепр, Ангара и др.), активизируется эксплуатация природных ресурсов Мирового океана и суши. Человек выбрасывает в природную среду огромное количество производственных и бытовых отходов. В мире ежегодно добывается более 4 млрд тонн нефти и природного газа, свыше 2 млрд тонн угля, почти 20 млрд тонн горной массы в виде руды и сопутствующих горных пород. Продукты их переработки попадают в воздух, почву, воду. Только в атмосферу выбрасывается около 22 млрд тонн углекислого газа.

Человек ежегодно извлекает из земных недр более 100 млрд. т. полезных ископаемых, выплавляет 800 млн. т. различных металлов, рассеивает на полях более 500 млн. т. минеральных удобрений. Ежегодно сжигается около 9 млрд. т. условного топлива, что приводит к выбросу в окружающую среду более 200 млн. т. углекислого газа и более 700 млн. т. других соединений. Общие невозвратные потери земельных ресурсов в мире за весь исторический период достигли 20 млн. км2 (больше чем площадь современной пашни планеты), ежегодно теряется 5–7 млн. гектаров разных земель.

Каждый человек в год потребляет 2 т. продуктов (как продовольственных, так и промышленных), для изготовления которых расходуется 20 т. сырья. Следовательно, 18 т. уходит в отходы, загрязняющие биосферу.

Разработка новых материалов и технологий сопровождается выбросом в окружающую среду соединений, которые ранее в естественной среде не существовали. Все это, безусловно, оказывает негативное влияние на состояние биосферы.

1. Общий характер процессов антропогенного воздействия, предопределяемый формами человеческой деятельности: 1) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов; 2) изъятие природных ресурсов; 3) загрязнение окружающей среды.

2. Материально-энергетическая природа воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, радиоактивные, акустические), физико-химические, химические, биологические, их различные сочетания.

3. Категории объектов воздействия: природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, животный мир, водные объекты атмосферы, микросреда и микроклимат обитания, люди и другие реципиенты.

4. Количественные характеристики воздействия: пространственные масштабы (глобальные, региональные, локальные), единичность и множественность, сила воздействий и степень их опасности (интенсивность факторов и эффектов, характеристики типа «доза— эффект», пороговость, допустимость по нормативным экологическим и санитарно-гигиеническим критериям, степень риска и т. п.).

5. Временные параметры и различия воздействий по характеру наступающих изменений: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, вызывающие цепные реакции, обратимые и необратимые и т. д. С последними категориями классификации связано еще деление всех антропогенных изменений на преднамеренные и непреднамеренные, попутные, побочные. Преднамеренные преобразования: освоение земель под посевы или многолетние насаждения, сооружение водохранилищ, каналов и оросительных систем, строительство городов, промышленных предприятий и путей сообщения, рытье котлованов, разрезов, шахт и бурение скважин для добычи полезных ископаемых, осушение болот и т. д. К непреднамеренным изменениям относят: загрязнение окружающей среды, изменения газового состава атмосферы, изменения климата, кислотные дожди, ускорение коррозии металлов, образование фотохимических туманов (смогов), нарушение озонового слоя, развитие эрозионных процессов, наступление пустыни, экологические катастрофы в результате крупных аварий, обеднение видового состава биоценозов, развитие экологической патологии у населения и т. п. На первый план выступают непреднамеренные экологические изменения не только по той причине, что многие из них очень значительны и важны, а также и потому, что они хуже контролируются и чреваты непредвиденными эффектами.(5)

Современная экологическая ситуация на Земле

В начале 90-х гг. объем остаточных продуктов производства и потребления в мире, включая загрязнители атмосферы твердые и органические отходы, достиг 40 млрд. тонн. На планете распространено свыше 4 млн. хим. соединений, из которых токсичность действия изучена только в отношении 40 тыс. а влияние других не исследовано. В мире расходуется объем чистой воды, равный 40% годового стока рек. При таких темпах водопотребления в ближайшее время все мировые ресурсы пресной воды могут быть исчерпаны. Объем атмосферного кислорода уменьшается на 10 млрд. тонн в год, что может создать в середине нашего века ряд опасных проблем.

Основными источниками очагов загрязнения атмосферы являются газопылевые выбросы предприятий химической, металлургической и машиностроительной промышленности, тепловых электростанций и машин. Эти загрязнения наиболее характерны для городов, промышленных районов и автомагистралей.

При взаимодействии загрязнителей и кислорода воздуха под действием ультрафиолетового излучения образуется токсичный туман, называемый фотохимическим смогом. Он особенно опасен для здоровья людей в периоды температурных инверсий.

В США было установлено, что более 25% всех регистрируемых заболеваний в городах являются следствием загрязнения воздуха. Над крупными городами и агломерациями наблюдается локальное тепловое загрязнение атмосферы. Температура городского воздуха на 1-6°С выше, причем тепловой поток распространяется на высоту в несколько км.

Интенсивность запыления воздуха городов косвенно характеризуется следующими цифрами: если в 100-150 км от города оседание пыли составляет от 5 до 15 кг на км­² в сутки, то на территории городов оно 1000-2000 кг/км

2 в сутки.

Самые распространенные вещества, загрязняющие атмосферу:

• СО (оксид углерода)

• SO₂ (диоксид серы)

• NO_x (оксиды азота)

• C_nH_m (углеводороды)

• пыль

Максимальная концентрация вредных веществ, не оказывающая вредного влияния на здоровье и потомство – это ПДК (предельно допустимая концентрация)

ПДК – это максимальная концентрация примесей в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни не оказывает вредного действия, включая отдаленные последствия и на окр. среду в целом.

ПДК загрязняющих веществ в атмосфере населенных пунктов регламентированы списком Минздрава и дополнениями к нему, в соответствии с которым установлены класс опасности вещества, допустимая максимальная разовая и среднесуточная концентрация примесей.(1)

По степени воздействия на организм вредные вещества делятся на 4 класса:

1. Чрезвычайно опасные: ртуть, хлор

2. Высоко опасные: двуокись азота, анилин, фурфурол, хлорофос

3. Умеренно опасные: бензол, толуол, сернистый ангидрид

4. Мало опасные: ацетон, бензин, алюминий, окись железа

Максимально разовое ПДК – это характеристика для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и др. влияния вещества на организм.

Для вредных веществ, ПДК которых не утверждены Минздравом, определены ориентировочные безопасные уровни вредности (ОБУВ) в атмосфере населенных пунктов. ОБУВ утверждаются сроком на 3 года.

В соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого источника загрязнения атмосферы устанавливается ПДВ (предельно допустимый выброс) вредных веществ из условия, что совокупный выброс вредных веществ в атмосферу не создаст приземную концентрация (концентрация примеси в атмосфере, измеренная на высоте 1,5-2,5 м от поверхности земли) , превышающую ПДК для населения, растительного и животного мира.

Антропогенные факторы окружающей среды – примеры, влияние, виды

Человек – венец эволюции, с этим уже никто не спорит, но в то же время, люди как никакие другие представители фауны, осуществляют непоправимое влияние на окружающую среду. Причем деятельность человека в большинстве случаев носит исключительно негативный, катастрофический характер. Именно влияние человека на природу принято называть антропогенным фактором.

Проблемы, связанные с влиянием антропогенного фактора

Постоянная эволюция человечества и его развитие, привносит в мир все новые изменения. Из-за жизнедеятельности людского сообщества, планета непрерывно движется к экологической катастрофе. Всемирное потепление, озоновые дыры, вымирание многих видов животных и исчезновение растений зачастую связаны именно с влиянием человеческого фактора. По подсчетам ученых, в связи с непрерывным приростом населения, со временем, последствия деятельности людей все больше будут отражаться на окружающем мире и если не принять необходимых мер, именно Homo sapiens может стать причинной гибели всего живого на планете.

Классификация антропогенных факторов

В ходе своей жизнедеятельности, человек преднамеренно, или не нарочно, постоянно, так или иначе, вмешивается в окружающий его мир. Все виды такого вмешательства подразделяются на следующие антропогенные факторы воздействия:

• косвенные;
• прямые;
• комплексные.

Прямые факторы воздействия – это непродолжительная деятельность человека, способная повлиять на природу. Сюда можно отнести вырубку лесов ради постройки транспортных путей, высушивание рек и озер, затопление отдельных участков земли ради постройки ГЕС и т.д.

Косвенные факторы – это вмешательство, которое носит более продолжительный характер, но его вред менее заметен и ощущается только со временем: развитие промышленности и последующий смог, радиация, загрязнение грунтов и вод.

Комплексные факторы – это сочетание первых двух факторов, которые сообща осуществляют негативное влияние на окружающую среду. Например: изменение ландшафта и расширение городов приводит к исчезновению многих видов млекопитающих.

Категории антропогенных факторов

В свою очередь, каждое долгосрочное или краткосрочное влияние людей на окружающую природу можно поделить на следующие категории:

• физические:
• биологические;
• социальные.

Физические факторы, связаны с развитием автостроения, авиастроения, железнодорожного транспорта, атомных электростанций, ракетостроения и выхода человека в космос приводят к постоянному сотрясению земной поверхности, что не может не отражаться на окружающей фауне.

Биологические факторы – это развитие сельского хозяйства, модификация существующих видов растений и улучшением пород животных, выведение новых видов, в тоже время, появление новых видов бактерий и болезней, способных негативно влиять на растительный или животный мир.

Социальные факторы – взаимоотношения внутри вида: влияние людей друг на друга и на мир в целом. Сюда можно отнести перенаселенность, войны, политику.

Пути решения возникающих проблем

На данном этапе своего развития, человечество все больше задумывается о негативном влиянии своей деятельности на природу и угрозы связанные с этим. Уже сейчас делаются первые шаги к решению возникших проблем: переход на альтернативные виды энергии, создание заповедников, утилизация отходов жизнедеятельности, решение конфликтов мирным путем. Но всех вышеперечисленных мер крайне мало для видимого результата, поэтому людям предстоит переосмыслить свое отношение к природе и планете и найти новые пути решения как уже возникших, в ходе человеческой деятельности проблем, так и предупреждения их негативного влияния в будущем.

Антропогенные экологические факторы

Экологические факторы среды по происхождению подразделяются на: 1. Биотические. 2. Абиотические.  3. Антропогенные.   Изменения природной среды, произошедшие в результате хозяйственной и другой деятельности человека, обусловлены антропогенными факторами. Пытаясь переделать природу, с целью приспособить ее к своим нуждам, человек трансформирует естественную среду обитания живых организмов, оказывая влияние и на их жизнь.   К антропогенным факторам относятся такие виды: 1. Химические. 2. Физические. 3. Биологические. 4. Социальные. Химические антропогенные факторы включают применение минеральных удобрений и ядовитых химических веществ для обработки полей, а также загрязнение всех земных оболочек транспортными и промышленными отходами. К физическим факторам можно отнести использование ядерной энергии, повышение уровня шума и вибрации в результате деятельности человека, в частности при использовании разнообразных средств передвижения. Биологические факторы – это продукты питания. К ним также относятся организмы, которые могут обитать в теле человека или те, для которых человек потенциально является пищей. Социальные факторы определяются совместным существованием людей в обществе и их взаимоотношениями. Влияние человека на окружающую среду может быть прямым, косвенным и комплексным. Прямое влияние антропогенных факторов осуществляется при сильном непродолжительном воздействии какого-либо из них. Например, при обустройстве автомобильной магистрали или укладке железнодрожных путей через лес, сезонной промысловой охоте в определенной местности, т.д. Косвенное воздействие проявляется изменением природных ландшафтов при хозяйственной деятельности человека небольшой интенсивности в течение длительного периода времени. При этом подвергается воздействию климат, физический и химический состав водоемов, изменяется структура почв, строение поверхности Земли, состав фауны и флоры. Это происходит, к примеру, при строительстве металлургического комбината рядом с железной дорогой без применения необходимых очистных сооружений, что влечет загрязнение окружающей природы жидкими и газообразными отходами. В дальнейшем деревья на близлежащей территории погибают, животным грозит отравление тяжелыми металлами, т.д. Комплексное воздействие прямых и косвенных факторов влечет постепенное появление выраженных изменений окружающей среды, что может быть обусловлено быстрым ростом населения, увеличением поголовья скота и животных, обитающих рядом с жильем человека (крыс, тараканов, ворон, т.д.), распашкой новых земель, попаданием вредных примесей в водоемы, т.д. В такой ситуации в измененном ландшафте могут выжить лишь те живые организмы, которые способны приспособиться к новым условиям существования. В ХХ и Х1 веках антропогенные факторы приобрели огромное значение в изменении климатических условий, строении почв и состава атмосферного воздуха, соленых и пресных водоемов, в уменьшении площади лесов, вымирании многих представителей растительного и животного мира. Похожие статьи: 1. Экологические факторы среды 2. Абиотические факторы 3. Биотические факторы

Антропогенные факторы окружающей среды — примеры, влияние и краткая характеристика

Автор Nat WorldВремя чтения 4 мин.Просмотры 3.1k.Опубликовано 2019-08-12Обновлено 2020-12-04

Человек, являясь неотъемлемой частью природы, постоянно так или иначе воздействует на неё. И далеко не всегда его хозяйственная деятельность благоприятно сказывается на окружающей среде. Загрязнение рек, уничтожение мест обитания животных, истребление редких видов — это лишь малая часть негативных последствий антропогенных влияний на природу. Но существуют и положительные примеры. Расскажем подробнее об основных антропогенных факторах и их воздействии на живой мир нашей планеты.

Типы антропогенных воздействий

Человек как самостоятельный живой организм постоянно взаимодействует с окружающей средой, обмениваясь с ней веществом и энергией через дыхание, питание, выделение и т. д. Кроме того, его активная хозяйственная деятельность напрямую либо косвенно влияет на все живое вокруг, воздействуя непосредственно на конкретный живой организм или изменяя среду его обитания.

Прямое воздействие человека выражается в потреблении животных и растений в пищу, разведении их для различных целей, расселении организмов, а также в разрушении естественных биогеоценозов (при строительстве дорог, добыче полезных ископаемых) и создании искусственных экосистем (парков, скверов, полей).

Косвенное, то есть непреднамеренное влияние человека на природу происходит путем изменения среды обитания организмов. Строительство водохранилищ приводит к изменению режима рек, многократная распашка земель — к эрозии почв и опустыниванию, загрязнение воздуха выхлопными газами — к отравлению животных и растений, обитающих рядом с дорогами и т.д.

Комплексное воздействие людей на живую природу сочетает в себе прямые и косвенные факторы. В результате такого влияния окружающая среда медленно, но существенно изменяется. Например, при расширении границ населенных пунктов происходит вырубка лесов, в результате чего лесные виды животных с измененных людьми территорий исчезают, на их место приходят городские виды: вороны, крысы, домашние собаки, кошки и т. д.

Виды антропогенных влияний

Все антропогенные факторы делят на физические, химические, биологические и социальные.

Физические воздействия на живые организмы происходят в результате активной человеческой деятельности. К ним относятся:

• Использование человеком атомной энергии, приводящее к повышению интенсивности ионизирующего излучения.
• Эксплуатация всевозможных электрических приборов, создающих вокруг себя электрические и магнитные поля.
• Создание источников шума: рев двигателей автомобилей и мотоциклов, шум от железнодорожного и авиатранспорта, грохот на промышленных предприятиях и т.д.

Химическое воздействие человек оказывает:

• применяя всевозможные химикаты и яды в сельском хозяйстве, на производстве и в быту;
• загрязняя почву, воду и воздух промышленными отходами, выхлопными газами, токсичным мусором;
• употребляя алкоголь, табак, наркотики, лекарственные средства синтетического происхождения и т.д.

Биологические факторы — это воздействие человека на окружающую среду при производстве продуктов питания (ведение сельского хозяйства), а также влияние на организмы, для которых сам человек является средой обитания и источником пищи (бактерии, вирусы, паразиты).

Социальное воздействие людей на природу связано с их жизнью в обществе. Взаимоотношения между странами, военные конфликты и даже договорённости с соседями по даче могут оказать существенное влияние как на жизнедеятельность небольшой группы организмов, так и на целую экосистему.

Отрицательные последствия антропогенных факторов

Воздействие человека на природу носит по большей части деструктивный характер. Именно люди стали причиной исчезновения многих видов животных и растений, истребляя их целенаправленно или разрушая привычные им места обитания. Примером таких воздействий может служить полное исчезновение с лица Земли камерунского подвида чёрного носорога, ставшего жертвой браконьеров из-за своих рогов. Этот подвид объявили вымершим не так давно — в 2011 г.

Кроме того, активная хозяйственная деятельность человека угрожает уже не только отдельным уязвимым видам животных и растений, но и всему живому на нашей планете. Вырубка лесов, осушение болот, извлечение невосполнимых природных ресурсов, загрязнение окружающей среды токсичными веществами, парниковый эффект, кислотные дожди и прочие негативные антропогенные факторы нарушают экологическое равновесие, лишая живую природу механизмов саморегуляции.

Положительные последствия антропогенных факторов

Воздействие человека на природу может иметь и положительные стороны. Разумное природопользование и бережное отношение к окружающей среде способствуют сохранению видового разнообразия живых существ. Такие меры, как лесомелиорация и преднамеренная интродукция растений позволяют восстановить разрушенные по каким-либо причинам ландшафты. Разработка охранных мероприятий, создание заповедников, заказников и национальных парков помогают сохранять уникальную флору и фауну, а селекция и дальнейшее разведение животных и растений приводят к возникновению видов, способных выживать в изменяющихся условиях окружающей среды. Примером удачного скрещивания разных видов животных является появление на Земле зубробизона — гибрида зубра и американского бизона. Представители нового вида дают плодовитое потомство как при скрещивании между собой, так и с представителями исходных видов.

Забота о природе, понимание важности сохранения её богатства, восстановление естественных экосистем и прочие природоохранные мероприятия позволят снизить негативный эффект антропогенного воздействия на окружающую среду и сохранить нашу планету для будущих поколений.

Мне нравится1Не нравится

Не все нашли? Используйте поиск по сайту ↓

Классификация антропогенных воздействий — Степановских А.С. Экология. Учебник для вузов

А.С. Степановских
Экология. Учебник для вузов
М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 703 с.

13.5. Классификация антропогенных воздействий

На интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею состояние окружающей среды в современную эпоху объективно влияют две группы факторов: первая — научно-техническая революция (НТР) и ее проявление в производственной деятельности человеческого общества, вторая — демографические факторы (рост численности населения, урбанизация). Обе группы факторов взаимообусловлены. С одной стороны, достижение НТР в ходе производственной деятельности реализуются людьми, одновременно выступающими и творцами научно-технического прогресса (НТП). С другой стороны, достижения НТР объективно влияют на увеличение численности народонаселения благодаря росту производства продуктов питания и снижения смертности.

Принципиальная схема взаимодействия основных факторов в системе «общество — окружающая среда» по В.Ф. Протасову, А.В. Молчанову (1995) состоит из двух подсистем (рис. 13.19).

В социально-экономической подсистеме анализируется влияние научно-технической революции на развитие и территориальное размещение производительных сил с учетом демографических факторов, в том числе и урбанизации.

В природно-ресурсной подсистеме определяется влияние развития производительных сил на количественное и тесно связанное с ним качественное истощение природных ресурсов различных видов. Количественное истощение природных ресурсов связано с уменьшением их общих запасов из-за высоких темпов расходования, а качественное истощение — с поступлением в окружающую среду (атмосфера, вода, почвенный и растительный покровы) веществ — загрязнителей биосферы. Для минерально-сырьевых ресурсов качественное истощение связывается со снижением их промышленных кондиций.

            

 

Рис. 13.19. Взаимодействие основных факторов в системе

«общество — окружающая среда» (по В. Ф. Протасову,

Д. В. Молчанову, 1995)

Антропогенные воздействия на экосферу и среду обитания людей Т. А. Акимовой, В. В. Хаскиным (1994) подразделены по следующим категориям.

1. Общий характер процессов антропогенного воздействия, предопределяемый формами человеческой деятельности: 1) изменение ландшафтов и целостности природных комплексов; 2) изъятие природных ресурсов; 3) загрязнение окружающей среды.

2. Материально-энергетическая природа воздействий: механические, физические (тепловые, электромагнитные, радиационные, радиоактивные, акустические), физико-химические, химические, биологические, факторы и агенты, их различные сочетания.

3. Категории объектов воздействия: природные ландшафтные комплексы, поверхность земли, почва, недра, растительность, животный мир, водные объекты атмосферы, микросреда и микроклимат обитания, люди и другие реципиенты.

4. Количественные характеристики воздействия: пространственные масштабы (глобальные, региональные, локальные), единичность и множественность, сила воздействий и степень их опасности (интенсивность факторов и эффектов, характеристики типа «доза— эффект», пороговость, допустимость по нормативным экологическим и санитарно-гигиеническим критериям, степень риска и т. п.).

5. Временные параметры и различия воздействий по характеру наступающих изменений: кратковременные и длительные, стойкие и нестойкие, прямые и опосредованные, обладающие выраженными или скрытыми следовыми эффектами, вызывающие цепные реакции, обратимые и необратимые и т. д.

С последними категориями классификации связано еще деление всех антропогенных изменений на преднамеренные и непреднамеренные, попутные, побочные.

Преднамеренные преобразования: освоение земель под посевы или многолетние насаждения, сооружение водохранилищ, каналов и оросительных систем, строительство городов, промышленных предприятий и путей сообщения, рытье котлованов, разрезов, шахт и бурение скважин для добычи полезных ископаемых, осушение болот и т. д. К непреднамеренным изменениям относят: загрязнение окружающей среды, изменения газового состава атмосферы, изменения климата, кислотные дожди, ускорение коррозии металлов, образование фотохимических туманов (смогов), нарушение озонового слоя, развитие эрозионных процессов, наступление пустыни, экологические катастрофы в результате крупных аварий, обеднение видового состава биоценозов, развитие экологической патологии у населения и т. п. На первый план выступают непреднамеренные экологические изменения не только по той причине, что многие из них очень значительны и важны, а также и потому, что они хуже контролируются и чреваты непредвиденными эффектами.

 

Влияние антропогенных факторов окружающей среды на человека в современных условиях Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УГРОЗЫ И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕЛЬСКОГО НАСЕЛЕНИЯ

УДК: 331.4

ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА ЧЕЛОВЕКА В

СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ

Л. А. Тенетилова, аспирант ФГБОУ ВО Орловский ГАУ E-mail: [email protected]

Аннотация. В статье рассмотрены антропогенные факторы, воздействующие на человека в производстве и быту в современных условиях. Дана их краткая характеристика, особенности влияния на здоровье и способы защиты.

Ключевые слова: антропогенные факторы, влияние на здоровье, способы защиты.

Abstract. The article considers the anthropogenic factors affecting human production and life in modern conditions. Gives their brief characteristics, the health effects and ways of protection.

Key words: anthropogenic factors, influence on health, methods of protection.

Антропогенные факторы производственной среды подразделяются в зависимости от их природы на физические, химические, биологические и психофизиологические [1].

К физическим относят неблагоприятные параметры микроклимата, из которых учитывают температуру воздуха, влажность его и подвижность, а также наличие радиационной (инфракрасной) составляющей: солнечное излучение, излучение от нагретых поверхностей и т.д. Все они формируют тепловое состояние организма. Теплопотери во внешнюю среду происходят путем кондукции, конвекции, и радиационно, в несколько меньшей степени — за счет испарения пота в условиях нагревающего микроклимата (1 г влаги при испарении «уносит» около 400 кал тепла) и с выдыхаемым воздухом. В связи с этим становится понятно, как будет формироваться тепловое состояние человека при различном сочетании метеорологических условий. Например, ветер увеличивает конвективную составляющую теплопотерь, а влажный воздух — кондуктивную (его теплоемкость существенно выше), что в условиях охлаждающего микроклимата усугубляет температурный дискомфорт. Еще более опасно радиационное охлаждение, когда рядом с человеком находятся холодные бетонные или массивные металлические конструкции. В этом случае не возникает сосудистой реакции, характерной для охлаждения кожи, к примеру, порывами ветра. Капилляры остаются расширенными, и организм продолжает беспрепятственно терять тепло [2, 3].

В условиях нагревающего микроклимата солнечное излучение, малоподвижный воздух и в особенности повышенная влажность воздуха могут привести к перегреву. Основной охлаждающий фактор в этих условиях — испарение пота почти не происходит, хотя он и обильно выделяется. Перегрев чреват гипертермией — тепловой удар, первая помощь при котором заключается в охлаждении пострадавшего. Потеря влаги и электролитов, а также водорастворимых витаминов может привести к развитию судорожной болезни, которая излечивается только в условиях стационара. Солнечный удар — воздействие жесткого инфракрасного излучения солнца, как объекта, имеющего наибольшую температуру, способного проникать через кожу и кости черепа может вызвать более фатальные последствия, в частности, неинфекционный менингит. Переохлаждение не только увеличивает риск развития простудных заболеваний за счет рефлекторного сужения капилляров носоглотки, ее пересыхания и лучшего проникновения возбудителей, но и ведет к чрезмерной выработке гистаминов, повышению риска аллергических болезней, бронхитов, бронхиальной астмы. В сочетании с вынужденной рабочей позой, статическими нагрузками возможно также развитие ревматоидных состояний [4,5].

Способы защиты от неблагоприятных факторов микроклимата многообразны, но могут быть расклассифицированы следующим образом. Наиболее универсальными и действенными являются изменения технологии, инженерно-технических и инженерно-планировочных решений. Далее следуют системы вентиляции, отопления, кондиционирования воздуха, воздушные завесы, водяные завесы, воздушные оазисы. Следует иметь ввиду, что. самыми экономичными являются системы местной механической вентиляции или общей аэрации, где используется не только эффект теплового напора, но и ветровой напор (дефлекторы вытяжных вентиляционных труб). Если и этими решениями не удается нормализовать параметры микроклимата, то используют специальную одежду. В существующей номенклатуре имеется масса

конструкций, начиная с утепляющего комплекта типа «Пингвин» для полярников с электрообогревом пододежного пространства, кончая спецкомплектом для пожарников с отражающей поверхностью, предотвращающей воздействие на пожарника наиболее поражающего фактора — инфракрасной радиации. При недостаточности указанных технических средств применяется защита временем — путем регламентации дополнительных технологических перерывов в работе с предоставлением отдыха в специальных санитарно-бытовых помещениях (соответственно обогреваемых или кондиционируемых). Наконец, не изменяя параметром микроклимата можно более или менее улучшить тепловое состояние человека, воздействуя (теплом или холодом) на специальные рефлексологические точки (подмышечные впадины, крестцово-поясничная область, межлопаточная область, пятки).

Спектр адаптаций человека к метеорологическим условиям необычайно широк, ведь эти факторы сопровождали нас в течение продолжительной эволюции. Эти адаптации происходили в соответствии с правилом Бергмана — масса тела увеличивается в высоких широтах (и соответственно снижается удельная площадь его поверхности, выступающих частей и т.д., что уменьшает теплопотери), которое особенно наглядно проявляется у эскимосов, и правилом Аллена — относительная поверхность, длина конечностей увеличивается в низких (тропических) широтах, что увеличивает теплоотдачу, которое демонстрирует негроидная раса. Темная пигментация кожи ее также способствует быстрой теплоотдаче (идеально черное тело излучает лучше). Правда, существует мнение, что светлая кожа европеоидов сформировалась в условиях северного дня при недостаточности ультрафиолета для синтеза витаминов группы Б — антирахитического фактора.

Другая группа физических вредных факторов — механические колебания воздуха (шум) и твердых тел (вибрация). В любом случае, энергия, сообщаемая организму человека, зависит от амплитуды механического колебания и его частоты. Чем больше эти величины, тем больший предполагаемый вред здоровью. В современном мире человек подвержен шумам и вибрации как никогда в истории своего филогенеза. Урбанизация, концентрация, наличие многочисленных технических средств способствуют этому. По статистике, уровень шума на центральных улицах больших городов, загруженных транспортными средствами, составляет 85 Дб, что уже превышает предельно допустимый уровень для производства, а ведь мы подвергаемся его воздействию в течение довольно продолжительного времени. Высокочастотные шумы опаснее низкочастотных, их воздействие способствует более быстрому развитию тугоухости. Вначале страдает восприятие высоких тонов, а затем и всех остальных. Вспомните, что пожилые люди предпочитают играть на музыкальном инструменте в высоких регистрах. Характер негативного влияния вибрации на организм различается в зависимости от ее природы. Ходовая низкочастотная вибрация с высокой амплитудой приводит к развитию тромбофлебита нижних конечностей, опущению органов малого таза, нарушением менструального цикла и детородной функции, а также пояснично-крестцовых радикулитов. Высокочастотная вибрация пневмоинструмента, клепального оборудования, перфораторов, виброукладчиков бетона и т.д. вызывает атонию капилляров и сосудов рук, их невосприимчивость к холоду, невозможность выполнять точные движения, частичную потерю чувствительности.

Но не только профессиональные болезни вызывают механические колебания. Самой главной мишенью их становиться, прежде всего, центральная нервная система, которая уже в силу своей сложной организации, является наиболее чувствительной к вредностям даже субдопустимых уровней. Широко распространенный у современных людей астенический симптомокомплекс, заключающийся в нарушениях сна, аппетита, раздражительности, невозможности сосредоточить внимание, а в критических случаях — депрессиях и даже склонности к суициду — не что иное, как воздействие вредных факторов среды, к которым человек как биологический вид не имеет адаптации. Причем во многих случаях необходимо говорить о субдопустимых уровнях разных факторов, но действующих однонаправлено или даже синергично либо об индивидуальной чувствительности отдельных лиц. Астенический симптомокомплекс проявляется при действии вредных факторов самой разной природы, что будет показано далее.

Наиболее эффективными технологическими решениями защиты от шума и вибрации является их ликвидация в источнике, путем демпфирования, надежного закрепления деталей и узлов, смазки движущихся деталей, соблюдения допусков, применением глушителей (аэродинамические шумы). Для защиты от распространения возможна постановка оборудования на массивные фундаменты, применение шумопоглощающих и шумоотражающих экранов или кожухов. Важно также при малой наполненности цеха или участка оборудованием применять звукопоглощающие покрытия стен. Из средств индивидуальной защиты от вибрации применяют антивибрационные рукавицы и ботинки, от шума — в зависимости от уровней звукового давления — беруши, наушники-антифоны и каски. Часто используется метод защиты расстоянием, для чего предусмотрены архитектурно-планировочные решения — вынос шумного оборудования за пределы цеха в отдельный бокс. Защита временем часто используется при работе с виброинструментом [5].

Еще одним физическим вредным фактором являются электромагнитные колебания. По длине волны и частоте их можно расположить в единый спектр, начиная с самых длинноволных форм — электротоки

промышленной частоты, длина которых превышает сотни километров, радиоволны, электрополя СВЧ-спектра, инфракрасное излучение, которое было рассмотрено ранее, видимый свет и недостатки освещенности, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские и гамма-лучи. Если влияние электротока на организм вполне понятно и прогнозируемо, то воздействие электромагнитного поля диапазона радиочастот, СВЧ — диапазона исследовано не достаточно. Считается, что они провоцируют развитие того самого астенического симптомокомплекса, который осложняется сердечнососудистыми расстройствами, брадикардией, снижением артериального давления — ведь соматические изменения и изменения показателей сердечнососудистой деятельности напрямую координируются центральной нервной системой. Эти изменения четко засвидетельствованы для пользователей ЭВМ, радиотелефонов и другой аппаратуры. Однако пока не существует данных о влиянии данного фактора на последующие поколения пользователей. Возможна их суммация, развитие эмбриональных осложнений и даже возникновение новообразований. Ведь этот фактор также отсутствует в реальной природной обстановке и человек не мог приспособиться к нему за сравнительно короткий исторический период своего развития. Не случайно, столь ужесточены нормы времени работы с источниками электромагнитных излучений в особенности для детей. Так, школьники младших классов могут пользоваться компьютером однократно не более 15 минут, в течение дня — не более 45 мин, средних классов -20…25 и 90 минут соответственно, старшеклассники — 30 и 135 минут соответственно. Кроме того свет, исходящий из наших мониторов и телевизоров пульсирующий, хотя это не заметно для глаза, но для мозга эта пульсация небезразлична.

Вероятно, будет полезным перечислить несколько правил защиты от электромагнитных полей в быту. Все розетки и вилки питания электроприборов должны быть надежно занулены. Расстояние от мебели для отдыха до распределительных щитов и силовых кабелей должно составлять 2-3 м. Место отдыха должно находиться как можно дальше от бытовых приборов с большим уровнем магнитного поля, таких, как холодильники «по frost», телевизоры с электронно-лучевой трубкой, нагреватели, блоки питания и зарядные устройства. Приборы меньшей мощности более безопасны. Необходимо сократить до разумного минимума время разговоров по сотовым телефонам, при этом снимать очки с металлической оправой и применять систему «hands free», блютуз, а в автомобиле — внешнюю антенну.

Правильное функционирование зрительного анализатора зависит от многих параметров освещения. Освещенность нормируется в величинах плотности светового потока в зависимости от линейных размеров объекта различения, чем меньше последние, тем лучше должно быть освещено рабочее место. Большое значение имеют также контрастность фона и объекта различения, равномерность освещения и отсутствие слепящих бликов, а также спектральный состав света, испускаемого источником. Наиболее приемлемой цветопередачей отличаются люминесцентные лампы типа ЛЕЦЦ. Следует указать на то, что все люминесцентные лампы имеют пульсирующий световой поток с частотой 100 Гц, для нивелирования пульсаций их устанавливают в светильнике попарно, с временным разрывом. Не рекомендуется длительное время работать при свете одиночной лампы, возникает так называемый стробоскопический эффект. Выпускаемые промышленностью энергосберегающие лампы небезопасны и не могут быть рекомендованы для длительной работы. Дело в том, что их высокий КПД обусловлен повышенной когерентностью светоиспускания (выравненность по длине волны, характерная для лазерного излучения). Когерентное излучение может нарушать функцию сетчатки глаза. Исследования английских ученых свидетельствуют, что альбиносы имеют предрасположенность не только к повреждениям сетчатки, но и новообразований кожных покровов.

На краю видимого спектра по частотным характеристикам находится ультрафиолетовая область. Далее расположены еще более жесткие электромагнитные колебания — рентгеновское и гамма-излучение. Ультрафиолет жесткого спектра с успехом используется для дезинфекции (в этом он сходен с ионизирующим излучением), более мягкого — для активизации физиологического состояния шахтеров (для чего рекомендуется организация для них соляриев), синтеза витамина D в кожных покровах, загара. Кстати, разрушение озонового слоя и беспрепятственное проникновение ультрафиолетового излучения солнца через атмосферу может вызвать глобальную экологическую катастрофу с гибелью большинства форм жизни на планете [5].

Вопросы, связанные с облучением ионизирующими электромагнитными воздействиями образуют новый комплекс опасности в современных условиях. Нормы природного радиационного фона были установлены после многократных ядерных испытаний, Чернобыльской аварии, а также аварий, факт которых замалчивался на протяжении десятилетий. В итоге, существующие нормы очевидно выше того естественного фона, который был характерен для всех территорий России в минувшие исторические периоды. Работа атомных электростанций, увеличение выхода из земной коры радиоактивных изотопов и газов (радон), вследствие разработки месторождений повышают данную опасность [4]. В сочетании с химическим фактором и другими вредностями производственной и бытовой среды это не может не внушать опасений в плане снижения здоровья, жизнеспособности и воспроизводимости нации.

Следующий физический фактор — производственная и бытовая пыль. Различают аэрозоли дезинтеграции, которые образуются во множестве производств, связанных с измельчением твердых компонентов, причем, чем выше твердость, тем большее травмирующее действие оказывает аэрозоль на поверхность легкого. Возможно, с этим связано фиброгенное действие пыли, содержащей много окисла кремния — в производстве силикатного кирпича, метлахской плитки, черепицы, цемента, асбеста, стекловолокна. Силикоз, возникающий, как правило, по прошествии довольно долгого стажа работы, характеризуется соединительнотканным перерождением легочной ткани, снижением ее способности к воздухообмену, «засорением» лимфооузлов, нарушениями в легочном круге кровообращения. Субъективно -одышка при любой нагрузке, увеличение частоты сердечных сокращений, предрасположенность к инфекциям. Не случайно, содержание кремния положено в основу нормирования предельно допустимых концентраций пыли. Аэрозоли органических веществ — пластмасс, зерна, мясокостной муки вредны в токсикологическом и аллергическом отношениях. Растворимые пыли пестицидов и агрохимикатов могут вызвать острое отравление. Другие аэрозоли дезинтеграции могут быть взрывоопасными — зерновая пыль, сахарная пудра, витаминная травяная мука или адсорбировать на своей поверхности окислы азота, угарный газ (коксовая пыль доменных производств), а также микроорганизмы. Так для защиты от вирусной инфекции вполне достаточно простой ватно-марлевой повязки, просветы пор которой больше 1 мкм. Тем не менее, она вполне защитит от вирусов, размер которых не превышает десятков-сотен ангстрем. Микроорганизмы также адсорбированы на аэрозольных частицах и в чистом виде в воздухе не присутствуют. Бытовая пыль помимо микроорганизмов, аллергенов может также содержать микроскопических клещей, оказывающих сенсибилизирующий эффект [5].

Аэрозоли конденсации — различные дымы, величина их частиц существенно меньше и они не оказывают травмирующего действия. Их опасность заключается в присутствии в их составе бензапиренов, обладающих выраженным канцерогенным действием. В современном мире пыли, содержащие бензапирен в значительном количестве присутствуют в воздухе городов — они образуются при курении, сжигании различных топлив, в химических производствах, при пожарах на городских свалках и торфяниках [3].

Влияние пылей на организм человека не исчерпывается перечисленными заболеваниями. Крупнодисперсная пыль не проникает глубоко в дыхательные пути, но вызывает различные поражения кожных покровов, слизистых и катары верхних дыхательных путей, в том числе ларингиты и трахеиты.

Мероприятия по борьбе с пылью включают вентиляцию помещений с последующей фильтрацией, циклонированием, электрообеспыливанием воздуха, а также применение средств индивидуальной защиты -очков, снабженных обтюратором с непрямой вентиляцией и респираторов. Простейшие респираторы не достаточно эффективны при высоких содержаниях пыли, а также в неподходящих метеорологических условиях, когда сопротивление дыханию мешает выполнению работ повышенной физической нагрузки. Имеются конструкции снабженные клапаном выдоха и сменными фильтрующими патронами для указанных условий эксплуатации.

Опасность химических факторов окружающей среды обусловлена способом поступления их в организм — аэрогенно через легкие поступает максимум токсинов, поскольку суммарная поверхность легочных альвеол превышает 100 м2 [6]. Несколько меньше поступает через пищеварительный тракт, поверхность которого достигает 50 м2. Еще менее поступает через кожу, площадь поверхности которой составляет 1,5-2 м2 у взрослого человека. Повышение температуры окружающей среды и повышенная физическая нагрузка усиливают опасность отравления, вследствие увеличения объемов дыхания, диффузных и реакционных процессов, циркуляции крови и т.д.

Классификация их зависит от природы воздействия на организм — общетаксические — те, которые вызывают тошноту, рвоту, головную боль, т.е. общие признаки острого отравления. К ним относится подавляющее число агрохимикатов и средств защиты растений. Раздражающие — вещества, воздействующие на поверхность слизистых оболочек глаз, носоглотки и т.д. Это галогены и галогенводороды, окислы серы, аммиак, пары основных окислов и кислот. Сенсибилизирующие — вызывающие аллергические симптомы, к примеру, соединения кобальта, никеля, дихромовой кислоты. Мутагенные, канцерогенные и снижающие репродуктивную функцию, например, бензин, бензол, марганец сварочных аэрозолей, ацетон, ртуть, свинец [6].

При поступлении в организм токсичные вещества подвергаются окислению, восстановлению, метилированию, при этом большинство образующихся продуктов становится менее токсичными, за исключением, пожалуй, метанола и его производных, которые окисляются до гораздо более токсичного вещества — формальдегида, а в последствии — до муравьиной кислоты, той самой, что содержится в обжигающих волосках крапивы. Употребление 20 г метанола приводит к полной слепоте, а 50 г вызывает смерть. Хронические отравления, как правило, поражают печень — основной детоксицирующий орган (наблюдается развитие токсического гепатита), почки — как основной орган выделения (нефриты и нефрозы). Тяжелые металлы и жирорастворимые токсины надолго оседают в костной ткани и жировой клетчатке и продолжают исподволь отравлять организм [3].

Кстати, холии, содержащийся в мясных продуктах, особенно в печени, в желтках яиц, во многих комплексах витаминов группы В предохраняет печень от токсического гепатита и цирроза, в том числе, алкогольной природы. Комплекс витаминов группы В, применяемых в фармацевтических концентрациях, по многим данным предотвращает развитие алкогольного Delirium tremens, а снизить негативные функциональные изменения в головном мозге возможно регулярным потреблением ноотропов, в частности, пирацетама. Данный препарат позволит также повысить ассоциативные связи, улучшить воспроизведение информации и память в период экзаменов и ответственных выступлений.

Адаптация к токсинам идет различными путями. Так, соединения мышьяка, которые были так популярны в правящих династиях средневековой Европы, при использовании во все возрастающих (безопасных) количествах перестают усваиваться в кишечнике. Столь популярный алкоголь в процессе употребления способствует усилению выработки фермента алкогольдегидрогеназы, увеличивающего толерантность к нему.

Не следует забывать и о кумулятивных эффектах многих токсинов. Некоторые напрямую накапливаются в тканях (массовая кумуляция), другие вызывают неустранимые нарушения функций (функциональная кумуляция).

Из гигиенических критериев оценки токсичных газов особенно существенны следующие. Коэффициент распределения между альвеолярным воздухом и кровью по сути дела показывающий величину растворимости газа в крови и скорость максимального насыщения последней. Так, алифатические углеводороды (ГСМ, бензин) насыщают кровь почти мгновенно, поэтому, если не наблюдаются симптомы отравления вначале работы, они не наступят и в конце смены. Так же быстро происходит детоксикация от этих веществ на свежем воздухе. Более высокий коэффициент распределения характерен для спиртов, эфиров, ацетонов и других растворителей. Они насыщают кровь медленнее и поэтому опаснее, столь же медленно происходит и детоксикация в «чистом» воздухе. Однако особенную опасность представляют «реагирующие газы». Их не так много, их просто запомнить. Это галогены, галогенводороды, окислы серы и азота, пары серной и сернистой кислот, аммиак, сероводород, угарный газ. Они связываются с биологическими жидкостями организма, изменяют их pH, блокируют гемоглобин и т.д. Даже неощутимые их концентрации вначале работы могут привести к острому отравлению в конце смены [3].

Токсичность промышленных ядов зависит от их концентрации, агрегатного состояния, метеорологических условий и в особенности, от структурной формулы токсина. Так, увеличение числа атомов углерода в молекуле повышается наркотическое действие вещества, присутствие в молекуле кратных связей, атомов кислорода, -ОН и =0 групп, галогенов, фосфора, серы, аминогруппы, нитратной группы, азота существенно повышает токсический эффект.

Для защиты от токсичных газов на производстве помимо систем вентиляции используются средства индивидуальной защиты, получившие сертификат защиты от определенных химических веществ, респираторы или противогазы с противогазовыми патронами соответствующей маркировки, а также изолирующие средства защиты (с принудительной подачей чистого воздуха в зону дыхания).

В быту к этим факторам следует прибавить газовые выхлопы автомашин, содержащие окислы углерода, азота, акролеин и т.д., а также газы, выделяющиеся из клеевой основы мебели из древесностружечных плит, пластика для отделки бытовых помещений: фенол, формальдегид, стирол, резорцин и др., обладающие выраженным раздражающим, аллергенным и канцерогенным действием. Многие моющие средства, парфюмерия и косметика также содержат вещества, неблагоприятно влияющие на организм человека.

Участились случаи фальсификации не только средств гигиены, но и фармакологических препаратов. Контрабанда наркотических веществ приобрела невиданные масштабы. К сожалению, участились случаи употребления наркотиков и в студенческой среде.

К этому следует прибавить массированную химизацию производства сельскохозяйственной продукции, которое применяет все возрастающий арсенал средств химической защиты от вредителей и болезней.

Генно-модифицированные продукты, особенно соя, находят все большее применение в производстве колбасных изделий по причине своей дешевизны и привлекательности для производителей. Они вызывают мутации кишечных бактерий и их иммунологическую небезопасность для человека. Возможно, этим объясняется учащение случаев дисбактериоза в современных условиях.

Большинство зарубежных производителей мяса используют в рационах животных стероидные анаболики, которые сохраняясь в мясе, могут вызвать дисфункцию репродуктивного аппарата, в особенности у женщин. Поскольку около 60% продукции сельского хозяйства в России является импортной, недооценка этого фактора может представлять серьезную угрозу для здоровья нации.

Еще одним небезопасным фактором являются пищевые добавки (Е). К сожалению, далеко не все производители обозначают их стандартным кодом, некоторые просто приводят наименование, что вносит путаницу и разночтение для потребителей.

Даже овощи и фрукты, приобретенные в магазине небезопасны, поскольку содержат консерванты, о которых производитель, как правило, умалчивает. Исключение составляют гранаты, цитрусовые и листовые овощи.

В любом случае безопаснее приобретать товар отечественных, а не зарубежных производителей или совместных фирм. Еще безопаснее приобретать продукцию мелких производителей на рынке или выращивать ее самим.

К названным химическим факторам также не было эволюционно обоснованной адаптации человека, что делает их особо опасными для детей и молодежи репродуктивного возраста.

До сих пор не разработана система питания человека. На упаковках продуктов указывается, как правило, содержание калорий, белков, жиров, углеводов, 1-3 витаминов. Между тем оптимальный рацион человека должен учитывать по меньшей мере 65 показателей, это и отдельные микроэлементы, витамины, жирные кислоты, аминокислоты и другие биологически-активные вещества.

Антропогенные факторы биологической природы включают ядовитые растения. Всем знакомы ожоги кожи от листьев борщевика и ясенца в жаркую летнюю погоду. Сельскохозяйственные животные могут даже травмировать человека (укусы, травмы от крупных животных и т.д.). Ядовитые и кровососущие насекомые могут вызвать у некоторых лиц анафилактический шок и не только. К примеру, в последнее время ряд жарких лет привел к широкому распространению в Ростовской области России паука каракурта, что при отсутствии специальной сыворотки на медицинских станциях представляет явную угрозу населению. В центральных районах России в последнее время распространился энцефалитный клещ. Возможно, в скором времени ареал энцефалитной инфекции, совместиться с ареалом клеща. Гельминты — одна из существенных опасностей для человека. Например, личинки эхинококка, проникают через стенку кишечника, попадают в кровь и разносятся по всему организму, закрепляясь в любых тканях, и в дальнейшем развиваются в финну значительного объема, приводящую к гибели хозяина. В связи с этим, не следует употреблять недостаточно прожаренную свинину, за исключением «прослоек» между салом, и 2-3 см мышечной ткани под ним.

Значительную опасность представляют микроорганизмы, особенно так называемых антропозоонозных инфекций, причем не только для персонала животноводческих и птицеводческих ферм и комплексов, но и для рядового покупателя мяса в магазине или на рынке в связи с ослаблением функций санитарно -эпидемиологического контроля.

Сами люди при большом их скоплении являются вредным биологическим фактором и связано это не только с возможностью распространения инфекций. Человек постоянно выделяет метаболиты, феромоны, которые угнетают окружающих. Люди воздействуют друг на друга и психологически, что может, даже не выливаясь в конфликт, подавлять на неосознанном уровне. Урбанизация и отток молодежи из сельских местностей отнюдь не благоприятствует здоровью населения России.

Четвертая группа вредных факторов — психофизиологическая. Это тяжелая физическая нагрузка, особенно статического характера или связанная с напряжением только определенных групп мышц или с неудобством рабочей позы. В связи с механизацией, автоматизацией производства этот фактор буден неуклонно снижаться — у большинства современников наблюдаются скорее гиподинамические тенденции, приводящие к атрофии ангиоанастомозов (мостиков между сосудами) и повышению артериального давления уже в среднем возрасте. Напротив, возрастает влияние монотонности нагрузок (однотипные простые операции особенно при конвейерном способе производства), операторских нагрузок (операторы авиалиний, крупных железнодорожных узлов, автовокзалов). Перегрузка в этих условиях приводит к тормозным явлениям в коре головного мозга, некоторые сигналы могут быть не восприняты или восприняты неадекватно. Выраженным дистрессом сопровождается работа руководителей и специалистов, вынужденных в краткий срок самостоятельно принимать решения в нестандартной ситуации, связанные с ответственностью за жизнь людей и материальные ценности.

С неблагоприятными психоэмоциональными влияниями мы сталкиваемся не только на производстве (психологически дисгармоничный коллектив), но и в быту. Бытовая и социальная неудовлетворенность, репортажи об авариях, стихийных бедствиях, террористических актах, которые ежедневно мы видим с голубых экранов, также не способствуют психоэмоциональному здоровью. Темп нашей жизни значительно возрос по сравнению даже с предыдущим веком. Количество информации, которую мы получаем ежедневно не сопоставимо с восьмидесятыми годами предыдущего столетия. Это новые психофизиологические факторы.

Это краткий и далеко не полный перечень вредных факторов производства и быта в современных условиях. Напомним, что сочетанное их воздействие на организм человека даже при уровнях, существенно меньше допустимых приводит к развитию астенического симптомокомплекса, который каждый может

проследить на себе — сниженная работоспособность и память, рассеянное внимание, расстройство сна, депрессии. В особо тяжелых случаях — суицид. Нервная система является наиболее чувствительной ко всем неблагоприятным воздействиям, какой бы природы они не были. Второй по чувствительности является иммунная система (не этим ли объясняются случаи учащения аллергических реакций на, казалось бы, «безобидные» продукты), третьей — гуморальная. Нарушения последней будут сопровождаться серьезными соматическими нарушениями.

Следует также подчеркнуть, что дети, подростки, мужчины и женщины, находящиеся в дорепродуктивном и репродуктивном возрасте (в особенности беременные и кормящие) подвержены негативным влияниям всех перечисленных здесь факторов в особенной степени. Оценка этого влияния пока не вполне определенна, но, ни в коей мере нельзя недооценивать возможных отрицательных последствий.

ЛИТЕРАТУРА

1. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.

2. В. С. Сердюк, Л. Г. Стишенко, Е. Г. Бардина Производственная санитария и гигиена труда: учеб. пособие / В. С. Сердюк, Л. Г. Стишенко, Е. Г. Бардина. Омск : Изд-во ОмГТУ, 2010. 80 с.

3. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов./ Под общей редакцией C.B. Белова. М.: Выс. шк., 2001. 485 с.

4. Безопасность и охрана труда: Учебное пособие для вузов./ Под ред. О.Н. Русака. СПб: Из-во МАНЭБ, 2001. 279 с.

5. Вендин C.B., Нестерова Н.В, Нестерова И.Б., Радоуцкий В.Ю. Безопасность жизнедеятельности. (Учебное методическое пособие для ЛПЗ). Белгород. Изд-во БГСХА, 2008. 84 с.

6. Небытов В. Г. Условия труда работников и рекомендуемые средства индивидуальной защиты при применении ци-проканозола (альто) наземным и авиационным способами / Медицина труда и промышленная экология. 2014. С. 45-48.

7.Семыкин В.А., Пигорев И.Я. Влияние техногенных ландшафтов Курской магнитной аномалии на окружающую среду // Аграрная наука. 2009. №8. С. 29-30.

8.Пигорев И.Я., Солошенко В.М. Экологические изменения ландшафта Курской магнитной аномалии в ходе открытой добычи железной руды // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. №9. С. 139-144.

9. Богданчиков И.Ю. Аспекты к разработке модуля для дифференцированного внесения рабочего раствора в устройстве для утилизации незерновой части урожая / И.Ю. Богданчиков // Материалы 67-й междунар. научн. практ. конф. «Инновационные подходы к развитию агропромышленного комплекса региона» 18 мая 2016 года: Сб. научн. тр. Часть II. Рязань: ФГБОУ ВО РГАТУ, 2016. С. 22 -26.

10. Новак А. И. Изменение динамики смертности и возникновения патологий сердечно-сосудистой системы населения Рязанской области в условиях техногенного пресса / А. И. Новак, О. А. Федосова // Инновационные подходы к развитию агропромышленного комплекса региона: Материалы 67-ой международной научно-практической конференции 18 мая 2016 года. Рязань: Издательство Рязанского

государственного агротехнологического университета, 2016. Часть 1. С.119-124.

* * *

антропогенные (экологические) факторы — это… Что такое антропогенные (экологические) факторы?

антропогенные (экологические) факторы

3.6 антропогенные (экологические) факторы: Факторы, связанные с деятельностью человека, которые либо косвенно воздействуют на живые организмы, изменяя естественную (природную) среду, и, как следствие, условия их обитания, либо непосредственно влияют на отдельные виды животных и растений.

Примечания

1. Антропогенные факторы классифицируют на хозяйственные, связанные с непосредственным удовлетворением потребностей жизнеобеспечения человека, и техногенные, связанные с применением машин и оборудования для достижения определенных целей.

2. Антропогенные факторы также относят к биотическим, так как своим происхождением они обязаны биологическому существу — человеку. Однако эти факторы выделяют в особую группу по причине их многообразия и специфичности.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. academic.ru. 2015.

• Антропогенное изменение ландшафта
• антропогенный грунт (синоним — антропогенно-образованный)

Смотреть что такое «антропогенные (экологические) факторы» в других словарях:

• Экологические факторы — Экологические факторы  свойства среды обитания, оказывающие какое либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются. Экологические факторы отличаются значительной… …   Википедия

• Экологические факторы — Любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное виляние на живые организмы. Э.ф. среды, с которыми связан любой организм делятся на две категории: факторы неживой природы (абиотические) и факторы живой природы (биотические). К… …   Энциклопедия РВСН

• ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ — любое условие внешней среды, воздействующее на растения или сообщества, на которое последние реагируют приспособительными реакциями. Э. ф. делят на абиотические, биотические и антропогенные …   Словарь ботанических терминов

• Экологические функции литосферы — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Экологические функции литосферы  всё многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть,… …   Википедия

• Антропогенные факторы — (гр. – факторы, возникающие по вине человека) – это причины и условия, создаваемые (или возникающие) в результате деятельности человека, оказывающей негативное влияние на окружающую среду и здоровье людей. Так, продукты некоторых промышленных… …   Основы духовной культуры (энциклопедический словарь педагога)

• ГОСТ Р 14.03-2005: Экологический менеджмент. Воздействующие факторы. Классификация — Терминология ГОСТ Р 14.03 2005: Экологический менеджмент. Воздействующие факторы. Классификация оригинал документа: 3.4 абиотические (экологические) факторы: Факторы, связанные с воздействием на организмы неживой природы, включая климатические… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Социальные факторы и экология — увеличивающиеся антропогенные изменения внешней, или окружающей, среды сделали экологию наукой, в исследованиях которой заинтересовано все человечество. Экологические кризисы, перед которыми оказались народы и природа ряда регионов планеты,… …   Экологический словарь

• Экологический фактор — Экологический фактор  условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. экологических факторов  температура, влажность …   Википедия

• Экологический — 23. Экологический паспорт тепловой электростанции: title= Экологический паспорт тепловой электростанции. Основные положения ЛДНТП. Л., 1990. Источник: П 89 2001: Рекомендации по диагностическому контролю фильтрационного и гидрохимического… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Среда обитания — У этого термина существуют и другие значения, см. Среда обитания (значения). Среда обитания  это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают всё необходимое для …   Википедия

Антропогенные, экологические и генетические факторы исчезновения и сохранения

Аллее, В. К., А. Э. Эмерсон, О. Парк, Т. Парк и К. П. Шмидт (1949) Принципы экологии животных . Сондерс, Филадельфия.

Google Scholar

Андреассен, Х. П., С. Халле и Р. А. Имс (1996) Оптимальная ширина коридоров передвижения для полевок-экономок: не слишком узкие и не слишком широкие. Журнал прикладной экологии 33 : 63–70.

Google Scholar

Эндрюарта, Х. Г. и Л. К. Берч (1954) Распределение и численность животных . Издательство Чикагского университета, Чикаго.

Google Scholar

Аллендорф, Ф. В. и Р. С. Ваплес (1996) Сохранение и генетика лососевых рыб, стр. 238–280. В J. C. Avise и J. L. Hamrick (ред.) Генетика сохранения: истории болезни от природы .Чепмен и Холл, Нью-Йорк.

Google Scholar

Арнольд, С. Дж. (1995) Мониторинг количественной генетической изменчивости и эволюции в популяциях, содержащихся в неволе. С. 295–317. В J. Ballou, M. Gilpin и T. J. Foose (ред.) Управление популяцией для выживания и восстановления: аналитические методы и стратегии в небольших популяциях . Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк.

Google Scholar

Аткинсон, И.(1989) Интродуцированные животные и исчезновения. С. 59–75. В Д. Вестерн и М. Перл (ред.) Сохранение в двадцать первом веке . Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.

Google Scholar

Беддингтон, Дж. Р. и Р. М. Мэй (1977) Сбор популяций в случайно изменяющейся среде. Наука 197 : 463–465.

PubMed Google Scholar

Браун, Дж.Х. и А. Кодрич-Браун (1977) Скорость оборота в островной биогеографии: влияние иммиграции на вымирание. Экология 58 : 445–449.

Google Scholar

Берки Т. В. (1989) Вымирание в заповедниках: эффект фрагментации и важность миграции между фрагментами заповедников. Ойкос 55 : 75–81.

Google Scholar

Берки, Т.V. (1995) Темпы исчезновения на архипелагах: последствия для популяций в фрагментированных местообитаниях. Биология сохранения 9 : 527–541.

Google Scholar

Бюргер Р. и Р. Ланде (1994) О распределении среднего и дисперсии количественного признака при балансе мутации-отбора-дрейфа. Генетика 138 : 901–912.

PubMed Google Scholar

Бюргер, Р.и М. Линч (1995) Эволюция и вымирание в изменяющейся окружающей среде: количественно-генетический анализ. Evolution 49 : 151–163.

Google Scholar

Caughley, G. (1994) Направления природоохранной биологии. Журнал экологии животных 63 : 215–244.

Google Scholar

Коли, Г.и А. Ганн (1996) Биология сохранения в теории и практике . Blackwell Science, Лондон.

Google Scholar

Charlesworth, D. и B. Charlesworth (1987) Инбридинговая депрессия и ее эволюционные последствия. Ежегодный обзор экологии и систематики 18 : 237–268.

Google Scholar

Кларк, К.W. (1973) Экономика чрезмерной эксплуатации. Наука 181 : 630–634.

PubMed Google Scholar

Кларк, К. У. (1990) Математическая биоэкономика , 2-е изд. Вили, Нью-Йорк.

Google Scholar

Куп, Г. Р. (1979) Позднекайнозойские ископаемые Coleoptera: эволюция, биогеография и экология. Ежегодный обзор экологии и систематики 10 : 247–267.

Google Scholar

Кроу, Дж. Ф. и М. Кимура (1970) Введение в теорию популяционной генетики . Харпер и Роу, Нью-Йорк.

Google Scholar

DeMauro, M. M. (1993) Связь системы разведения с редкостью у Lakeside Daisy (Hymenoxys acaulis var. Glabra) . Биология сохранения 7 : 542–550.

Google Scholar

Доук Д. (1989) Пятнистые совы и вырубка старых лесов на северо-западе Тихого океана. Биология сохранения 3 : 389–396.

Google Scholar

Добсон, А. П. и Р. М. Мэй (1986) Болезни и сохранение. С. 345–365. В М. Суле (ред.) Биология сохранения: наука о редкости и разнообразии .Синауэр, Сандерленд.

Google Scholar

Добжанский, г. (1970) Генетика эволюционного процесса . Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк.

Google Scholar

Endler, J. (1977) Географические вариации, видообразование и кино . Издательство Принстонского университета, Принстон.

Google Scholar

Фальконер, Д.S. and T. F. C. Mackay (1996) Введение в количественную генетику , 4-е изд. Лонгман, Лондон.

Google Scholar

Frankham, R. (1995a) Инбридинг и исчезновение: пороговый эффект. Биология сохранения 9 : 792–799.

Google Scholar

Frankham, R. (1995b) Соотношение между эффективным размером популяции и размером взрослой популяции в дикой природе: обзор. Генетические исследования 66 : 95–107.

Google Scholar

Франклин И. Р. (1980) Эволюционные изменения в малых популяциях, стр. 135–149. В М. Суле и Б. А. Уилкокс (ред.) Биология сохранения: эволюционно-экологическая перспектива . Sinauer Associates, Сандерленд.

Google Scholar

Гилпин, М.Э. и М. Э. Суле (1986) Минимальные жизнеспособные популяции: процессы исчезновения видов, стр. 19–34. В М. Э. Суле (ред.) Биология сохранения: наука о редкости и разнообразии . Sinauer Associates, Сандерленд.

Google Scholar

Гомулкевич Р. и Р. Д. Холт (1995) Когда эволюция путем естественного отбора предотвращает вымирание? Evolution 49 : 201–207.

Google Scholar

Грант, П.Р. и Т. Д. Прайс (1981) Популяционная изменчивость по постоянно меняющимся признакам как проблема экологической генетики. Американский зоолог 21 : 795–811.

Google Scholar

Грумбридж Б. (ред.) (1992) Глобальное биоразнообразие: состояние живых ресурсов Земли . Чепмен и Холл, Лондон.

Google Scholar

Ганский, И.и М. Э. Гилпин (ред.) (1997) Биология метапопуляции . Academic Press, Лондон.

Google Scholar

Hanski, I. and M. Gyllenberg (1993) Две общие модели метапопуляции и гипотеза основных спутников. Американский натуралист 142 : 17–41.

Google Scholar

Хански, И., Дж. Пойри, Т. Паккала и М.Кууссаари (1995) Множественные равновесия в динамике метапопуляции. Природа 377 : 618–621.

CAS Google Scholar

Хедрик П. В. (1995) Поток генов и генетическое восстановление: Флоридская пантера в качестве примера. Биология сохранения 9 : 996–1007.

Google Scholar

Хедрик, П.W. (1996) Узкое место (я) или метапопуляция у гепардов. Биология сохранения 10 : 897–899.

Google Scholar

Гесс, Г. (1996) Болезнь в моделях метапопуляции: значение для сохранения. Экология 77 : 1617–1632.

Google Scholar

Hoelzel, A. R., J. Halley, S.Дж. О’Брайен, К. Кампанья, Т. Арнбом, Б. Лебёф, К. Рейлс и Г. А. Довер (1993) Генетическая изменчивость морского слона и использование имитационных моделей для исследования исторических узких мест в популяциях. Журнал наследственности 84 : 443–449.

PubMed CAS Google Scholar

Хименес, Дж. А., К. А. Хьюз, Г. Алакс, Л. Грэм и Р. К. Лейси (1994) Экспериментальное исследование инбридинговой депрессии в естественной среде обитания. Наука 266 : 271–273.

PubMed Google Scholar

Кейтли П. Д. (1994) Распределение эффектов мутации на жизнеспособность у Drosophila melanogaster . Генетика 138 : 1315–1322.

PubMed CAS Google Scholar

Келлер, Л. Ф., П. Арсезе, Дж.Н. М. Смит, В. М. Хочачка и С. С. Стернс (1994) Селекция против инбредных певчих воробьев во время естественного ограничения популяции. Природа 372 : 356–357.

PubMed CAS Google Scholar

Кирстед, Х. и Л. Б. Слободкин (1953) Размеры водных масс, содержащих цветение планктона. Журнал морских исследований 12 : 141–147.

Google Scholar

Лейси, Р.К., А. Петрич и М. Варнеке. (1993) Инбридинг и аутбридинг в неволе диких видов животных, стр. 352–374. В Н. В. Торнхилл (ред.) Естественная история инбридинга и аутбридинга: теоретические и эмпирические перспективы . Издательство Чикагского университета, Чикаго.

Google Scholar

Ланде, Р. (1987) Пороги вымирания в демографических моделях территориальных популяций. Американский натуралист 130 : 624–635.

Google Scholar

Ланде Р. (1988a) Демографические модели северной пятнистой совы (Strix occidentalis caurina) . Экология 75 : 601–607.

Google Scholar

Ланде, Р. (1988b) Генетика и демография в биологическом сохранении. Наука 241 : 1455–1460.

PubMed CAS Google Scholar

Ланде, Р. (1993) Риски исчезновения населения из-за демографической и экологической стохастичности и случайных катастроф. Американский натуралист 142 : 911–927.

Google Scholar

Lande, R. (1994) Риск исчезновения популяции из-за фиксации новых вредных мутаций. Evolution 48 : 1460–1469.

Google Scholar

Ланде, Р. (1995) Мутация и сохранение. Биология сохранения 9 : 782–791.

Google Scholar

Ланде, Р. (1998) Демографическая стохастичность и эффект Алли на шкале с изотропным шумом. Ойкос 83 : 353–358.

Google Scholar

Ланде Р. и Дж. Ф. Барроукло (1987) Эффективный размер популяции, генетическая изменчивость и их использование в управлении популяциями. С. 87–123. В М. Суле (ред.) Жизнеспособные популяции для сохранения . Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

Google Scholar

Ланде, Р., С. Энген и Б. Э. Сётер (1994) Оптимальный сбор урожая, экономическое дисконтирование и риск исчезновения в изменчивых популяциях. Природа 372 : 88–90.

CAS Google Scholar

Lande, R., S. Engen and B. -E. Sther (1995) Оптимальная добыча изменяющихся популяций с риском исчезновения. Американский натуралист 145 : 728–745.

Google Scholar

Lande, R., S. Engen and B. -E. Ssether (1998) Время угасания в моделях конечной метапопуляции со стохастической локальной динамикой. Ойкос 83 : 383–389.

Google Scholar

Ланде, Р. и Д. У. Шемске (1984) Эволюция самооплодотворения и инбридинговой депрессии у растений. I. Генетические модели. Evolution 39 : 24–40.

Google Scholar

Ланде, Р., Д. В. Шемске и С. Т. Шульц (1994) Высокая инбридинговая депрессия, избирательное вмешательство среди локусов и пороговая скорость самоопыления для очистки рецессивных летальных мутаций. Evolution 48 : 965–978.

Google Scholar

Ланде, Р. и С. Шеннон (1996) Роль генетической изменчивости в адаптации и устойчивости популяции в изменяющейся окружающей среде. Evolution 50 : 434–437.

Google Scholar

Lande, R., B. -E. Сётер и С. Энген (1997) Пороговый сбор для устойчивости колеблющихся ресурсов. Экология 78 : 1341–1350.

Google Scholar

Левин Д. А., Дж. Франсиско-Ортега и Р. К. Янсен (1996) Гибридизация и исчезновение редких видов растений. Биология сохранения 10 : 10–16.

Google Scholar

Левинс Р. (1970) Вымирание. С. 77–107. В м.Герстенхабер (ред.) Некоторые математические проблемы биологии . Американское математическое общество, Провиденс.

Google Scholar

Левонтин, Р. К. и Л. К. Берч (1966) Гибридизация как источник изменчивости для адаптации к новым условиям. Evolution 20 : 315–336.

Google Scholar

Лопес, М. А. и К.Lopez-Fanjul (1993a) Спонтанная мутация количественного признака у Drosophila melanogaster. I. Ответ на искусственный отбор. Генетические исследования 61 : 107–116.

PubMed CAS Google Scholar

Lopez, M. A. and C. Lopez-Fanjul (1993b) Спонтанная мутация количественного признака у Drosophila melanogaster . II. Распределение мутантных эффектов по признаку и приспособленности. Генетические исследования 61 : 117–126.

PubMed CAS Google Scholar

Лавджой, Т.Э., Р.О. Биррегаард, младший, А.Б. Райлендс, Дж. Р. Малкольм, К. Э. Квинтела, Л. Х. Харпер, К. С. Браун, младший, А. Х. Пауэлл, Г. В. Н. Пауэлл, Х. О. Р. Шубарт и М. Б. Хейс (1986) Edge и другие эффекты изоляции на фрагментах лесов Амазонки, стр. 257–285. В М. Суле (ред.) Биология сохранения: наука о редкости и разнообразии .Sinauer Associates, Сандерленд.

Google Scholar

Людвиг, Д., Р. Хилборн и К. Уолтерс (1993) Неопределенность, эксплуатация и сохранение ресурсов: уроки истории. Наука 260 : 17, 36.

Google Scholar

Линч, М., Дж. Конери и Р. Бургер (1995a) Мутационный кризис в сексуальных популяциях. Evolution 49 : 1067–1080.

Google Scholar

Линч М., Дж. Конери и Р. Бюргер (1995b) Накопление мутаций и исчезновение небольших популяций. Американский натуралист 146 : 489–518.

Google Scholar

Линч, М. и Р. Ланде (1993) Эволюция и вымирание в ответ на изменение окружающей среды. С. 234–250. В Кариева П., Р.Хьюи и Дж. Кингсолвер (ред.) Биотические взаимодействия и глобальные изменения . Sinauer Associates, Сандерленд.

Google Scholar

Макартур Р. Х. и Э. О. Уилсон (1967) Теория островной биогеографии . Издательство Принстонского университета, Принстон.

Google Scholar

Маккей Т.Ф.С., Р.Ф. Лайман и М.С. Джексон (1992) Влияние введения элемента P на количественные признаки у Drosophila melanogaster . Генетика 130 : 315–332.

PubMed CAS Google Scholar

Малакофф Д. (1997) Вымирание в открытом море. Наука 277 : 486–488.

CAS Google Scholar

Маруяма Т. и М. Кимура (1980) Генетическая изменчивость и эффективный размер популяции при частом локальном исчезновении и повторном заселении субпопуляций. Труды Национальной академии наук США 77 : 6710–6714.

Google Scholar

Мэй, Р. М. (1976) Промысел популяций китов и рыб. Природа 263 : 91–92.

Google Scholar

Мэй, Р. М., Дж. Р. Беддингтон, Дж. У. Хорвуд и Дж. Г. Шеперд (1978) Использование природных популяций в неопределенном мире. Математические биологические науки 42 : 219–252.

Google Scholar

МакКелви К., Б. Р. Нун и Р. Х. Ламберсон (1993) Планирование сохранения видов, населяющих фрагментированные ландшафты: пример северной пятнистой совы. С. 424–450. В П. Кариева, Р. Хьюи и Дж. Кингсолвер (ред.) Биотические взаимодействия и глобальные изменения . Sinauer Associates, Сандерленд.

Google Scholar

Миллер, Г.Т., мл. (1990) Жизнь в окружающей среде , 6 изд. Уодсворт, Бельмонт.

Google Scholar

Майерс, Р. А., Дж. Бридсон и Н. Дж. Барроумен (1995) Сводка мировых данных по производителям и пополнению. Canadian Technical Report of Fisheries and Aquatic Sciences 2024.

Nehlsen, W., J.E. Williams и J. A. Lichatowich (1991) Тихоокеанский лосось на перекрестке: популяции, находящиеся под угрозой из Калифорнии, Орегона, Айдахо и Вашингтона. Рыболовство 16 : 4–21.

Google Scholar

ODEC (1991) Состояние окружающей среды . Организация экономического сотрудничества и развития, Париж.

Google Scholar

Окубо А. (1980) Распространение и экологические проблемы: математические модели . Springer-Verlag, Берлин.

Google Scholar

Пис, К.М., Р. Ланде и Дж. Дж. Булл (1989) Модель роста, расселения и эволюции популяции в изменяющейся окружающей среде. Экология 70 : 1657–1664.

Google Scholar

Петерс, Р. Л. и Т. Э. Лавджой (1992) Глобальное потепление и биологическое разнообразие . Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен и Лондон.

Google Scholar

Пимм, С.Л. (1991) Равновесие природы? Издательство Чикагского университета, Чикаго.

Google Scholar

Рельсы, К. и Дж. Д. Баллоу (1983) Вымирание: уроки зоопарков. С. 164–184. В г. Шоневальд-Кокс, С. М. Чемберс, Б. Макбрайд и В. Л. Томас (ред.) Генетика и сохранение: справочник по управлению популяциями диких животных и растений . Бенджамин / Каммингс, Менло-Парк.

Google Scholar

Ратнер, С., Р. Ланде и Б. Б. Ропер (1997) Анализ жизнеспособности популяции весенней чавычи в реке Саут-Ампкуа, Орегон. Биология сохранения 11 : 879–889.

Google Scholar

Робинсон, С. К., Ф. Р. Томпсон III, Т. М. Донован, Д. Р. Уайтхед и Дж. Фаборг (1995) Региональная фрагментация лесов и успех гнездования перелетных птиц. Наука 267 : 1987–1990.

PubMed CAS Google Scholar

Roush, R. T. и J. A. McKenzie (1987) Экологическая генетика устойчивости к инсектицидам и акарицидам. Ежегодный обзор энтомологии 32 : 361–380.

PubMed CAS Google Scholar

Редфорд, К. Х. (1992) Пустой лес. BioScience 42 : 412–422.

Google Scholar

Рихтер-Дин, Н. и Н. С. Гоэль (1972) Об исчезновении колонизирующих видов. Теоретическая популяционная биология 3 : 406–433.

PubMed CAS Google Scholar

Розенберг, А.А., М. Дж. Фогарти, М. П. Сиссенвайн, Дж. Р. Беддингтон и Дж. Г. Шеперд (1993) Достижение устойчивого использования возобновляемых ресурсов. Наука 262 : 828–829.

PubMed Google Scholar

Зеехаузен, О., Дж. Ван Альфен и Ф. Витте (1997) Разнообразию цихлид угрожает эвтрофикация, ограничивающая половой отбор. Наука 277 : 1808–1811.

CAS Google Scholar

Симмонс М. Дж. И Дж. Ф. Кроу (1977) Мутации, влияющие на приспособленность в популяциях Drosophila . Ежегодный обзор генетики 11 : 49–78.

PubMed CAS Google Scholar

Смит Ф. А., Дж. Л. Бетанкур и Дж. Х. Браун (1995) Эволюция размеров тела лесной крысы за последние 25 000 лет изменения климата. Наука 270 : 2012–2014.

CAS Google Scholar

Суле, М.(1980) Пороги выживания: поддержание приспособленности и эволюционного потенциала, стр. 151–169. В М. Суле и Б. А. Уилкокс (ред.) Биология сохранения: эволюционно-экологическая перспектива . Sinauer Associates, Сандерленд.

Google Scholar

Стокс, Т.К., Дж. М. Макглейд и Р. Лоу (ред.) (1993) Эксплуатация развивающихся ресурсов . Конспект лекций по биоматематике, т. 99. Springer-Verlag, Берлин.

Google Scholar

Томас, Дж. У., Э. Д. Форсман, Дж. Б. Линт, Э. К. Меслоу, Б. Р. Нун и Дж. Вернер (1990) Стратегия сохранения северной пятнистой совы . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия

Google Scholar

Витаусек П. М. (1988) Разнообразие и биологические инвазии океанических островов, стр. 181–189. В г.О. Уилсон (ред.) Биоразнообразие . Национальная академия прессы, Вашингтон, округ Колумбия.

Google Scholar

Уэйн, Р. К. (1996) Генетика сохранения у Canidae. С. 75–118. В Дж. К. Авис и Дж. Л. Хэмрик (ред.) Сохранение генетики: истории болезни природы . Чепмен и Холл, Нью-Йорк.

Google Scholar

Райт, С. (1940) Селекционная структура популяций по отношению к видообразованию. Американский натуралист 74 : 232–248.

Google Scholar

Райт, С. (1969) Генетика и эволюция популяций. Vol. 2. Теория частот генов . Издательство Чикагского университета, Чикаго.

Google Scholar

Янг, Т. П. (1994) Естественная гибель крупных млекопитающих: значение для сохранения. Биология сохранения 8 : 410–418.

Google Scholar

Экологические и антропогенные факторы, влияющие на вероятность появления Oncomegas wageneri (Cestoda: Trypanorhyncha) в южной части Мексиканского залива | Паразиты и переносчики

1.

Burge CA, Mark EC, Friedman CS, Froelich B., Hershberger PK, Hofmann EE, et al. Изменение климата влияет на морские инфекционные заболевания: последствия для управления и общества.Annu Rev Mar Sci. 2014; 6: 249–77.

Артикул Google Scholar

2.

Лафферти К.Д. Экологическая паразитология: что паразиты могут рассказать нам о воздействии человека на окружающую среду? Паразитол сегодня. 1997; 13: 251–5.

CAS Статья PubMed Google Scholar

3.

Хадсон П.Дж., Лафферти К.Д., Добсон А.П. Паразиты и экологические системы: заражена ли здоровая экосистема? Trends Ecol Evol.2006; 21: 381–5.

Артикул PubMed Google Scholar

4.

Видаль-Мартинес В.М., Печ Д., Сурес Б., Пурукер С.Т., Пулин Р. Могут ли паразиты действительно проявлять воздействие на окружающую среду? Trends Parasitol. 2010; 26: 44–51.

Артикул PubMed Google Scholar

5.

Холт Э.А., Миллер SW. Биоиндикаторы: использование организмов для измерения воздействия на окружающую среду. Nat Educ. 2011; 3: 8.

Google Scholar

6.

Borja Á, Muxika I. Руководство по использованию AMBI (морского биотического индекса AZTI) при оценке экологического качества бентоса. Mar Pollut Bull. 2005; 50: 787–9.

CAS Статья PubMed Google Scholar

7.

Диас Р.Дж., Солан М., Валенте, РМ. Обзор подходов к классификации бентических местообитаний и оценке качества местообитаний.J Environ Manage. 2004. 73: 165–81.

Артикул PubMed Google Scholar

8.

Ранасинге Дж. А., Вайсберг С. Б., Смит Р. В., Монтань Д. Е., Томпсон Б., Окден Дж. М. и др. Калибровка и оценка пяти индикаторов состояния бентического сообщества в двух местах обитания в заливе Калифорнии и эстуариях. Mar Pollut Bull. 2009; 59: 5–13.

CAS Статья PubMed Google Scholar

9.

Teixeira H, Weisberg SB, Borja Á, Ranasinghe JA, Cadien DB, Velarde RG, et al. Калибровка и проверка морского биотического индекса AZTI (AMBI) для морских заливов Южной Калифорнии. Ecol Indic. 2012; 12: 84e95.

Артикул Google Scholar

10.

Warwick RM. Исследования воздействия окружающей среды на морские сообщества: прагматические соображения. Austral J Ecol. 1993; 18: 63–80.

Артикул Google Scholar

11.

Райт Дж. Биомониторинг водных бентосных макробеспозвоночных на юге Коста-Рики в поддержку мониторинга водосборов на уровне сообществ. Онтарио, Канада: докторская диссертация, Йоркский университет; 2010.

Google Scholar

12.

Твидли Дж. Р., Уорвик Р. М., Кларк К. Р., Поттер И. AMBI семейного уровня пригоден для использования в северо-восточной части Атлантического океана, но не для оценки состояния микропливных эстуариев Австралии. Прибрежный шельф эстуара С. 2014; 141: 85–96.

Артикул Google Scholar

13.

Курис А. Хосты как острова. Am Nat. 1980; 116: 570–86.

Артикул Google Scholar

14.

Hechinger RF, Lafferty KD, Huspeni TC, Brooks AJ, Kuris AM. Могут ли паразиты быть индикаторами свободно живущего разнообразия? Взаимосвязь между видовым богатством и численностью личинок трематод, местного бентоса и рыб. Oecologia.2007; 151: 82–92.

Артикул PubMed Google Scholar

15.

Маккензи К., Уильямс Х. Х., Уильямс Б., Маквикар А. Х., Сиддалл Р. Паразиты как индикаторы качества воды и потенциального использования передачи гельминтов в исследованиях загрязнения морской среды. Adv Parasit. 1995; 35: 85–144.

CAS Статья Google Scholar

16.

Perez-del Olmo A, Raga JA, Kostadinova A, Fernandez M.Сообщества паразитов в Boops Boops (L.) (Sparidae) после разлива нефти Prestige: обнаруживаемые изменения. Мар Опрос Бык. 2007. 54: 266–76.

CAS Статья Google Scholar

17.

Перес-дель-Ольмо А., Фернандес М., Рага Дж. А., Костадинова А., Моранд С. Не все есть повсюду: расстояние распада сходства в морской системе паразит-хозяин. J Biogeogr. 2009; 36: 200–9.

Артикул Google Scholar

18.

Marcogliese DJ. Паразиты суперорганизма: индикаторы здоровья экосистемы? Int J Parasit. 2005; 35: 705–16.

Артикул Google Scholar

19.

Андерсон Т.К., Сухдео MVK. Связь между видовым богатством сообщества и богатством сообщества паразитов в Fundulus heteroclitus . J Parasitol. 2013; 99: 391–6.

Артикул PubMed Google Scholar

20.

Huspeni TC, Lafferty KD. Использование личинок трематод, паразитирующих на улитках, для оценки проекта восстановления солончаков. Ecol Appl. 2004. 14: 795–804.

Артикул Google Scholar

21.

Хечингер РФ, Лафферти К.Д., Курис А.М. Трематоды указывают на биоразнообразие животных в чилийской приливной зоне и в озере Танганьика. J Parasitol. 2008; 94: 966–8.

Артикул PubMed Google Scholar

22.

Pech D, Vidal-Martínez VM, Aguirre-Macedo ML, Gold-Bouchot G, Herrera-Silveira JA, Zapata-Pérez O, et al. Клетчатый фугу ( Spheroides testudineus ) и его гельминты как биоиндикаторы химического загрязнения прибрежных лагун Юкатана. Sci Total Environ. 2009; 407: 2315–24.

CAS Статья PubMed Google Scholar

23.

Альтман И., Байерс Дж. Э. Крупномасштабная пространственная изменчивость сообществ паразитов под влиянием антропогенных факторов.Экология. 2014; 95: 1876–87.

Артикул PubMed Google Scholar

24.

Элит Дж., Литвик Дж. Приоритетность сохранения с использованием моделей распределения видов. В: Moilanen A, Wilson KA, Possingham H, редакторы. Приоритезация пространственной консервации: количественные методы и вычислительные инструменты. Оксфорд: издательство Оксфордского университета; 2009. с. 70–93.

Google Scholar

25.

Кемпф А., Стельценмюллер В., Акимова А., Флоетер Дж. Пространственная оценка взаимоотношений хищник-жертва в Северном море: влияние абиотических свойств среды обитания на пространственное перекрытие между 0-группой трески и серой морской казаркой. Fish Oceanogr. 2013; 22: 174–92.

Артикул Google Scholar

26.

Thuiller W, Münkemüller T. Моделирование пригодности местообитаний. В: Моллер А.П., Фидлер В., Бертольд П., редакторы. Влияние изменения климата на птиц.Оксфорд: издательство Оксфордского университета; 2005. с. 77–85.

Google Scholar

27.

Араужо М.Б., Тоусенд-Петерсон А. Использование и неправильное использование моделирования биоклиматической оболочки. Экология. 2012; 93: 1527–39.

Артикул PubMed Google Scholar

28.

Peterson AT, Ortega-Huerta MA, Bartley J, Sánchez-Cordero V, Soberón J, Buddemeier RH и др. Будущие прогнозы мексиканской фауны при сценариях глобального изменения климата.Природа. 2002; 416: 626–9.

CAS Статья PubMed Google Scholar

29.

Замбрано Л., Мартинес-Мейер Э., Менезес Н., Петерсон А.Т. Инвазионный потенциал карпа ( Cyprinus carpio ) и нильской тилапии ( Oreochromis niloticus ) в американских пресноводных системах. Может ли J Fish Aquat Sci. 2006; 63: 1903–10.

Артикул Google Scholar

30.

Трехо И., Мартинес-Мейер Э, Каликсто-Перес Э, Санчес-Колон С. Анализ воздействия изменения климата на растительные сообщества и млекопитающих в Мексике. Атмосфера. 2011; 24: 1–14.

Google Scholar

31.

Элит Дж., Литвик Дж. Модели распределения видов: экологическое объяснение и предсказание в пространстве и времени. Анну Рев Экол Эвол С. 2009; 40: 677–97.

Артикул Google Scholar

32.

Rombouts I, Beaugranda G, Dauvinb JC. Возможные изменения в распределении бентической макрофауны в проливе Ла-Манш, смоделированные в соответствии со сценариями изменения климата. Прибрежный шельф эстуара С. 2012; 99: 153–61.

Артикул Google Scholar

33.

García-Cuellar JA, Arreguín-Sánchez F, Hernández-Vázquez S, Lluch-Cota DB. Impacto ecológico de la industry petrolera en la sonda de Campeche, Мексика, tras tres décadas de actividad: una revisión.Interciencia. 2004; 29: 311–9.

Google Scholar

34.

Vidal-Martínez VM, Aguirre-Macedo ML, Del Rio-Rodríguez R, Gold-Bouchot G, Rendón-Von Osten J, Miranda-Rosas G. в качестве биоиндикаторов химического загрязнения в Кампече-Саунд, Мексика. J Helminthol. 2006; 80: 159–74.

Артикул PubMed Google Scholar

35.

Palm H. Untersuchungen zur Systematik von Russelbandwurmern (Cestoda: Trypanorhyncha) aus atlantischen Fischen. Доктортитель. Институт меховой Меерескунде-ан-дер-Кристиан-Альбрехт-Университет Киля. 1995.

Google Scholar

36.

Mattis TE. Развитие двух тетраринхидных цестод из северной части Мексиканского залива. Диссертация. Университет Южного Миссисипи. 1986.

Google Scholar

37.

Видаль-Мартинес В.М., Кеннеди CR, Агирре-Маседо ML. Процесс структурирования сообщества макропаразитов экспериментальной популяции Cichlasoma urophthalmus во времени. J Helminthol. 1998. 72: 199–208.

Артикул PubMed Google Scholar

38.

Хортал Дж., Борхес П.А.В, Гаспар С. Оценка эффективности оценщиков видового богатства: чувствительность к размеру зерна пробы. J Anim Ecol. 2006. 75: 274–87.

Артикул PubMed Google Scholar

39.

Торрес-Иринео Э., Джастин-Аманде Дж., Гертнер Д., Дельгадо Де Молина А., Муруа Х., Чаванс П. и др. Видовой состав прилова с течением времени при кошельковом промысле тунца в восточной части тропического Атлантического океана. Biodivers Conserv. 2014; 23: 1157–73.

Артикул Google Scholar

40.

Gold-Bouchot G, Sima-Alvarez R, Zapata-Pérez O, Güemez-Ricalde J.Гистопатологические эффекты нефтяных углеводородов и тяжелых металлов на американскую устрицу ( Crassostrea virginica ) из Табаско, Мексика. Мар Опрос Бык. 1995; 31: 439–45.

CAS Статья Google Scholar

41.

Gold-Bouchot G, Zavala-Coral M, Zapata-Pérez O, Ceja-Moreno V. Концентрации углеводородов в устрицах ( Crassostrea virginica ) и недавних отложениях из трех прибрежных лагун в Табаско, Мексика.B Environ Contam Tox. 1997; 59: 430–7.

CAS Статья Google Scholar

42.

Strickland JDH, Parsons TR. Практическое руководство по анализу морской воды, т. 167. Отава: Бюллетень Совета по исследованиям рыболовства Канады; 1972 г.

Google Scholar

43.

Comisión Oceanográfica Intergubernamental. Determinacion de los hidrocarburos del petróleo en los sedimentos.Manuales y Guías 11. Париж; 1982.

44.

UNEP / FAO / IAEA / IOC. Отбор проб отобранных морских организмов и подготовка проб для анализа хлорированных углеводородов. Справочные методы исследований загрязнения морской среды № 12 Ред. 2. Париж; 1991.

45.

ФГБУ. Благополучие рыб. Информационный документ 2, Рыболовное общество Британских островов, Granta Information Systems, Кембридж: Великобритания; 2002.

46.

Сууронен П. Смертность рыбы, вылетающей из орудий лова трала.Рим: Технический документ ФАО по рыболовству 478; 2005. ФАО.

Google Scholar

47.

Sánchez-Gil P, Arreguín-Sanchez F, García-Abad MC. Экологические стратегии и привлечение Syacium gunteri (Pisces: Bothidae) в южной части Мексиканского залива. Neth J Sea Res. 1994; 32: 433–9.

Артикул Google Scholar

48.

Настроение A. В море случаются худшие вещи: благополучие пойманной в дикой природе рыбы.В: Фонд экологического образования рифов (REEF). 2010. http://fishcount.org. Присоединился 29 декабря 2014 г.

Google Scholar

49.

Scholz T, Aguirre-Macedo ML. Метацеркарии трематод, паразитирующих на пресноводных рыбах в Мексике: переоценка. В: Сальгадо-Мальдонадо Г., Гарсиа-Альдрете А.Н., Видаль-Мартинес В.М., редакторы. Паразиты многоклеточных животных в Неотропах: экологические, систематические и эволюционные перспективы. Памятный том, посвященный 70-летию Института биологии, Национальный автономный университет Мексики.Мексика DF: Национальный автономный университет Мексики; 2000. с. 85–99.

Google Scholar

50.

Видаль-Мартинес В.М., Агирре-Маседо М.Л., Маклафлин Дж. П., Хечингер Р.Ф., Харамилло А.Г., Шоу Дж. К. и др. Дигейские метацеркарии рыб из лагун атолла Пальмира в Восточном Индо-Тихоокеанском регионе. J Helminthol. 2012; 86: 493–509.

Артикул PubMed Google Scholar

51.

Тот LM, Кэмпбелл Р.А., Шмидт Г.Д. Пересмотр Oncomegas Dollfus, 1929 (Cestoda: Trypanorhyncha; Eutetrarhynchidae), описание двух новых видов и комментарии по их классификации. Syst Parasitol. 1992; 22: 167–87.

Артикул Google Scholar

52.

Schaeffner BC, Beveridge I. Описание нового вида трипаноринхов (Cestoda) с индонезийского Борнео с подавлением Oncomegoides и появлением нового рода Hispidorhynchus .J Parasitol. 2012; 98: 408–14.

Артикул PubMed Google Scholar

53.

Боркар Д., Лежандр П., Драпо П. Выделение пространственного компонента экологической изменчивости. Экология. 1992; 73: 1045–55.

Артикул Google Scholar

54.

Боркар Д., Лежандр П., Авуа-Жаке С., Туомисто Х. Анализ пространственной структуры экологических данных в нескольких масштабах.Экология. 2004; 85: 1826–32.

Артикул Google Scholar

55.

Боркар Д., Лежандр П. Масштабный пространственный анализ экологических данных с помощью главных координат соседних матриц. Модель Ecol. 2002. 153: 51–68.

Артикул Google Scholar

56.

Santana-Piñeiros AM, Pech D, Vidal-Martínez VM. Пространственная структура сообществ паразитов гельминтов язычковой рыбы Symphurus plagiusa с побережья Кампече, южная Мексика.Int J Parasitol. 2012; 42: 911–20.

Артикул Google Scholar

57.

Хофнер Б., Майр А., Робинзонов Н., Шмид М. Повышение в R на основе моделей — Практическое руководство с использованием пакета R mboost. Comput Stat. 2012; 29: 3–35.

Артикул Google Scholar

58.

Бюльманн П. Повышение качества линейных моделей больших размеров. Ann Stat. 2006; 34: 559–83.

Артикул Google Scholar

59.

Zuur AF, Ieno EN, Walker NJ, Савельев А.А., Смит GM. Модели смешанных эффектов и расширения в экологии с Р. Нью-Йорк: Springer Science + Business Media; 2009.

Книга. Google Scholar

60.

Мэлони К.О., Шмид М., Веллер Д.Е. Применение аддитивного моделирования и повышения градиента для оценки воздействия характеристик водораздела и участка на речные сообщества. Методы Ecol Evol. 2012; 3: 116–28.

Артикул Google Scholar

61.

Лежандр П. Пространственная автокорреляция: беда или новая парадигма? Экология. 1993; 74: 1659–73.

Артикул Google Scholar

62.

Kneib T, Hothorn T, Tutz G. Выбор переменных и выбор модели в моделях геоаддитивной регрессии. Биометрия. 2009; 65: 626–34.

Артикул PubMed Google Scholar

63.

Hothorn T, Müller J, Schroëder B, Kneib T, Brandl R.Разложение экологических, пространственных и пространственно-временных компонентов распределения видов. Ecol Monogr. 2011. 81: 329–47.

Артикул Google Scholar

64.

Основная группа разработчиков R. R: Язык и среда для статистических вычислений. Вена, Австрия: Фонд R для статистических вычислений; 2013. http://www.R-project.org. По состоянию на 21 октября 2014 г.

Google Scholar

65.

Филлипс SJ, Андерсон Р.П., Шапир RE. Максимальное энтропийное моделирование географического распределения видов. Модель Ecol. 2006; 190: 231–59.

Артикул Google Scholar

66.

Меров К., Смит М.Дж., Силандер Дж.А. Практическое руководство по MaxEnt для моделирования распределения видов: что он делает и почему важны входные данные и настройки. Экография. 2013; 36: 1058–69.

Артикул Google Scholar

67.

Soberón J, Peterson AT. Интерпретация моделей фундаментальных экологических ниш и ареалов видов. Биодиверс Информ. 2005; 2: 1–10.

Артикул Google Scholar

68.

Лобо Дж. М., Хименес-Вальверде А., Реал Р. AUC: вводящий в заблуждение показатель эффективности моделей прогнозирующего распределения. Global Ecol Biogeogr. 2008; 17: 145–51.

Артикул Google Scholar

69.

Барве Н., Барве В., Хименес-Вальверде А., Лира-Норьега А., Махер С.П., Петерсон А.Т. и др. Решающая роль доступной территории в моделировании экологической ниши и моделировании распространения видов. Модель Ecol. 2011; 222: 1810–9.

Артикул Google Scholar

70.

Кэмпбелл Р.А., Хэдрих Р.Л., Манро Т.А. Паразитизм и экологические отношения среди глубоководных донных рыб. Mar Biol. 1980; 57: 301–13.

Артикул Google Scholar

71.

Брей RA. Батиметрическое распределение дигенеевых паразитов глубоководных рыб. Folia Parasit. 2004. 51: 268–74.

Артикул Google Scholar

72.

Бен-Дэвид А. Сравнение точности классификации с использованием взвешенной каппы Коэна. Expert Sys Appl. 2008; 34: 825–32.

Артикул Google Scholar

73.

Элит Дж., Грэм Х.С., Андерсон П.Р., Дудик М., Ферье С., Гизан А.Новые методы улучшают предсказание распространения видов на основе данных о встречаемости. Экография. 2006; 29: 129–51.

Артикул Google Scholar

74.

Петерсон А.Т., Папеш, Соберон Дж. Переосмысление приложений анализа рабочих характеристик приемника в моделировании экологической ниши. Модель Ecol. 2008, 213: 63-72.

75.

Хосмер Д.В., Лемешоу С. Прикладная логистическая регрессия. Нью-Йорк: Уайли; 2000.

Книга Google Scholar

76.

Вальтер С.Д. Частичная площадь под сводной кривой ROC. Stat Med. 2005; 24: 2025–2040.

CAS Статья PubMed Google Scholar

77.

Лю К., Уайт М., Ньюэлл Г. Измерение и сравнение точности моделей распределения видов с данными присутствия-отсутствия. Экография. 2011; 34: 232–43.

CAS Статья Google Scholar

78.

Peterson AT.Моделирование ниши: оценка модели. Биодиверс Информ. 2012; 8: 41.

Артикул Google Scholar

79.

Эскобар Л. Е., Петерсон А. Т., Фави М., Юнг В., Понс Д. Д., Медина-Фогель Г. Экология и география передачи двух линий бешенства, переносимого летучими мышами, в Чили. PLoS Negle Trop Diss. 2013; 7: e2577.

Артикул Google Scholar

80.

Barve N. Инструмент для частичного ROC. Версия 1.2008. http://kuscholarworks.ku.edu/dspace/handle/1808/ 10059. Дата публикации 11 июля 2014 г.

Google Scholar

81.

Робин X, Терк Н., Хайнард А., Тиберти Н., Лизачек Ф., Санчес Дж. К. и др. pROC: пакет с открытым исходным кодом для R и S + для анализа и сравнения кривых ROC. BMC Bioinformatics. 2011; 12: 77.

PubMed Central Статья PubMed Google Scholar

82.

Hijmans RJ, Phillips S, Leathwick J, Elith J.Пакет «Дисмо». 2011. http://cran.r-project.org/web/packages/dismo/index.html. Принято: 31 июля 2014 г.

83.

Пепе М., Лонгтон Дж., Джейнс Х. Оценка и сравнение кривых рабочих характеристик приемника. Стата Дж. 2009; 9: 1–16.

PubMed Central PubMed Google Scholar

84.

Филипс С.Дж., Дудик М., Элит Дж., Грэм С.Х., Леманн А., Литвик Дж. И др. Смещение выборки и модели распределения только по присутствию: последствия для фоновых данных и данных псевдо-отсутствия.Ecol Appl. 2009; 19: 181–97.

Артикул PubMed Google Scholar

85.

Сентено-Шале О.А., Агирре-Маседо М.Л., Голд-Бушо Г., Видаль-Мартинес В.М. Воздействие химического загрязнения, связанного с разливом нефти, на паразитов гельминтов мексиканской камбалы Cyclopsetta chittendeni из пролива Кампече, Мексиканский залив. Ecotox Environ Safe. 2015; 119: 162–9.

Артикул Google Scholar

86.

Тэтчер В.Э. Исследования цестод гибиножаберных рыб северной части Мексиканского залива. Часть I. Proc La Acad Sci. 1961; 23: 65–74.

Google Scholar

87.

Хасанати М., Савари А., Никпур Ю., Ганеми К. Оценка источников полициклических ароматических углеводородов в заливе Муса с помощью молекулярных соотношений. J Исследования окружающей среды. 2011; 37: 1–3.

Google Scholar

88.

igănuş D, Coatu V, Lazăr L, Oros A, Spînu AD. Идентификация источников полициклических ароматических углеводородов в отложениях румынского сектора Черного моря. Cercetări Marine. 2013; 43: 187–96.

Google Scholar

89.

Канадский совет министров окружающей среды. Канадские рекомендации по качеству донных отложений для защиты водной флоры и фауны: полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Виннипег: Канадские руководящие принципы по качеству окружающей среды; 2004 г.

Google Scholar

90.

Юхас А.Л., Найду Р. Биоремедиация высокомолекулярных полициклических ароматических углеводородов: обзор микробной деградации бензо [а] пирена. Int Biodeter Biodegr. 2000. 45: 57–88.

CAS Статья Google Scholar

91.

Ревело-Ромо Д., Гомес-Пердомо М.И., Конча-Обандо М., Браво Д., Фернандес-Искьердо П. Характеристика гидрокарбонокластных морских бактерий с использованием гена 16 s rrna: тематическое исследование микрокосма.Дина. 2013; 80: 122–9.

Google Scholar

92.

Сингх А.К., Шерри А., Грей Н.Д., Джонс Д.М., Боулер Б.Ф.Дж., руководитель И.М. Кинетические параметры биодеградации сырой нефти, усиленной питательными веществами, в приливных морских отложениях. Front Microbiol. 2014; 5: 1–13.

Артикул Google Scholar

93.

Атлас Р., Брэгг Дж. Биоремедиация морских нефтяных разливов: когда, а когда нет — опыт Exxon Valdez.Microbiol Technol. 2009; 2: 213–21.

CAS Google Scholar

94.

Pietrock M, Marcogliese DJ. Свободноживущие стадии эндогельминтов: во власти условий окружающей среды. ТРЕПАР. 2003; 19: 293–9.

Google Scholar

95.

Le Yen TT, Rijsdijk L, Sures B, Hendriks AJ. Накопление стойких органических загрязнителей в паразитах. Chemosphere. 2014; 108: 145–51.

Артикул Google Scholar

96.

García-Abad MC, Yáñez-Arancibia A, Sánchez-Gil P, Tapia-Garcia M. Distribución, воспроизводство и питание Syacium gunteri Gingsburg (Рыбы: Bothidae), en el Golfo de México. Rev Biol Trop. 1992; 39: 27–34.

Google Scholar

Существенные антропогенные изменения климатических классов с 1950 года

Антропогенные воздействия, в которых преобладает рост концентраций парниковых газов (ПГ), весьма вероятно, способствовали глобальному и региональному потеплению с 1950 года ^1,2,3,4,5 и, вероятно, повлияли на осадки на суше ^5,6,7,8,9 .Долгосрочные изменения климатических классов также являются важными индикаторами климатических изменений. Климатические классы Кеппена предназначены для объяснения наблюдаемого распределения биомов, которое имеет множество резких границ из-за чувствительности растений к пороговым значениям среднемесячной температуры и осадков и их годового цикла ^10,11 . Кеппен или аналогичные классификации использовались для оценки потенциальных воздействий прошлого и прогнозируемого будущего климата на преобладающие экорегионы в региональном и глобальном масштабах ^{10,11,12,13,14,15,16,17,18,19} .Например, согласно прогнозам, основные типы климата Кеппена сильно сместятся в сторону более теплого и засушливого климата (умеренного, тропического и засушливого), при этом типы климата на 31,4% и 46,3% глобальной суши, по прогнозам, изменятся к 2100 году в соответствии с RCP4.5 и RCP8. .5 сценариев соответственно ²⁰ .

Однако до сих пор не ясно, можно ли уже обнаружить значительные изменения типов климата в наблюдениях и можно ли объяснить такие изменения внешним антропогенным воздействием. В этом исследовании используются обновленные пороговые значения ¹¹ для пяти основных климатических классов (методов) на основе климатических данных в конкретном месте, при этом тесты выполняются в следующем порядке, чтобы всегда назначать уникальный климатический класс: засушливый (класс B), тропический (класс A). , Полярный (класс E), умеренный (класс C), континентальный (класс D).Чтобы уменьшить вероятностное влияние краткосрочной изменчивости климата и продлить период с доступными данными, 15-летнее плавное сглаживание применяется ко всем переменным как в данных наблюдений, так и в данных модели. Мы вычисляем климатические классификации Кеппена на основе данных наблюдений с привязкой к сетке и данных моделей по сравнению с 1950 г., чтобы разработать четыре индекса, описывающих распределение типов климата: (1) процент площади суши в мире с существенным изменением типа климата с 1950 года; (2) общая площадь, занятая каждым основным типом климата; (3) усредненная абсолютная широта каждого основного типа климата; и (4) средняя высота каждого основного типа климата.Сначала оцениваются изменения этих показателей и их статистическая значимость, а также оценивается относительная роль внешнего антропогенного и естественного воздействия в этих изменениях.

Мы в основном используем глобальный набор данных о температуре и осадках с координатной сеткой 0,5 ° ^21,22 Университета Делавэра (UD), обновленный до 2010 года, для расчета типа климата Кеппена в каждой ячейке сетки. Набор данных UD использовался в других исследованиях классификации климата Кеппен ²⁰ .Поля температуры и осадков в наборе данных UD сильно интерполированы, а средние региональные значения в определенной степени отражают изменения в охвате данными как во времени, так и в пространстве. Для сравнения мы используем два других набора данных для проверки устойчивости и согласованности обнаруженных изменений индексов типа климата в наборе данных UD, включая набор данных о месячной температуре и осадках с координатной сеткой 0,5 ° Университета Восточной Англии (CRU_TS_3.22). ) ²³ и поле месячных аномалий температуры ²⁴ Института космических исследований Годдарда (GISS) с координатной сеткой 2 ° × 2 °.Набор данных CRU заполняет все ячейки сетки, но фактически имеет нулевые аномалии в ячейках сетки без станций в пределах 1200 км, в то время как набор данных температуры GISS считает такие ячейки сетки «отсутствующими». Такие «интерполированные» блоки в UD и CRU почти идентичны «отсутствующим» блокам в GISS (см. Дополнительный рисунок S4). Даже при различных процедурах разработки значений с координатной привязкой годовые и долгосрочные значения из этих наборов данных очень хорошо согласуются. Поскольку GISS не предоставляет набор данных об осадках, здесь осадки UD также усредняются по сетке GISS, а «набор данных GISS» относится к температуре GISS и зарегистрированным данным об осадках UD с разрешением 2 °.

Прогоны модели выбраны из набора данных CMIP5 ²⁵ , включая прогоны доиндустриального контроля (PI-CTL) для оценки статистики естественной изменчивости, исторические прогоны для различения природных и антропогенных факторов и прогоны прогнозов для оценки будущих изменений типа климата (дополнительная таблица S1 ). Для каждого основного типа климата мы применяем односторонний тест локальной значимости, чтобы определить, значительно ли наблюдаемые тенденции четырех индексов отличаются от нуля на 5% уровне значимости.

Наблюдаемые изменения индексов типа климата из набора данных UD

Для любого года из 54-летнего периода, процент площади суши в мире, которая испытала значительное изменение типа климата по сравнению с 1950 годом в наблюдениях или в первый год периода Можно рассчитать моделирование PI-CTL. На рис. 1а показана эволюция этого процента в 1951–2003 гг. В наблюдениях (черная сплошная линия) и 95 ^-й процентиль из 225 54-летних моделей PI-CTL (темно-серая заливка). Поскольку каждый год является средним годом 15-летней выборки, процент площади суши с измененным типом климата быстро увеличивается в первые 15 лет (поскольку перекрытие 15-летних периодов сокращается, так что 1966 г., или среднее значение 1958–1972 гг. , является первым периодом без перекрытия со средним значением 1950 г. или 1943–1957 гг.), затем стабилизируется (для 95 ^-го перцентиля штриховки или синей линии, потому что среднее имеет незначительное изменение) или медленно растет (для других линий, потому что средний климат изменился).Из рис. 1b, основанного на этих управляющих имитациях, естественная изменчивость обычно приводит к тому, что около 2–4% глобальной суши имеют другой основной тип климата, чем 54 года назад. На рис. 1a 95 ^-й процентиль площади суши с другим основным типом климата стабилизируется на уровне 4,1–4,2% для всех временных интервалов, превышающих 15-летний период усреднения в контрольных прогонах, поэтому распределение, как показано на рис. 1b для 54-летнего перерыва очень похожа для любого временного перерыва> 15 лет.Однако, основываясь на наблюдениях, область с основными изменениями типа климата становится постоянно больше нуля на уровне значимости 5%, начиная примерно с 1980 года. Это говорит о том, что значительные климатические сдвиги можно было обнаружить до недавнего резкого и ускоренного потепления.

Рисунок 1

( a ) Процент площади суши в мире с изменением типа климата каждый год по сравнению с 1950 по данным наблюдений UD (черная сплошная линия) и CRU (черная пунктирная линия) и HIST-ALL (желтый), HIST-GHG (красный) и HIST-NAT (синий) работают.Темным затенением показан 95 ^-й процентиль измененных типов климата относительно начального года, основанный на 54-летних выборках моделирования PI-CTL, как показано в ( b ), а светлым оттенком показан предполагаемый 95 ^-й процентиль, если дисперсия удваивается. ( b ) Распределение процентной доли площади, измененной за 54 года из-за внутренней изменчивости климата, на основе 225 образцов PI-CTL (серые столбцы) со средним значением 3,1%, обозначенным черной пунктирной линией. Вертикальные сплошные линии представляют собой наблюдаемые проценты глобальной суши с измененным климатическим классом в наборе данных UD (около 5.7%, черная линия) и набор данных CRU (около 5,6%, серая линия). ( c ) То же, что ( a ), но для набора данных GISS. ( d ) То же, что ( b ), но для набора данных GISS. В Panel ( d ) используются те же прогоны PI-CTL, что и в ( c ), но сетки усредняются с разрешением GISS, а расчеты исключают «отсутствующие» квадраты сетки GISS.

Географическое распределение наблюдаемых (1950–2003 гг., Без тренда) и вариаций контрольных прогонов модели CMIP5 среднегодовой приземной температуры воздуха (SAT) по сетке и осадков над сушей показано на дополнительном рис.S1. Общие особенности наблюдаемой изменчивости хорошо смоделированы с помощью многомодельного моделирования среднего по ансамблю. Модели CMIP5 имеют сравнимую или большую изменчивость температуры и осадков, чем наблюдаемая более 86% участков наземной сетки (за исключением Антарктики). Поэтому значение изменения на рис. 1а вряд ли можно переоценить. Однако более консервативный тест на удвоение дисперсии распределения 54-летнего процента площади, измененного из-за внутренней изменчивости климата на рис.1b дает альтернативную 95% кумулятивную вероятность на рис. 1a, показанную светло-серой штриховкой, и этот уровень постоянно превышается, начиная с 1996 года. Около 5,7% поверхности суши испытали сдвиги основных типов климата к 2003 году, и изменения разбросаны по всем основным типам вместо того, чтобы быть ограниченным одним или двумя.

На Рисунке 2 показаны линейные тренды индексов площади, широты и высоты с 1950 по 2003 год. Расширение (сжатие) со значимостью более 5% обнаруживается в засушливом (полярном) климате со скоростью 4.8 × 10 ⁵ (−2,8 × 10 ⁵ ) км ² декада ⁻¹ . Значительные сдвиги к полюсам обнаружены в умеренном, континентальном и полярном климате, составляющие в среднем 35,4, 16,2 и 12,6 км за декаду ^–1 , соответственно, и значительные сдвиги высот в тропическом и полярном климате в среднем на 3,0 и 14,3 м за декаду ^–1 , соответственно. Тенденции общих площадей и усредненных высот умеренного и континентального климата отрицательны и незначительны, но и то, и другое — сокращение континентального климата над регионами к югу от 55 ° с.ш. (−2.9 × 10 ⁵ км ² декада ⁻¹ ) и расширение континентального климата к северу от 55 ° с.ш. (2,2 × 10 ⁵ км ² декада ^-1 ) статистически значимы. Все типы климата показывают чистое движение к полюсу (рис. 2b) из-за расширения к полюсу климата A и B и сжатия климата C, D и E к полюсу. Даже если предполагаемая дисперсия каждой тенденции удвоена на рис. 2, вышеупомянутые существенные тенденции все равно могут быть обнаружены на уровне 5%.

Рис. 2

( a ) Линейные тренды в областях с 5 основными типами климата за 1950–2003 гг. С использованием набора данных UD; звездочки обозначают значимые тенденции на уровне 5%.Положительный тренд климата высокой широты (к северу от 55 ° с.ш.) D и отрицательный климат средней широты (к югу от 55 ° с.ш.) заштрихован синим цветом, а чистый отрицательный тренд климата D — темно-синим. ( b ) и ( c ) такие же, как ( a ), но для трендов средней абсолютной широты (положительное значение означает направление к полюсу) и высоты соответственно. ( d ) Карта, показывающая ячейки сетки с основным типом климата в 1950 году, который «исчез» (изменился на другой тип) к 2003 году. Ячейки сетки имеют размер 1 ° × 1 °.Цвета такие же, как и на верхних панелях. ( e ) то же самое, что ( d ), но для «новых» типов климата (к 2003 г.) в тех же ячейках сетки. Мы генерируем пять субпанелей ( a – e ) с помощью программного обеспечения Matlab и интегрируем их в этот рисунок с помощью Adobe Illustrator.

На рис. 2d, e показаны квадраты сетки с исчезающими и появляющимися типами климата с 1950–2003 гг. Наиболее заметной особенностью является глобальное распространение климата B (в основном полузасушливого) за счет климата C и климата средних широт D.Повышение температуры и уменьшение количества осадков примерно одинаково важны для расширения полузасушливого климата в Азии и западной части Северной Америки, в то время как вклад уменьшения количества осадков в увеличение полузасушливого климата намного больше, чем вклад температуры в Северной Африке, Южной Африке и Южной Америке . В целом температура и осадки играют одинаковую роль в расширении климата B (дополнительные рисунки S2d – e). В тропиках B заменяет климат A над северной Индией и южной Сахарой ​​из-за уменьшения количества осадков, но климат A возникает на юге Индии и на возвышенностях над Южной Америкой, северной Южной Африкой и северной Австралией, главным образом из-за повышения температуры.Вышеупомянутые изменения увеличивают среднюю высоту климата А. В регионах с низким уровнем моря к северу от 55 ° с.ш. на текущее распределение климата в восточной части страны, скорее всего, сначала повлияет усиление потепления, но более высокие высоты остаются достаточно холодными, чтобы поддерживать существующие климатические зоны. Замена климата E на климат D наблюдается над Аляской, северной Канадой, Сибирью и регионами Дальнего Востока в Азии и над Тибетским плато, что приводит к значительному сокращению и более высокому уровню климата E и сдвигу климата D и E.Повышение высоты климата A и E было сообщено в модельном исследовании ¹⁹ . Уменьшение площади климата C в основном вызвано переходом к климату A или B над большими регионами Южной Африки и Южной Америки, вызванным изменениями как температуры, так и количества осадков. Оба сдвига климата с D на C на больших территориях над Европой и Восточной Азией из-за повышения температуры и климата с B на C над Южной Америкой из-за увеличения количества осадков способствуют значительному сдвигу климата C.

Изменения в типах климата обычно не видны в интерполированных или «отсутствующих» прямоугольниках, которые в основном находятся в Сахаре, Южной Африке, Среднем Востоке, Юго-Восточной Азии, северной части Южной Америки, Гренландии и Антарктиде (рис. S2d – e). Большинство земельных участков без метеостанции в пределах 1200 км чрезвычайно сухие или холодные (или в тропических лесах), а климат не приближается к пороговому значению основного типа. Следовательно, результаты значительных изменений процентного индекса площади суши и основных климатических индексов на рисунках 1, 2 не зависят от интерполированных ячеек сетки.

Чувствительность к различным наборам данных наблюдений

Наборы данных UD и CRU дают очень похожие результаты обнаружения изменения типа климата (Таблица 1). Доля площади суши в мире, которая испытала серьезное изменение типа климата по сравнению с 1950 годом, имеет почти идентичную тенденцию в обоих наборах данных (рис. 1a, b). Расширение, превышающее 5%, обнаруживается в районах с засушливым климатом и континентальным климатом к северу от 55 ° с.ш. со скоростью 4,2 × 10 ⁵ и 2,3 × 10 ⁵ км ² декады ^-1 соответственно, тогда как значительное сокращение полярного климата и континентального климата к югу от 55 ° с.ш. обнаружено при –2.9 × 10 ⁵ и −3,2 × 10 ⁵ км ² декада ⁻¹ соответственно. Значительные сдвиги к полюсам обнаруживаются в умеренном, континентальном и полярном климате в среднем на 45,6, 17,1 и 9,8 км за декаду ^–1 соответственно. Значительные сдвиги высот в тропическом и полярном климате также обнаружены в среднем на 3,1 и 17,6 м за декаду ^–1 соответственно. Вышеупомянутые изменения и аналогичные результаты ячеек сетки с исчезающими и появляющимися типами климата с 1950–2003 гг. Для набора данных CRU показаны на дополнительном рис.S3.

Таблица 1 Линейные тенденции общей площади, занимаемой каждым основным типом климата, средняя абсолютная широта каждого основного типа климата; и усредненная высота каждого основного типа климата в наборах данных UD, CRU и GISS.

Основные результаты также воспроизводятся с использованием набора данных GISS (Таблица 1). Различия частично связаны с большим размером ячейки сетки, чем с другими наборами данных, и тем, что «недостающие» ячейки сетки исключаются из числителя и знаменателя вычислений. На рис. 1c – d показан процент площади суши, на которой произошли изменения основных климатических классов с 1950 года на основе набора данных GISS.Процент площади с изменением типа климата с начала 1990-х годов превысил 5% -ный уровень значимости. Около 6,5% поверхности суши испытали изменения основных типов климата к 2003 г., что значительно больше нуля на уровне значимости 5%, даже если дисперсия распределения процентной доли площади, измененной за 54 года из-за внутренней изменчивости климата на рис .1d удваивается.

Изменения трех показателей площади, абсолютной широты и высоты перечислены в таблице 1 и показаны на дополнительном рис.S4 для набора данных GISS. Основные результаты практически не меняются для B-Area, E-Area, C-Latitude и D-Latitude. Тенденции E-широты и E-возвышения по-прежнему значительны, но увеличение по величине больше, чем для набора данных UD, из-за множества «пустых» квадратов сетки над Антарктикой и Гренландией (рис. S4d – e). Тенденция A-Elevation незначительна, что все еще можно объяснить «пустыми» ячейками сетки над большими территориями Бразилии и Анголы, в то время как в наборе данных UD эти области способствуют росту A-Elevation.Новая климатическая карта, основанная на наборе данных GISS (рис. S4e), почти идентична карте из набора данных UD (рис. 2e).

Эти результаты теста чувствительности предполагают, что значительные изменения в основных типах климата устойчивы и согласованы между различными наборами данных, поэтому мы используем набор данных UD в следующем исследовании атрибуции.

Атрибуция значимых изменений индексов типа климата

Для определения возможной роли внешних антропогенных и естественных радиационных воздействий в вышеуказанных климатических сдвигах четыре индекса рассчитываются на основе многомодельных усредненных исторических симуляций CMIP5, вызванных наблюдаемыми изменениями состава атмосферы ( включая антропогенные воздействия, такие как парниковые газы и сульфатные аэрозоли, и естественные воздействия, такие как извержения вулканов и изменения солнечной энергии, называемые HIST-ALL), только воздействия парниковых газов (HIST-GHG) или только естественные воздействия (HIST-NAT).В дополнительной таблице S1 перечислены выбранные прогоны модели ²⁵ , в которых используются исторические данные, заканчивающиеся 2005 г. (среднее значение за последние 15 лет сосредоточено в 1998 г.). На рисунке 1а показаны многомодельные ансамблевые средние процентной доли мировой суши с изменением типа климата с 1950 года. К 1998 году около 4,5%, 6,0% и 3,7% поверхности суши испытали изменения основных типов климата в HIST- Моделирование ALL, HIST-GHG и HIST-NAT соответственно. Моделирование HIST-ALL и HIST-GHG довольно хорошо воспроизводит широкомасштабную картину наблюдаемых изменений типа климата, вызванных температурой, в наборе данных UD (дополнительные рисунки S2f – g), включая появление тропического климата над Юго-Юго-Восточной Азией, Юго-Восточной Африкой и Северо-Западом. оконечность Южной Америки и Южного полушария, расширение климата B в средних широтах Северного полушария и смещение климата E на D в высоких широтах.

На рис. 1a, c, как обсуждалось ранее, все кривые показывают быстрый рост процента площади суши в мире, на которой до 1966 года происходило сильное изменение типа климата из-за уменьшения совпадения 15-летних периодов с 1950 (1943 год). –1957), за которым следовало либо небольшое постоянное изменение, либо его отсутствие, либо постепенный рост. В 1966 году наблюдения и все средние значения моделирования показали изменения основных типов климата с 1950 года примерно на 3,7% мировой суши. Это немного превышает среднее значение (~ 3,1%) распределения, показанного на рис.1b (который отражает среднюю естественную изменчивость, созданную моделью), но любой тренд, включенный в этот период, не достигает 95% статистической значимости.

Для значимых тенденций на рис. 2 на рис. 3 показаны соответствующие тенденции для средних значений многомодельных значений HIST-ALL, HIST-GHG и HIST-NAT. Для каждого основного типа климата эксперименты HIST-ALL и HIST-GHG качественно воспроизводят все существенные наблюдаемые тенденции. Двухсторонний тест на согласованность проводится для определения того, значительно ли отличается разница между наблюдаемым и смоделированным трендом от нуля при уровне достоверности 90% для каждого индекса основного типа климата.Наблюдаемые тенденции согласуются с таковыми в прогоне HIST-ALL, за исключением того, что моделируемое расширение климата B меньше наблюдаемого, что объясняется выводом о том, что модели недооценивают наблюдаемые тенденции осадков ^8,26 . Под последовательным мы подразумеваем, что наблюдаемая тенденция находится в пределах 90% доверительного интервала, полученного путем объединения неопределенности для среднего по ансамблю принудительного модельного тренда с неопределенностью, оцененной из контрольных прогонов. Тенденции HIST-NAT невелики и имеют противоположный знак всем значимым наблюдаемым тенденциям.На рис. 3 увеличение содержания хорошо смешанных парниковых газов (на основе HIST-GHG) является основным фактором значительных изменений основных типов климата, но результаты HIST-GHG завышают большинство тенденций, поскольку они не учитывают компенсирующие охлаждающие факторы, такие как сульфатные аэрозоли.

Рисунок 3

Существенные наблюдаемые тенденции (черные столбцы), отмеченные * на рис. 2 , и соответствующие имитированные тенденции индексов за 1950–1998 годы; желтые, красные и синие полосы обозначают запуски HIST-ALL, HIST-GHG и HIST-NAT соответственно. Каждая полоса ошибок слева от наблюдаемой тенденции представляет собой стандартное отклонение (σ) такой тенденции, оцененное по 225 выборкам 54-летних контрольных прогонов CMIP5, и представляет естественную изменчивость наблюдаемой или смоделированной тенденции. Смоделированные тренды, существенно отличающиеся от наблюдаемых на уровне 5%, отмечены ромбами. Единицы измерения: 2 × 10 ⁵ м ² декада ^-1 для площади, 10-километровая декада ^-1 для широты и 5-метровая декада ^-1 для индексов высоты.

Прогнозы изменений индексов климатического типа

Усиление засушливого и тропического климата сжимает территории, занятые климатом C и D, в субтропики и умеренные широты. Хотя наблюдения показывают незначительное сокращение климата C и расширение климата A до 2010 г., прогнозы (дополнительный рис. S5) указывают на ускорение изменений территорий для этих двух основных климатов примерно после 2006 г. до значительного уровня к 2020 г., в то время как значительное расширение климата B и сокращение климата средних широт (к югу от 55 ° с.ш.) D продолжается под обоими RCP 4.5 и сценарии RCP 8.5. Связанные с прогнозируемым расширением климатов A и B, тенденции средней абсолютной широты этих двух типов климата, по прогнозам, достигнут статистической значимости к 2020 году. Согласно прогнозам, в следующие десятилетия сдвиги в сторону полюсов в климатах C и E будут ускоряться. Прогнозируется, что к 2100 году значительное увеличение средней высоты над уровнем моря в тропическом и полярном климате продолжится, в то время как снижение средней высоты климата C, как ожидается, достигнет статистической значимости примерно к 2020 году.Эти результаты предполагают, что прогнозируемые будущие изменения температуры и осадков могут вызвать новые возникающие значительные сдвиги в основных глобальных климатических режимах. Некоторые из этих возникающих антропогенных сигналов о типах климата будут обнаружены в следующем десятилетии.

Парниковые газы | Отчет EPA об окружающей среде (ROE)

Каковы тенденции выбросов и концентраций парниковых газов и их влияние на здоровье человека и окружающую среду?

Значение парниковых газов

Парниковые газы, такие как углекислый газ, метан, закись азота и некоторые синтетические химические вещества, улавливают часть исходящей энергии Земли, таким образом удерживая тепло в атмосфере.Это удержание тепла вызывает изменения в радиационном балансе Земли — балансе между энергией, полученной от Солнца и излучаемой Землей, — которые изменяют климат и погодные условия в глобальном и региональном масштабах.

Многочисленные доказательства подтверждают, что деятельность человека является основной причиной глобального потепления последних 50 лет. ¹ Природные факторы, такие как колебания солнечной энергии, вулканическая активность, орбита Земли, углеродный цикл и другие, также влияют на радиационный баланс Земли.Однако, начиная с конца 1700-х годов, чистым глобальным эффектом деятельности человека было постоянное увеличение концентрации парниковых газов.

Это изменение концентраций вызывает потепление и влияет на различные аспекты климата, включая температуру приземного воздуха и океана, осадки и уровень моря. Здоровье человека, сельское хозяйство, водные ресурсы, леса, дикая природа и прибрежные районы уязвимы для изменения климата.

Многие парниковые газы чрезвычайно долгоживущи в атмосфере, а некоторые остаются в воздухе от десятков до сотен лет после выброса.Эти долгоживущие парниковые газы глобально смешиваются с атмосферой, и их концентрации отражают прошлый и недавний вклад источников выбросов во всем мире. Другие, такие как тропосферный озон, имеют относительно короткое время жизни в атмосфере.

Начало страницы

---

Другие факторы, влияющие на изменение климата

Помимо парниковых газов, другие связанные факторы, включая другие радиационно важные вещества и альбедо, могут изменить климат Земли.

• Другие радиационно важные вещества: Некоторые вещества технически не являются парниковыми газами из-за своего физического состояния, но тем не менее они влияют на энергетический баланс Земли. Некоторые из них, например сульфатные аэрозоли, обладают отрицательным радиационным воздействием, которое может привести к охлаждающим эффектам. Другие, такие как сажа или сажа, способствуют потеплению.
• Альбедо: Альбедо — это количество солнечной радиации, отраженной от объекта или поверхности, в данном случае от поверхности Земли.Природные и человеческие факторы могут влиять на альбедо в глобальном масштабе (через изменения в крупномасштабных объектах, таких как полярные ледяные щиты) или в локальном или региональном масштабе (например, из-за увеличения количества темных мощеных поверхностей, поглощающих энергию, по сравнению со светлыми мощеными поверхностями, которые отражают энергию).

Хотя этот вопрос ROE не касается радиационно важных веществ или альбедо, оба фактора важны для понимания энергетического баланса планеты и того, каким образом деятельность человека может повлиять на этот баланс. ²

Начало страницы

---

Парниковые газы и их источники

Некоторые парниковые газы выбрасываются исключительно в результате деятельности человека (например, синтетические галоидоуглероды). Другие возникают естественным путем, но их уровень повышен из-за воздействия человека (например, углекислый газ). Антропогенные источники возникают в результате деятельности, связанной с энергетикой (например, сжигание ископаемого топлива в электроэнергетическом и транспортном секторах), сельского хозяйства, изменений в землепользовании, деятельности по управлению отходами и их очистке, а также различных промышленных процессов.Основные парниковые газы включают двуокись углерода, метан, закись азота и различные синтетические химические вещества.

• Двуокись углерода широко считается наиболее важным антропогенным парниковым газом, поскольку в настоящее время на нее приходится наибольшая часть потепления, связанного с деятельностью человека. Двуокись углерода возникает естественным образом как часть глобального углеродного цикла, но деятельность человека увеличила атмосферную нагрузку из-за сжигания ископаемого топлива и других источников выбросов.Естественные поглотители, удаляющие углекислый газ из атмосферы (например, океаны, растения), помогают регулировать концентрации углекислого газа, но деятельность человека может нарушить эти процессы (например, вырубка лесов) или усилить их.
• Метан поступает из многих источников, включая деятельность человека, такую ​​как добыча угля, производство и распределение природного газа, разложение отходов на свалках и процессы пищеварения в животноводстве и сельском хозяйстве. Природные источники метана включают водно-болотные угодья и термитники.
• Закись азота выделяется в результате сельскохозяйственной и промышленной деятельности, а также при сжигании твердых отходов и ископаемого топлива.
• Различные синтетические химические вещества , такие как гидрофторуглероды, перфторуглероды, гексафторид серы и другие синтетические газы, выделяются в результате коммерческого, промышленного или бытового использования.
• Известно, что многие другие газы удерживают тепло в атмосфере. Примеры включают водяной пар, который возникает естественным образом как часть глобального круговорота воды, и озон, который естественным образом встречается в стратосфере и находится в тропосфере в основном благодаря деятельности человека.

Каждый парниковый газ обладает разной способностью поглощать тепло в атмосфере из-за различий в количестве и типе энергии, которую он поглощает, а также разном «времени жизни» или времени, в течение которого он остается в атмосфере.

Например, потребуются тысячи молекул углекислого газа, чтобы сравняться с согревающим эффектом одной молекулы гексафторида серы — самого мощного парникового газа — с точки зрения способности поглощать тепло, по оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата ( МГЭИК). ³ Чтобы облегчить сравнение газов, которые имеют существенно разные свойства, МГЭИК разработала набор показателей, называемых «потенциалами глобального потепления».

Начало страницы

---

Воздействие изменения климата

Изменение климата по-разному влияет на общество и экосистемы. Например:

• Ожидается, что более теплый климат повысит риск заболеваний и смертей, связанных с жарой, и увеличит некоторые виды загрязнения воздуха.
• В более теплом климате ожидаются более суровые периоды жары, наводнения и засухи. Это может снизить урожайность.
• Повышение уровня моря может привести к эрозии и затоплению прибрежных экосистем и уничтожению водно-болотных угодий.
• Изменение климата может изменить место обитания видов и способы их взаимодействия, что может коренным образом изменить существующие экосистемы.

Эти и другие аспекты изменения климата разрушают жизнь людей и наносят ущерб некоторым секторам экономики США. ⁴ Это побудило многие правительства штатов и местные органы власти подготовиться к этим воздействиям посредством «адаптации» (т. Е. Планирования изменений, которые, как ожидается, произойдут).

Начало страницы

---

Показатели ROE

ROE представляет шесть индикаторов, показывающих тенденции выбросов парниковых газов и связанных с ними воздействий на окружающую среду: выбросы парниковых газов, концентрации парниковых газов, использование энергии, температура и осадки, уровень моря и температура поверхности моря.

• Выбросы. По некоторым оценкам, совокупные выбросы парниковых газов в стране, которые напрямую связаны с деятельностью человека, увеличились на 7 процентов в период с 1990 по 2014 год. Сжигание ископаемого топлива является основным источником антропогенных выбросов парниковых газов в стране.
• Концентрации. Данные об атмосферных концентрациях парниковых газов имеют исключительно длительные исторические записи, причем данные по некоторым газам охватывают несколько сотен тысяч лет.Для углекислого газа, метана и закиси азота исторический контекст, представленный ледяными кернами, показывает, что нынешние концентрации в атмосфере беспрецедентны за последние 800 000 лет и демонстрируют, что недавнее повышение уровней отражает влияние деятельности человека.
• Удары. Показатели представляют собой убедительное свидетельство того, что многие фундаментальные показатели климата в Соединенных Штатах меняются. Средние температуры в 48 смежных штатах повысились с 1901 года, при этом темпы потепления увеличились с конца 1970-х годов.Общее годовое количество осадков увеличилось в Соединенных Штатах и ​​на суше по всему миру. С 1901 года общее количество осадков в 48 смежных штатах увеличивалось в среднем на 0,17 дюйма за десятилетие. Температура поверхности океана повысилась во всем мире в течение 20 ^— века, и средние температуры поверхности в течение последних трех десятилетий были выше, чем в любое другое время с тех пор, как в конце 1800-х годов начались повсеместные измерения.

  Наконец, при усреднении по всем океанам мира, уровень моря повышался примерно на шесть десятых дюйма за десятилетие с 1880 года, и темпы повышения ускорились в последние годы до более чем одного дюйма за десятилетие.Информацию и убедительные доказательства о гораздо более широком диапазоне воздействий изменения климата можно найти в Индикаторах изменения климата Агентства по охране окружающей среды в США и в научной литературе.

Есть несколько ограничений, связанных с показателями ROE парниковых газов.

• Выбросы. Тенденции выбросов основаны в основном на оценках, которые имеют неопределенности, присущие основным инженерным расчетам и методологиям оценки.Неопределенность в оценках выбросов различается для разных газов и источников, хотя оценочные выбросы из некоторых из крупнейших источников (например, выбросы углекислого газа от сжигания ископаемого топлива) считаются очень точными. ⁵

  Один пробел в индикаторе выбросов заключается в том, что в кадастре парниковых газов Агентства по охране окружающей среды не отслеживаются все парниковые газы или все источники выбросов. Примерами парниковых газов, не включенных в кадастр, являются озон и отдельные хлорфторуглероды. Наиболее заметными источниками, не отслеживаемыми в инвентаризации, являются природные источники, такие как метан из водно-болотных угодий, двуокись углерода и метан от таяния вечной мерзлоты, а также множественные выбросы вулканов.

• Концентрации. Хотя данные о концентрациях полностью характеризуют тенденции для двуокиси углерода (наиболее важного антропогенного парникового газа) и других тщательно изученных газов, всеобъемлющие глобальные данные недоступны для других радиационно важных веществ, таких как сажа и аэрозоли. Хотя эти вещества технически не являются парниковыми газами, отслеживание тенденций в концентрациях этих веществ важно из-за их способности изменять энергетический баланс Земли.
• Удары. Изменение климата может повлиять на общество и экосистемы разными способами. Например, изменение климата может изменить вероятность экстремальных погодных явлений, повлиять на урожайность сельскохозяйственных культур, повлиять на здоровье человека, вызвать изменения в лесах и других экосистемах и даже повлиять на энергоснабжение. Показатели ROE были разработаны для нескольких климатических мер, которые наиболее напрямую связаны с выбросами и концентрацией парниковых газов и имеют особенно длительные и многочисленные записи.Информацию о гораздо более широком спектре воздействий изменения климата можно найти в «Индикаторах изменения климата» Агентства по охране окружающей среды США и в научной литературе.

Начало страницы

---

Список литературы

^[1] Melillo, J.M., T.C. Ричмонд и Г. Йохе (ред.). 2014. Воздействие изменения климата в Соединенных Штатах: Третья национальная оценка климата. Программа исследования глобальных изменений США.

^[2] Подробную информацию об этих связанных факторах можно найти в различных научных публикациях, например, подготовленных Межправительственной группой экспертов по изменению климата, группой, сформированной Всемирной метеорологической организацией для компиляции и обобщения растущего объема научной литературы. по изменению климата.

^[3] Межправительственная группа экспертов по изменению климата. 2013. Изменение климата 2013: Основы физических наук Выход. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный доклад МГЭИК. Кембридж, Соединенное Королевство: Издательство Кембриджского университета.

^[4] Melillo, J.M., T.C. Ричмонд и Г. Йохе (ред.). 2014. Воздействие изменения климата в Соединенных Штатах: Третья национальная оценка климата. Программа исследования глобальных изменений США.

^[5] U.S. Агентство по охране окружающей среды. 2016. Инвентаризация выбросов и поглотителей парниковых газов в США: 1990-2014 гг. EPA 430-R-16-002.

Начало страницы

Глава 15 ~ Экологические стрессоры — Экология

Ключевые понятия

После завершения этой главы вы сможете:

1. Опишите факторы стресса окружающей среды, их причины и то, как экосистемы реагируют на изменения их интенсивности.
2. Объясните разницу между загрязнением и загрязнением.
3. Приведите примеры природных стрессоров и объясните, как знание о них может помочь нам понять антропогенные факторы стресса.
4. Обозначьте различия между токсикологией, экологической токсикологией и экотоксикологией.
5. Объясните разницу между добровольными и непроизвольными рисками.
6. Определите, как проводится оценка риска прогнозируемого воздействия токсичного химического вещества.

Экологические стрессоры (стрессоры) — это факторы, влияние которых ограничивает продуктивность, репродуктивный успех и развитие экосистемы (см. Главу 9).В некоторой степени стрессоры влияют на все организмы, а также на их популяции, сообщества и экологические ландшафты (ландшафты и морские пейзажи). Стрессоры могут иметь естественное происхождение и быть связаны с такими воздействиями окружающей среды, как:

• конкуренция, хищничество, болезни и другие взаимодействия между организмами
• ограничения, связанные с климатом или недостаточным или избыточным питанием, влажностью или пространством
• нарушения, такие как лесные пожары и ураганы

Воздействие естественных стрессоров не всегда отрицательно.Некоторые люди, группы населения и сообщества могут получить выгоду от воздействия естественного стресса, в то время как другим будет нанесен определенный ущерб.

Тем не менее, стрессоры, связанные с деятельностью человека, оказывают наиболее серьезное влияние на виды и экосистемы. Слишком часто антропогенные стрессоры наносят серьезный ущерб ресурсам, необходимым для поддержания жизни людей и их экономики, а также естественному биоразнообразию и экосистемам.

Изображение 15.1. Лесные пожары, ураганы и нашествия насекомых могут быть серьезными нарушениями, влияющими на экосистемы в ландшафтном масштабе.На этой фотографии показан древостоев тсуги (Tsuga canadensis), погибшей в результате нескольких лет дефолиации местной мотылькой (Iridopsis ephyraria) в Новой Шотландии. Источник: Б. Фридман.

Экологические стрессоры могут проявляться в виде интенсивных кратковременных разрушительных воздействий, также известных как нарушения. В качестве альтернативы, стрессоры могут оказывать свое влияние в течение длительного периода времени, то есть хроническим образом. Взаимодействие организмов со стрессором в определенном месте и в определенное время называется воздействием.Воздействие может быть мгновенным или может накапливаться с течением времени. Если воздействие достаточно интенсивное, оно вызовет какое-то биологическое или экологическое изменение, называемое реакцией. Однако важно понимать, что отдельные лица, популяции и сообщества способны переносить стрессовые факторы различной интенсивности без значительного ущерба. Другими словами, определенные пороги биологической или экологической устойчивости должны быть превышены до того, как будет нанесен ущерб (Изображение 15.2).

Изображение 15.2. Стрессоры — это факторы окружающей среды, которые влияют на организмы и экосистемы. Они могут существовать при различной интенсивности воздействия, как предполагает метафора водопроводного крана, чей циферблат, повернув вправо, увеличит поток воды или уменьшит или остановит его, если повернуть в другую сторону. Для фактических стрессоров, если порог биологической или экологической толерантности будет превышен, произойдет реакция. Источник: Б. Фридман.

Ущерб возникает, когда один или несколько факторов стресса вызывают реакцию, которую можно интерпретировать как ухудшение качества окружающей среды.Такие ответные меры могут включать болезнь или смерть, вызванные воздействием пестицидов на диких животных, или снижение продуктивности экосистем, или угрозу уязвимым элементам биоразнообразия. В этой главе мы исследуем концептуальную основу для изучения ущерба, причиненного стрессорами. В следующих 11 главах мы имеем дело с конкретными видами стрессоров и изучаем тематические исследования того вида ущерба, который они могут причинить.

Виды стрессоров

Различные виды стрессоров окружающей среды сгруппированы в классы, хотя они не являются полностью исключительными.

• Физический стресс — это нарушение, при котором происходит интенсивное воздействие кинетической энергии, которое наносит ущерб местам обитания и экосистемам. Примеры включают такие разрушительные события, как ураган или торнадо, сейсмическая морская волна (цунами), извержение вулкана, взрыв или топтание тяжелой техники или пешеходов.
• Лесные пожары — еще одно нарушение, связанное с неконтролируемым сжиганием биомассы экосистемы. Пожар может быть вызван людьми или естественным путем от молнии.Сильный пожар потребляет значительную часть биомассы экосистемы, но даже менее сильный лесной пожар может убить многие организмы, обжигая и отравляя токсичные газы.
• Химическое загрязнение происходит, когда одно или несколько веществ встречаются в концентрации, достаточно высокой, чтобы вызвать физиологические реакции в организмах, потенциально вызывая токсичность и экологические изменения. К химическим стрессорам относятся пестициды, газы, такие как озон и диоксид серы, и токсичные элементы, такие как мышьяк и ртуть. Загрязнение также может быть вызвано избытком питательных веществ, которые могут нарушить продуктивность и другие экологические функции.Обратите внимание, что простое присутствие потенциально токсичного агента не обязательно вызывает загрязнение. (Различие между загрязнением и загрязнением рассматривается далее в этой главе.)
• Термическое загрязнение вызывается выделением тепла (тепловой энергии) в окружающую среду, что приводит к экологическому стрессу, поскольку виды различаются по своей устойчивости к экстремальным температурам. Термическое напряжение может возникать в естественных источниках и подводных жерлах, куда попадает геологически нагретая вода. Это также связано со сбросами горячей воды с электростанций.
• Радиационный стресс вызывается чрезмерным воздействием ионизирующей энергии. Радиация может исходить от ядерных отходов или взрывов, или это может быть диагностическое рентгеновское излучение или энергия солнечного ультрафиолета.
• Климатический стресс связан с недостаточным или чрезмерным режимом температуры, влажности, солнечной радиации, ветра или их комбинаций.
• Биологические стрессоры связаны с взаимодействиями, происходящими между организмами, такими как конкуренция, травоядность, хищничество, паразитизм и болезни.Например, особи одного или разных видов могут конкурировать за основные ресурсы, запасы которых ограничены. Травоядность, хищничество, паразитизм и болезни — это трофические взаимодействия, при которых один вид эксплуатирует другой. Эксплуатация может быть антропогенной, например, когда люди собирают урожай диких животных или деревьев, или может быть естественной, возможно, связанной с дефолиативными насекомыми или болезнетворными патогенами.
• Биологическое загрязнение происходит, когда люди выпускают организмы за пределы их естественного ареала.Это может быть интродукция чужеродных видов, которые вторгаются в естественные места обитания и изменяют их, или это может быть выброс патогенов в окружающую среду через сбросы неочищенных сточных вод.

Изображение 15.3. Биологическое «загрязнение» возникает, когда виды вводятся в места обитания за пределами их естественного ареала, где они могут нанести экологический ущерб. Этот неместный люпин (Lupinus polyphyllus) был завезен в восточную Канаду, где он растет в садах и вдоль дорог.Хотя это привлекательный полевой цветок, он вытесняет местные растения. Источник: Б. Фридман.

Экологические ответы

Экосистема, пострадавшая от нарушения, обычно страдает от смертности среди своих видов, наряду с повреждением ее структурных свойств (таких как видовой состав и распределение биомассы) и функциональных характеристик (таких как продуктивность и круговорот питательных веществ). После того, как событие возмущения закончилось, начинается процесс последовательного восстановления.Если сукцессия будет продолжаться достаточно долго, она восстановит другую зрелую экосистему, возможно, аналогичную той, которая существовала до нарушения.

Хронические стрессоры действуют в течение более длительных периодов времени (а не как события), и они включают климатические факторы и многие виды химического и термического загрязнения. В зависимости от интенсивности воздействия организмы могут подвергаться острой токсичности, приводящей к повреждению тканей или даже смерти, или менее очевидным хроническим повреждениям, приводящим к снижению продуктивности.

Воздействие более интенсивных стрессоров окружающей среды может привести к эволюционным изменениям, если отдельные организмы различаются по своей толерантности и эти различия имеют генетическую основу. В таких условиях естественный отбор в пользу толерантных особей в конечном итоге приведет к повышению толерантности на уровне популяции. На уровне сообществ относительно уязвимые виды будут сокращены или исчезнут из среды обитания, если интенсивность стресса заметно возрастет. Затем ниши этих видов могут быть заняты более терпимыми членами сообщества или вторгшимися видами, способными использовать стрессовую, но слабо конкурентную среду обитания.

Продолжительное усиление стресса приведет к долгосрочным экологическим изменениям. Рассмотрим, например, случай, когда новый металлургический завод построен в лесном ландшафте. Если плавильный завод выделяет токсичный газообразный диоксид серы, токсический стресс повредит древесные растения в лесу и в конечном итоге заставит их уступить место размером с куст и травянистой растительности. Если длительный стресс будет чрезвычайно серьезным, ландшафт может полностью потерять свою растительность. Подобные повреждения действительно имели место вокруг ряда канадских плавильных заводов, например, недалеко от Садбери (Глава 16).

Этот вид экологического ущерба связан с изменениями в составе и преобладании видов в сообществах, в пространственном распределении биомассы и в таких функциях, как продуктивность, разложение подстилки и круговорот питательных веществ. Поскольку плавильный завод является дискретным точечным источником экологического стресса, экологические реакции в конечном итоге стабилизируются в виде градиентов изменения сообщества, которые распространяются наружу, по ветру или вниз по течению от источника загрязнения.

Интенсивность стрессора может также уменьшаться во времени и пространстве.Когда это происходит, экологические реакции во многих отношениях противоположны ущербу, который возникает при усилении стресса. Эти изменения представляют собой процесс восстановления через преемственность. В случае медеплавильных заводов в Садбери выбросы загрязняющих веществ значительно сократились из-за внедрения технологий контроля загрязнения. Это привело к гораздо меньшему токсическому стрессу в окружающей среде, что позволило произойти некоторому восстановлению окружающей среды (главы 16 и 18).

Экологи описали общие характеристики экосистем, которые подвергались серьезному стрессу в течение определенного периода времени.В целом, когда экологический стресс значительно усиливается (например, из-за увеличения загрязнения), наблюдаются следующие изменения:

• Повышение смертности, особенно наиболее уязвимых видов
• Видовое богатство уменьшается
• Истощаются запасы биогенных веществ и биомассы
• скорость дыхания сообщества превышает скорость производства, поэтому чистая продукция становится отрицательной.
• чувствительных вида заменены более устойчивыми
• высших хищников и крупных видов могут быть потеряны из экосистемы
• ранее самоподдерживающиеся экосистемы могут потребовать активного управления для поддержания их желаемых характеристик, например, для поддержания сокращающихся популяций редких или экономически ценных видов, которые оказались под угрозой исчезновения

Экосистемы, которые хронически подвергаются сильному стрессу (например, тундра с климатическим стрессом), в конечном итоге стабилизируются.Как правило, стабильные экосистемы имеют низкое видовое богатство, простые по структуре и функциям, и в них преобладают относительно небольшие долгоживущие виды. Кроме того, у них низкие показатели продуктивности, разложения и круговорота питательных веществ.

Если усиление экологического стресса имеет антропогенную причину, то возникающие в результате экологические изменения часто рассматриваются как ущерб и рассматриваются как ухудшение качества окружающей среды и экологической целостности (эти термины рассматриваются в главе 27).

Изображение 15.4. Природные нарушения, такие как лесные пожары, инициируют процесс экологического восстановления, известный как сукцессия. На этой фотографии изображен выгоревший участок северного леса недалеко от Инувика в Северо-Западных территориях. В сообществе на этой ранней стадии сукцессии преобладает травянистое растение, называемое кипреем (Epilobium angustifolium). Источник: Б. Фридман.

Загрязнение вызвано воздействием химикатов или энергии с интенсивностью, превышающей допустимую для организмов.Таким образом, загрязнение считается произошедшим, когда может быть доказано, что организмы подверглись токсичности или могут быть продемонстрированы другие виды экологического ущерба. Загрязнение может затронуть людей и другие виды, а также сообщества и экологические ландшафты. Загрязнение часто вызывается воздействием химикатов в достаточно больших концентрациях, чтобы отравить хотя бы некоторые организмы. Однако загрязнение также может быть вызвано нетоксичными воздействиями, такими как чрезмерное удобрение водного объекта, выброс отработанного тепла в окружающую среду или сброс неочищенных сточных вод, содержащих патогенные микроорганизмы.

Загрязнение относится к гораздо более распространенным ситуациям, в которых потенциально опасные факторы стресса присутствуют в окружающей среде, но их интенсивность слишком мала, чтобы причинить измеримый ущерб. Например, определенное химическое вещество может присутствовать в более высокой концентрации, чем обычно встречается в окружающей среде. Однако, если его концентрация слишком мала, чтобы вызвать измеримую токсичность по крайней мере для некоторых организмов или повлиять на другие экологические компоненты или процессы, химическое вещество является скорее загрязнителем, чем загрязнителем.

Фактически, металлы, такие как алюминий, кадмий, свинец, ртуть и цинк, присутствуют во всех частях окружающей среды, включая все организмы, по крайней мере в следовых концентрациях. Если пределы обнаружения доступной аналитической химии достаточно чувствительны, это «универсальное загрязнение» металлами может быть легко продемонстрировано. Хотя все металлы (и любые другие химические вещества) потенциально токсичны, они должны присутствовать в достаточно высокой концентрации в течение достаточно длительного периода времени, чтобы фактически отравить организмы и нанести экологический ущерб.Другими словами, воздействие должно превышать биологические допуски, прежде чем будет нанесен ущерб, и можно будет сказать, что произошло загрязнение.

Загрязнение и отравление часто оценивают с упором на человека. Люди решают, наносит ли загрязнение «ущерб» в каком-то месте и в какое-то время, и насколько серьезными могут быть последствия. Этот антропоцентрический уклон имеет тенденцию, вполне естественно, в пользу людей и тех видов, сообществ и функций экосистем, которые признаны поддерживающими человеческую экономику или могут быть оценены по другим причинам, таким как эстетика.

Интересно, что некоторые виды, сообщества и экологические процессы действительно выиграют от большинства видов загрязнения. Например, определенные виды могут воспользоваться экологическими возможностями, которые открываются, когда загрязнение снижает численность ранее доминировавших видов. Многие тематические исследования, описанные в следующих главах, касаются ситуаций, в которых условно-патогенные виды растений, животных и микроорганизмов выиграли от экологических изменений, вызванных загрязнением.

Загрязнение может быть естественным

Загрязнение вызвано не только деятельностью человека — в некоторых случаях это чисто природное явление. «Естественные» источники загрязнения включают выбросы твердых частиц и газов, таких как двуокись серы из вулканов, просачивание нефти на дно океана, высокие концентрации металлов в определенных почвах и породах, а также тепло геотермальных источников. Природное загрязнение может вызвать серьезные экологические изменения (которые люди могут рассматривать как своего рода ущерб).Последствия могут быть столь же сильными, как и те, что вызваны антропогенным загрязнением. Тем не менее, хотя факт естественного загрязнения интересен и хорошо известен, он не оправдывает деятельность человека, наносящую подобный ущерб.

Исследования экологических последствий естественного загрязнения могут дать представление о потенциальных долгосрочных последствиях антропогенных выбросов. Это связано с тем, что многие примеры естественного загрязнения являются древними, и возникающие в результате модели экологических изменений могут быть аналогичны тем, которые были вызваны более поздними антропогенными выбросами.

Один интересный пример произошел на Курящих холмах в Северо-Западных территориях. Это глухая дикая местность, на которую мало влияют люди. В нескольких местах вдоль побережья и близлежащих рек эрозия обнажила залежи битумного сланца. Эти богатые углеродом отложения спонтанно воспламеняются в разных местах, тлеют веками и окуривают близлежащую тундру диоксидом серы. SO2 токсичен для растений, а также вызывает повышение кислотности почвы и воды.Природное загрязнение нанесло серьезный ущерб наземным и водным средам обитания в тундре на Дымящихся холмах (см. Главу 16).

Другой пример естественного загрязнения происходит, когда богатые металлами минералы встречаются близко к поверхности земли, что создает токсичные условия для растительности. Например, экологи растений изучили почву, содержащую «змеевидные» минералы, богатые никелем и кобальтом. Когда они встречаются в высоких концентрациях, эти металлы токсичны для большинства растений.В местах обитания, содержащих серпентиновые минералы, формируется своеобразное растительное сообщество, в котором преобладают низкорослые виды, способные выдерживать токсический стресс богатой металлами почвы (см. Главу 18).

Еще один случай естественного загрязнения связан с определенными видами морского фитопланктона, которые иногда становятся многочисленными и наносят экологический ущерб. В случаях, называемых токсичным цветением, эти водоросли выделяют биохимические вещества, которые являются ядовитыми для широкого круга животных, подвергающихся воздействию через пищевую сеть.В некоторых случаях горбатые киты умирали в море после поедания рыбы, загрязненной сакситоксином, мощным нейротоксином, синтезируемым динофлагеллатными водорослями. Токсины водорослей также представляют опасность для людей, употребляющих рыбу, загрязненную этим и другими химическими веществами, такими как домоевая кислота.

Исследование и обсуждение естественного загрязнения является полезным и информативным в экологической науке. Однако в этой книге мы подчеркиваем загрязнение, вызванное деятельностью человека, и связанный с этим ущерб. Это разумное внимание, поскольку антропогенное загрязнение быстро растет во многих странах, включая Канаду.Следовательно, существует острая необходимость избегать или управлять ущербом, который загрязнение может нанести людям, а также природным экосистемам.

Антропогенное загрязнение

В современном мире огромное количество загрязнений связано с деятельностью человека. Это нанесло серьезный ущерб здоровью человека, а также управляемым и естественным экосистемам. Люди вызывают загрязнение по-разному, и мы рассмотрим их в следующих главах. Чаще всего антропогенное загрязнение связано с этими видами деятельности:

• случайные или преднамеренные выбросы в окружающую среду химических веществ, таких как диоксид серы, металлы, пестициды и нефть
• выброса веществ, которые вступают в реакцию в окружающей среде с синтезом более токсичных химикатов — это известно как вторичное загрязнение (как происходит, когда озон образуется в результате фотохимических реакций в атмосфере)
• выбросы химических веществ, разлагающих стратосферный озон, таких как хлорфторуглероды
• выбросы отработанного промышленного тепла, например, когда электростанция сбрасывает горячую воду в реку или озеро
• Сброс сточных вод или удобрений, содержащих биогенные вещества, в водоемы
• Выбросы парниковых газов, угрожающих глобальному климату
• выброса чужеродных видов, которые наносят ущерб, когда они вторгаются в управляемые или естественные места обитания, или являются патогенами людей, сельскохозяйственных культур или местных видов

Изображение 15.5. Многие виды деятельности человека приводят к выбросам загрязняющих веществ в окружающую среду. На этом изображении изображена дымовая труба длиной 380 м на металлургическом заводе недалеко от Садбери, Онтарио. Источник: Б. Фридман.

Нарушение — это эпизодическое, но интенсивное нарушение, которое причиняет серьезный биологический и экологический ущерб. За событием нарушения следует иногда длительный период экологического восстановления в процессе, известном как сукцессия. Есть два основных типа нарушений: нарушения, замещающие сообщество, и микронарушения.

• Возмущение, вызывающее замену сообществ, имеет обширные масштабы и приводит к катастрофическому разрушению одного или нескольких первоначальных сообществ. Природные примеры вызваны лесными пожарами, ураганами, лавинами и оледенением, а антропогенные — сплошными рубками и вспашкой. Эти крупномасштабные беспорядки могут сопровождаться последовательным восстановлением, которое в конечном итоге восстанавливает сообщество, подобное тому, что было разрушено. Более молодые сообщества в сукцессионной последовательности (или сериях) относительно динамичны по своим структурным и функциональным свойствам.Как правило, среди них преобладают виды, которые многочисленны только на начальных этапах восстановления, когда конкуренция не столь интенсивна. Изменения сообщества на более поздних стадиях несколько менее динамичны, пока не будет восстановлено сообщество на поздней стадии.
• Микроразрушение — это локальное нарушение, которое затрагивает только небольшую территорию в пределах остального нетронутого сообщества. Антропогенные микронарушения включают выборочную вырубку отдельных больших деревьев или отдельных животных, при этом сообщество остается нетронутым.Экологические изменения происходят относительно быстро в пределах участка среды обитания, который был затронут недавним микронарушением, но на уровне древостоя сообщество остается стабильным. Так называемая фазовая сукцессионная динамика встречается во всех естественных лесах, но особенно важна на более поздних стадиях сукцессии. Это особенно характерно для старых лесов, где отдельные деревья могут погибнуть от болезней, нападений насекомых или удара молнии, создавая брешь в неповрежденном кронштейне.

Естественное нарушение

Нарушение — это естественная сила, влияющая на все экосистемы.Например, лесной пожар может убить взрослые деревья на большой территории, но за этим разрушением следует последовательное восстановление. Пожары распространены в северных лесах и в подверженных засухе экосистемах, таких как прерии и саванна. В среднем ежегодно в Канаде горит около 2 миллионов гектаров леса, в основном в результате пожаров, вызванных молнией. Лесные пожары изменяют условия среды обитания, а также вызывают серьезное загрязнение, выбрасывая в атмосферу твердые частицы и газы, такие как углекислый газ и оксиды азота.

Другие природные факторы возмущения включают ураганы, торнадо, наводнения и даже оледенение (в течение геологического времени). Они также наносят крупномасштабный экологический ущерб, за которым следует сукцессионное восстановление. После оледенения, которое включает в себя длительное захоронение и истирание земли огромной массой льда, восстановление после таяния инициируется иммиграционными организмами, которые колонизируют сырой ландшафт.

Извержение вулкана или землетрясение может вызвать одну или несколько разрушительных океанских волн или цунами.В 1883 году катастрофическое извержение вулканического острова Кракатау в Индонезии вызвало 30-метровую волну цунами, унесшую жизни около 36 тысяч человек. В 2004 году в результате цунами в Индийском океане погибло более 225 тысяч человек (см. Global Focus 3.1). В 2011 году подводное землетрясение вызвало цунами высотой до 40,5 м, которое разрушило прибрежные районы, распространилось на 10 км вглубь суши по низменной местности, унесло жизни не менее 18 тысяч человек, разрушило сотни тысяч зданий и создало технологический ущерб. кризис при затоплении вывел из строя системы управления крупной атомной электростанцией.

Взрыв и жара в результате извержения вулкана также могут нанести ущерб экосистемам, как это произошло в 1980 году, когда вулкан Сент-Хеленс в Вашингтоне разразился более или менее боковым взрывом. В результате взрыва были разрушены 21 тыс. Га хвойных лесов, еще 10 тыс. Га погибли в результате теплового повреждения и были повреждены еще 30 тыс. Га. Были также разрушительные оползни, и огромная территория была покрыта выбросами твердых частиц (известными как тефра), которые выпали из атмосферы на глубину 50 см или более.

В результате извержения вулкана также может быть выброшено огромное количество диоксида серы, твердых частиц и других загрязняющих веществ в атмосферу.Около 2-5 миллионов тонн SO2 (выраженного в виде содержания серы или SO2-S) выбрасываются вулканами в течение обычного года, а отдельное извержение может привести к выбросу более 1 миллиона тонн. Этот природный SO2 способствует подкислению осадков и нанесению другого ущерба окружающей среде (Глава 19).

Естественные вспышки популяций (вторжения) травоядных, хищников или патогенов также могут нанести серьезный ущерб естественной среде обитания. Например, еловая червь (Choristoneura fumiferana) периодически дефолирует огромные площади хвойных лесов на востоке Канады (более 55 миллионов гектаров в 1975 году).Это вызывает значительную гибель деревьев пихты и ели и другой экологический ущерб (Глава 22). Недавняя вспышка горного соснового жука (Dendroctonus ponderosae) нанесла столь же обширный ущерб сосновым лесам на западе Канады и северо-западе США, затронув около 36 миллионов га. Морским примером является зеленый морской еж (Strongylocentrotus droebachiensis), который иногда вторгается в скалистые сублиторальные места обитания у Новой Шотландии. Эти беспозвоночные могут чрезмерно выпасать зрелый «лес» ламинарии и агарум, в результате чего образуется «бесплодная почва» с гораздо меньшей продуктивностью и биомассой.После гибели популяции морских ежей лес ламинарии быстро восстанавливается.

Микронарушения также являются обычным явлением для природных экосистем. Примеры этих мелкомасштабных нарушений включают гибель отдельных больших деревьев в пределах нетронутого в остальном леса, возможно, вызванного болезнью или несчастным случаем (например, ударом молнии). Это создает естественный зазор в кроне деревьев, под которым происходит микросцессия, поскольку растения конкурируют за использование временных ресурсов, таких как дополнительный свет.Листва взрослых деревьев в конечном итоге заполняет пробел. Точно так же смерть отдельной коралловой головы внутри неповрежденного рифа инициирует микросцессию в этой морской экосистеме.

Экологи пытаются понять последствия стихийных бедствий и применить эти знания для разработки систем управления, которые позволяют собирать ресурсы или иным образом использовать их при одновременном контроле экологического ущерба. Например, понимание характеристик нарушений фазы разрыва в старовозрастном лесу может помочь в разработке системы выборочной лесозаготовки, которая имитирует режим естественных нарушений.Использование такой системы оставит физическую и экологическую целостность леса практически неизменной, даже если отдельные деревья периодически заготавливаются для коммерческого использования. Эти люди будут заменены естественным возрождением. Принимая во внимание естественную динамику нарушения фазовых разрывов в старовозрастных лесах, сплошные рубки с последующей посадкой саженцев деревьев можно считать менее «естественной» системой управления. Тем не менее, сплошные рубки могут быть подходящей практикой для использования при лесозаготовках, адаптированных к нарушениям, заменяющим сообщества, таким как лесные пожары или нашествия насекомых (см. Главы 22 и 23).

Антропогенное нарушение

Люди также нарушают экосистемы различными способами, многие примеры которых описаны в следующих главах. Антропогенные нарушения связаны со многими видами деятельности, такими как преобразование экосистем, сбор природных ресурсов, интродукция чужеродных видов, строительство дорог и зданий, а также военные действия.

Заготовка как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов всегда вызывает нарушение экосистем.То же самое и послеуборочное управление возобновляемыми ресурсами. Например, сильное беспокойство вызывает вскрытие поверхности для добычи угля или нефтеносного песка. Точно так же вырубка леса путем сплошных рубок представляет собой нарушение, заменяющее сообщества, за которым следует восстановление через сукцессию. Дополнительные нарушения могут быть связаны с ведением лесоводства, например, скарификацией для подготовки земли к посадке саженцев деревьев и опрыскиванием гербицидами для уменьшения численности сорняков.Сбор урожая также может быть избирательным, например, когда нацелены на сбор определенных видов или размеров деревьев или рыбы. Это может быть своего рода возмущением с разрывом фазы.

Преобразование природных экосистем в сельскохозяйственные или урбанизированные виды землепользования также представляет собой серьезное нарушение. В этих случаях сукцессионное восстановление тщательно контролируется, чтобы способствовать развитию антропогенной экосистемы. Обычно в местообитаниях преобладают чужеродные виды растений и животных, а иногда и кирпичи и бетон застроенной среды.Эти преобразования вытесняют почти все исконные аборигенные виды и естественные сообщества.

Люди намеренно или случайно завезли много видов за пределы их естественного ареала. Часто внедренные пришельцы вторгаются в естественную среду обитания в смысле вытеснения местных видов и причинения других видов экологического ущерба. Примеры из Северной Америки включают завоз мидий зебры (Dreissena polymorpha) в Великие озера, вербейника пурпурного (Lythrum salicaria) в водно-болотные угодья, а также скворцов (Sturnus vulgaris) и домашних голубей (горных голубей, Columba livia) в городских районах.

Warfare также вызывает широкий спектр заменяющих население и микроповреждений в виде взрывов, проезда тяжелых транспортных средств по ландшафту, разливов топлива и других токсичных химикатов, охоты с целью обеспечения продовольствием большого числа солдат и даже (как это происходило во время Вьетнамская война) обширное распыление гербицида на лесные и сельскохозяйственные угодья.

Антропогенные стрессоры в контексте

Подводя итог, можно сказать, что загрязнение и нарушение окружающей среды могут быть природными явлениями.С момента зарождения жизни оба этих фактора окружающей среды повлияли на структуру и функции экосистем. Однако в наше время загрязнение и нарушения, связанные с деятельностью человека, становятся все более серьезными причинами ущерба. Предотвращение антропогенного загрязнения и нарушения, а также устранение уже нанесенного ущерба являются одними из важнейших задач глобального экологического кризиса.

Токсикология — это наука об изучении ядов. Он исследует их химическую природу и влияние на физиологию организмов.Если доза (воздействие) достаточно велика, любое химическое вещество, даже вода, может вызвать отравление.

Экологическая токсикология — более широкая область, чем традиционная токсикология. Помимо изучения биологии отравления, он также изучает факторы окружающей среды, которые влияют на воздействие потенциально токсичных химических веществ на организмы. Важными темами экологической токсикологии являются следующие:

• оборот и транспортировка потенциально токсичных химикатов
• превращение их в другие вещества (которые могут быть более или менее ядовитыми, чем их предшественники)
• определение стоков, в которых химические вещества могут накапливаться в особо высоких концентрациях, в том числе в телах организмов

Экотоксикология имеет еще более широкую область применения, поскольку она изучает как прямые, так и косвенные ядовитые воздействия химических веществ.Примеры косвенного экологического воздействия включают изменения в среде обитания или в изобилии пищи. Например, использование гербицида в лесном или сельском хозяйстве повлияет на биомассу и видовой состав растительности на обрабатываемой территории. Это важные изменения в среде обитания животных. Даже если гербицид не отравляет животных, подвергшихся воздействию спрея, на них могут повлиять изменения в их среде обитания. Комплекс факторов влияет на экотоксикологические риски, связанные с воздействием химических веществ в окружающей среде.Наиболее важными факторами являются: (1) биологическая чувствительность, (2) токсичность, присущая рассматриваемому химическому веществу, (3) интенсивность воздействия и (4) любые косвенные эффекты, которые могут быть вызваны. Эти соображения рассматриваются ниже:

Подробнее 15.1. Что такое токсичность? В биологическом смысле химическое вещество может отравить организм, если оно пагубно влияет на какой-либо аспект его метаболизма. Этот эффект называется токсичностью. Токсичное химическое вещество может, например, нарушить функционирование ферментной системы или помешать клеточному делению.Однако юридическое определение токсичного вещества, изложенное в Законе об охране окружающей среды Канады, выглядит следующим образом: «Вещество определяется как токсичное, если оно входит или может попасть в окружающую среду в количестве или концентрации или при условиях, которые: (1) оказывают или могут оказывать немедленное или долгосрочное вредное воздействие на окружающую среду; (2) представляют или могут представлять опасность для окружающей среды, от которой зависит жизнь человека; или (3) представляют или могут представлять опасность в Канаде для жизни или здоровья человека.”

Это определение имеет юридическую силу в Канаде и используется при регулировании и регулировании широкого спектра химических веществ.

Однако это определение неадекватно в некоторых важных отношениях, особенно потому, что оно касается только чрезвычайно токсичных химикатов в условиях, в которых они встречаются в высоких концентрациях. Вещества с меньшей острой токсичностью могут нанести незаметный долгосрочный ущерб людям, другим видам и важным экологическим ценностям. Такие виды воздействия не рассматриваются в данном определении.

1. Биологическая чувствительность

Чувствительность к химическому воздействию сильно различается у разных организмов и видов. Исследования в области токсикологии, которые обычно проводятся в контролируемых лабораторных условиях, часто сравнивают восприимчивость различных организмов к токсичным веществам. Острая токсичность определяется как возникновение, когда кратковременное воздействие химического вещества в высокой концентрации приводит к биохимическим или анатомическим повреждениям или даже смерти (обычная острая конечная точка).Хроническая токсичность предполагает длительное воздействие низких или средних концентраций химического вещества. Со временем хроническое воздействие может вызвать биохимические или анатомические повреждения или, возможно, привести к летальному исходу, например, к раку.

Данные в таблице 15.1 иллюстрируют чувствительность ряда видов к чрезвычайно токсичному химическому веществу TCDD (2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин). TCDD не имеет промышленного или медицинского применения, но он случайно синтезируется во время высокотемпературного сжигания в мусоросжигательных печах, во время лесных пожаров, в процессе отбеливания древесной массы хлором и при производстве некоторых промышленных химикатов, в частности трихлорфенола, который используется произвести гербицид 2,4,5-Т и антибактериальный агент гексахлорофен.Эти синтезы могут привести к выбросу TCDD в окружающую среду, где люди и другие организмы могут подвергаться воздействию. Из-за своей токсикологической известности ТХДД и его химические родственники являются относительно хорошо изученными веществами.

Данные в таблице 15.1 показывают, что виды сильно различаются по своей чувствительности к TCDD. Среди видов, по которым имеются данные, морские свинки особенно уязвимы для TCDD, в то время как хомяки и лягушки менее уязвимы. Чувствительность к химическим веществам также зависит от пути воздействия, пола и возраста животных.

Таблица 15.1. Острая токсичность TCDD для различных животных. Животных подвергали действию TCDD в лабораторных условиях. Пероральное воздействие предполагает попадание в желудок; воздействие на кожу заключается в абсорбции через кожу; внутрибрюшинное воздействие предполагает введение в брюшную полость. LD50 (летальная доза для 50% смертности) — это доза, убивающая половину популяции экспериментальных животных. LD50 измеряется в единицах количества химического вещества на единицу массы тела (например,, мкг / кг). Источник: данные Tschirley (1986).

Иллюстрации данных, показывающих острую и хроническую токсичность, представлены в таблице 15.2. Проиллюстрированное здесь химическое вещество — глифосат, гербицид, широко используемый в сельском хозяйстве, лесоводстве и садоводстве (см. Главу 22). Данные показывают, что, если концентрация глифосата достаточно велика, он вызовет острую токсичность. Однако долгосрочные тесты на хроническую токсичность не продемонстрировали наблюдаемых эффектов при изученных уровнях воздействия.Также обратите внимание, что экспериментальные дозы, необходимые для возникновения острой токсичности, и дозы, проверенные на хроническую токсичность, намного выше, чем воздействия, которые могут возникнуть при рутинном использовании глифосата в качестве гербицида.

Таблица 15.2. Острая и хроническая токсичность глифосата. Данные о токсичности получены при контролируемом воздействии в лабораторных условиях. Острая токсичность измеряется пероральным LD50, в то время как хроническое воздействие определяется длительными экспериментами по кормлению. Данные для хронического воздействия представляют собой уровни отсутствия эффекта, которые представляют собой дозы, при которых или ниже которых нет наблюдаемого эффекта.Источник: модифицировано из Freedman (1991).

2. Собственная токсичность

Химические вещества сильно различаются по своей внутренней или относительной токсичности. Некоторые химические вещества чрезвычайно токсичны в малых дозах, тогда как другие вызывают отравление только при гораздо более высокой интенсивности воздействия. Это проиллюстрировано данными в Таблице 15.3, в которой сравнивается острая токсичность широкого спектра химических веществ. Есть два центральных сообщения:

• химические вещества сильно различаются по относительной токсичности
• в достаточно большой дозе любое химическое вещество может быть токсичным

Таблица 15.3. Острая токсичность различных химических веществ. На токсичность указывают данные о пероральном LD50, полученные при контролируемых лабораторных исследованиях. Данные LD50 выражены в миллиграммах химического вещества на кг массы тела, подопытным видом была крыса. Источник: данные Freedman (1995).

3. Воздействие

Воздействие оказывает фундаментальное влияние на токсичность. Его можно определить как дозу химического вещества, которую получает любой человек или группа организмов за единицу времени. Воздействие любого потенциально токсичного химического вещества зависит от многих факторов, включая влияние окружающей среды.Например, воздействие на мышь на сельскохозяйственном поле, обработанном инсектицидом, может зависеть от таких факторов, как скорость распыления, тип используемого оборудования, погода, стойкость химического вещества (как долго оно остается активным) и поведение и выбор пищи и среды обитания мыши. Если токсиколог оценивает воздействие потенциально токсичных веществ на людей, следует учитывать количество, потребляемое с твердой и жидкой пищей, потребление при дыхании и количества, присутствующие как в рабочей, так и в окружающей (или непрофессиональной) среде. .

4. Косвенные эффекты

Также важное значение в экотоксикологии имеют косвенное воздействие токсичных химикатов или эффекты, отличные от прямого отравления организмов. Косвенные эффекты чаще всего связаны с изменениями среды обитания или состояния иммунной системы организма. В некоторых случаях косвенный ущерб хуже прямого токсического воздействия химикатов. Например, использование гербицида в лесном хозяйстве вызывает изменения в растительности, что влияет на животных, которые живут в среде обитания, даже если сам гербицид не является для них токсичным.

Все химические вещества токсичны

Из приведенного выше обсуждения следует, что при достаточно интенсивном воздействии даже обычные химические вещества могут быть ядовитыми. Фактически, даже вода может быть токсичной, если человек выпьет достаточно за короткий промежуток времени. Это происходит потому, что физиологическая способность регулировать содержание солей в плазме крови может быть нарушена из-за слишком быстрого питья слишком большого количества воды, вызывая токсический синдром, называемый гипонатриемией. В зависимости от массы тела смертельная доза для взрослого составляет 5-10 л при приеме внутрь в течение часа или меньше.Точно так же, если доза достаточно велика, углекислый газ, столовый сахар (сахароза), поваренная соль (хлорид натрия), аспирин (ацетилсалициловая кислота), употребление алкоголя (этанол) и другие регулярно принимаемые химические вещества могут вызвать отравление (таблица 15.3).

Это фундаментальное правило биологии было впервые подчеркнуто Филипом фон Парацельсом (1493-1541), швейцарским врачом и алхимиком, который считается отцом «современной» токсикологии. Один из его самых известных выводов можно перефразировать так: «Дозировка определяет отравление.”

Пожалуй, во всех случаях существуют пороги толерантности к потенциально токсичным химическим веществам. Толерантность возникает потому, что у организмов есть физиологические механизмы, позволяющие выводить токсины из организма, метаболизировать их до менее токсичных веществ или изолировать (хранить) их в определенных тканях организма, где они не причинят вреда. У организмов также есть механизмы восстановления повреждений, нанесенных тканям или биохимическим системам, при условии, что химическое воздействие не слишком велико и не наносит чрезмерных повреждений.Для того, чтобы химическое вещество могло вызвать токсичность, возможности этих физиологических систем должны быть превышены.

Толкование ущерба

Понятие физиологических порогов толерантности помогает определить различие между загрязнением и загрязнением, которое мы исследовали ранее. Идея пороговых значений также указывает на то, почему лучше всего рассматривать обсуждение с точки зрения «потенциально» токсичного воздействия химических веществ. Это особенно актуально, когда фактические концентрации в окружающей среде неизвестны и когда биологические риски чрезвычайно малых доз недостаточно изучены.Однако понятие биологических порогов толерантности несколько спорно, и не все токсикологи согласятся с только что приведенным объяснением. Эти ученые считают, что воздействие даже одной или нескольких молекул некоторых видов химических веществ может иметь токсикологическое значение. Это особенно верно в отношении химических веществ, которые считаются канцерогенными при чрезвычайно малых воздействиях, а также радионуклидов и высокоэнергетических форм ионизирующей энергии, таких как рентгеновские лучи и гамма-излучение.

Часто риски для людей, подвергающихся воздействию химических веществ, интерпретируются иначе, чем риски для других видов, особенно диких животных и растений. Это связано с тем, что преобладающие культурные установки придают гораздо большее значение жизни и здоровью отдельных людей, чем других видов. Таким образом, существует особое нежелание, как социальное, так и регулирующее, допускать воздействие на человека многих видов потенциально токсичных химических веществ.

Однако правила и руководства, как правило, значительно менее строги в отношении воздействия на человека, которое происходит на рабочем месте, по сравнению с воздействием, не связанным с производством.Это признание того факта, что значительные риски присущи деятельности и условиям окружающей среды многих профессий. Особенно серьезным опасностям подвергаются пожарные, полицейские, военнослужащие, операторы тяжелой техники и рабочие химической промышленности. В определенных пределах химическое воздействие, связанное с зарабатыванием на жизнь, обычно интерпретируется как «затраты на ведение бизнеса» и поэтому может считаться приемлемым.

Однако такое отношение может заметно измениться со временем.Определенные профессиональные вредности, которые когда-то считались обычными и допустимыми, теперь считаются неприемлемыми. Например, когда синтетические органические инсектициды, такие как ДДТ, были впервые представлены в середине 1940-х и 1950-х годах, люди совершенно непринужденно использовали их. Рабочие часто применяли эти инсектициды с минимальным вниманием, чтобы избежать воздействия на себя и других. Такое плохо контролируемое использование сегодня немыслимо, особенно в относительно хорошо регулируемых странах, таких как Канада.

Кроме того, многие люди добровольно подвергаются токсикологически значительным дозам определенных химических веществ. Эти варианты включают занятия опасными видами деятельности, курение сигарет, прием лекарств и рекреационных наркотиков. Последствия такого рода «добровольных» воздействий интерпретируются с использованием критериев, отличных от критериев, применяемых к «недобровольным».

Если химические вещества вызывают токсичность для других видов, кроме человека, важность этого эффекта интерпретируется на основе следующих соображений:

• Наблюдаются ли измеримые изменения в популяциях пораженных видов? С экологической точки зрения, ущерб на популяционном уровне является наиболее важным соображением, даже несмотря на то, что признано, что смерть отдельного организма достойна сожаления.Популяции всех видов обладают определенной степенью устойчивости и могут переносить некоторую смертность, вызванную токсичными химическими веществами, без общего сокращения.
• Важны ли затронутые виды для сохранения целостности своего сообщества? Экологические философии предполагают, что все виды обладают внутренней ценностью. Тем не менее виды сильно различаются по своему вкладу в функционирование и структуру своего сообщества. Так называемые краеугольные породы имеют доминирующее влияние (Глава 9).Существенные изменения в их численности следует рассматривать как относительно важные по сравнению с ущербом, нанесенным более мелким видам.
• Имеет ли ущерб экономическое значение? Это соображение подразумевает ущерб ресурсам, которые необходимы человеку и, следовательно, имеют экономическую ценность. В этом смысле ущерб считается относительно важным, если он причинен охотничьим животным, таким как олени или форель, деревьям, которые можно собирать для производства целлюлозы или пиломатериалов, или жизненно важным экологическим услугам, таким как обеспечение чистой водой и воздухом. .С чисто утилитарной точки зрения ущерб, нанесенный неэкономическим ценностям, как видам, так и услугам, можно рассматривать как менее важный.
• Другие соображения, менее ощутимые, чем только что упомянутые, включают оценку ущерба с эстетической или этической точки зрения. Эти соображения также важны, но их трудно интерпретировать с точки зрения рисков или преимуществ для благосостояния человека. В результате эстетические или этические соображения редко отражаются в нормативных критериях или в управлении потенциально токсичными химическими веществами в окружающей среде.

В широком смысле экологические риски — это опасности — вероятность понести ущерб или несчастье в результате воздействия биологических или экологических обстоятельств. Риски связаны с вождением автомобиля, полетом на самолете, занятиями спортом, походами в пустыню, воздействием токсичных химикатов и вставанием с постели по утрам. Экологические риски взаимодействуют с биологическими факторами, чтобы определить вероятность возникновения какого-либо ущерба, например, развития рака или получения травмы.

Статистики присваивают значения вероятности многим видам рисков, используя данные, основанные на предыдущем опыте, например, частоту автомобильных аварий или случаев отравления химическим веществом, таким как конкретное лекарство. Этот подход проиллюстрирован в Таблице 15.4, в которой обобщены недавние причины смертности в Канаде. Эти данные показывают, что средний канадец имеет годовой риск смерти около 0,7% (рассчитанный как отношение общей годовой смертности к численности населения страны).

Таблица 15.4. Причины смертности в Канаде. Эти данные обобщают наиболее важные причины смерти канадцев (в 2011 г.). Источник: данные Статистического управления Канады (2014).

Данные о менее распространенных экологических рисках получить труднее. Обычно они должны разрабатываться на основе прогностических моделей, основанных на знаниях медицинской науки и вероятном воздействии окружающей среды. Однако оба этих вида информации несовершенны, потому что они основаны на неполном понимании взаимодействий между воздействиями окружающей среды и биологическими реакциями.Следовательно, рассчитанные факторы риска неточны и иногда противоречивы. Эти вопросы особенно важны для таких заболеваний, как рак, для которых существует длительный латентный период (часто несколько десятилетий) между воздействием и развитием.

Рак — основная причина смертности в Канаде и других относительно богатых странах. Однако примечательно мало известно о конкретных экологических и биологических факторах, которые предрасполагают организмы к развитию различных типов рака.В таблице 15.5 обобщены данные исследования, в котором оценивались риски смерти от рака, связанные с несколькими потенциально способствующими факторами. Из примерно 0,5 миллиона смертей от рака, которые ежегодно происходят в Соединенных Штатах, факторы питания считаются наиболее важными предрасполагающими факторами, на которые приходится около 35% смертности, за ними следуют курение табака (30%) и инфекции (10%). ), репродуктивное и сексуальное поведение (7%). Из различных рисков курение легче всего предотвратить: это добровольное воздействие является причиной примерно 86% случаев рака легких, а также других заболеваний (Canadian Cancer Society, 2005).Около половины канадских курильщиков умрут от недуга, связанного с курением, большинство из них в возрасте до 70 лет.

Население Канады составляет 10,8% от населения США, а количество смертей от рака составляет 11,3% от населения США. Эти аналогичные пропорции, наряду со сравнимым образом жизни канадцев и американцев, предполагают, что оценочные риски, приведенные в таблице 15.5, также актуальны для канадцев.

Таблица 15.5. Оценка риска смерти от рака. Раки сгруппированы по их возможным причинам с точки зрения воздействия окружающей среды.Данные являются наилучшей оценкой для населения США, диапазон оценок указан в скобках. Источники: модифицировано по материалам Gough (1989) и Канадского онкологического общества (2008).

Изображение 15.6. Курение влечет за собой добровольное воздействие широкого спектра химических веществ, которые считаются токсичными. Кроме того, некурящие непроизвольно подвергаются воздействию побочного дыма, делясь с курильщиками в общественных местах или дома. Источник: Б. Фридман.

Несмотря на отличные данные (и здравый смысл) об известных рисках многих видов деятельности, люди часто предпочитают подвергать себя очевидным рискам травм или болезней.Примеры рискованных занятий включают катание на лыжах по крутому склону, прыжки с тарзанки, курение сигарет и употребление алкоголя. Более того, люди также подвергаются опасностям, над которыми они не могут повлиять, то есть непреднамеренным рискам, таким как преступность, загрязненный наружный воздух и пестициды в пищевых продуктах. Восприятие риска — важное соображение. Один опрос канадцев показал, что люди осведомлены и обеспокоены широким спектром рисков для их здоровья и благополучия (таблица 15.6). Люди особенно обеспокоены рисками, связанными со здоровьем, связанными с выбором образа жизни, такими как курение сигарет, употребление рекреационных наркотиков или алкоголя, а также поведение, связанное с воздействием СПИДа (вируса ВИЧ).Люди также обеспокоены воздействием потенциально токсичных химических веществ в атмосфере, питьевой воде и пищевых продуктах.

Таблица 15.6. Общественное восприятие рисков различных экологических и медицинских опасностей. Данные, основанные на национальном опросе 1503 канадцев, указывают на процентную долю группы, которая выбрала указанную категорию. Сумма не составляет 100%, потому что некоторые респонденты сказали, что они «не знали». Источник: данные Krewski et al. (2006)

Очевидно, что люди понимают, что факторы окружающей среды представляют опасность для здоровья человека.Однако часто они плохо понимают реальные риски, в отличие от предполагаемых рисков. Иногда люди считают определенные высокие риски несущественными, в то время как гораздо меньшие риски считают чрезмерно важными. Тем не менее, общественное восприятие рисков имеет чрезвычайно важное влияние на политиков, лиц, определяющих политику, и бюрократов в правительстве и промышленности, а также на их решения, касающиеся управления и регулирования опасностей для окружающей среды и здоровья.

Оценка экологического риска

Оценка экологического риска — это оценка рисков, связанных с опасностью для окружающей среды.Оценка риска может дать количественную оценку угроз людям, а также другим видам и более широким экологическим ценностям. Оценка риска требует знания трех факторов:

1. вероятность столкновения с опасностью
2. вероятная интенсивность опасности
3. биологический ущерб, который может возникнуть в результате прогнозируемого воздействия

Метеоролог, например, может предсказать вероятность удара молнии в конкретное место при различных погодных условиях.Вероятность этого намного выше во время грозы, чем в солнечные условия, и больше под большим деревом в открытом поле, чем рядом с кустом в канаве. Также известно энергосодержание типичного удара молнии, как и биологический ущерб, нанесенный человеку, в который может быть нанесен удар. Обладая этой информацией, относительно легко смоделировать риски поражения от молнии, связанные со стоянием посреди открытого поля или под деревом в том же поле, в солнечный день или во время грозы.Это простой пример оценки экологического риска. Оценка риска потенциально токсичного воздействия химических веществ может проводиться для отдельных организмов, для популяций или для экологических функций, таких как продуктивность, разложение и круговорот питательных веществ. Чтобы оценить риски, связанные с воздействием химических веществ, необходимо знать два фактора: интенсивность воздействия (ожидаемая доза) и биологический ущерб, который может быть причинен прогнозируемым воздействием. Интеграция этих двух типов информации известна как зависимость доза-реакция (Рисунок 15.1).

Рисунок 15.1. Концептуальные модели отношений доза-реакция. Модель (а) предполагает, что чем больше полученная доза, тем большая часть популяции подвергается воздействию. ED50 представляет собой дозу, которая влияет на 50% исследуемой популяции (эффективная доза). Если измеряемым биологическим ответом является смерть, используется термин LD50, или доза, убивающая 50% населения (летальная доза). Модель (b) предполагает, что большие дозы имеют более выраженный эффект на физиологию (или на экологическую функцию).В этом случае скорость биологической функции наносится на график в зависимости от химического воздействия, и данные выражаются в процентах от контрольной скорости (в отсутствие химического вещества). На этой кривой ED50 представляет дозу, необходимую для снижения скорости функции на 50%.

Зависимость доза-реакция может быть определена путем проведения экспериментов, в которых, например, популяции организмов подвергаются воздействию различных количеств химического вещества. Результаты простых экспериментов «доза-реакция» с участием нескольких гербицидов показаны на рисунке 15.2.

Рисунок 15.2. Примеры кривых доза-ответ. Обратите внимание на чрезвычайно широкий диапазон доз, которые были исследованы в этих экспериментах. Каждый эксперимент включает контрольную обработку с использованием нулевой дозы химического вещества. График (а) описывает влияние гербицида 2,4-D на скорость роста микоризного гриба Hebeloma longicaudum. График (b) иллюстрирует влияние гербицида 2,4,5-Т на прорастание семян с поверхности органического мата сплошного среза. График (c) показывает влияние 2,4,5-T на разложение опада из листьев.Источники: данные Estok et al. (1989), Флетчер и Фридман (1989) и Мораш и Фридман (1989).

Иногда можно сделать вывод о зависимости «доза-реакция», изучая характер повреждений в реальном мире. Например, интенсивность загрязнения может быть определена на различных расстояниях от крупного точечного источника выбросов, такого как электростанция или плавильный завод. Таким образом, подверженность загрязнению может быть связана с характером экологического ущерба, который может наблюдаться по градиенту токсического стресса.Характер загрязнения и экологического ущерба вокруг большого плавильного завода недалеко от Садбери — один из примеров такой взаимосвязи (см. Главы 16 и 18).

Оценка воздействия исследует все способы, которыми организмы могут столкнуться с потенциально токсичным уровнем химического вещества. Например, люди могут подвергаться воздействию ртути различными путями, каждый из которых может быть количественно определен (измерен или рассчитан с использованием прогностической модели). Основные пути воздействия включают: вдыхание паров ртути, присутствующих в атмосфере, прием ртути, растворенной в питьевой воде, и потребление металла в пищевых продуктах, особенно в некоторых видах рыб и органов животных.В число основных направлений воздействия также входят различные источники, такие как определенные пигменты, используемые в керамике и красках, и зубные пломбы из ртути-амальгамы.

Скорость ассимиляции химического вещества в кровоток и органы сильно различается в зависимости от пути воздействия. Ассимиляция зависит от нескольких факторов, включая метаболические характеристики органа, в который всасывается химическое вещество, например, легкие, желудочно-кишечный тракт или кожа. Физико-химическая форма вещества также влияет на динамику его усвоения.Например, ртуть может присутствовать в виде элементарного пара или жидкости, в виде неорганических соединений, таких как хлорид ртути, и в виде ртутьорганических комплексов, таких как метилртуть (особенно биодоступное и ядовитое соединение). Общее воздействие на человека — это сумма химических веществ, усваиваемых всеми путями, которые обычно сильно различаются по своему действию.

Относительная важность различных источников химического вещества в некоторой степени зависит от образа жизни и занятий человека. Они влияют на то, как часто и в какой степени встречаются различные источники.Например, стоматологи могут контактировать с парами ртути, потому что этот металл иногда используется для изготовления пломб. Кроме того, рацион, богатый некоторыми видами крупных океанических рыб, такими как палтус, акула, рыба-меч и тунец, относительно богат ртутью (см. Главу 18). Следовательно, и стоматологи, и потребители крупной рыбы могут подвергаться более высокому риску воздействия ртути.

После проведения оценки воздействия можно предсказать биологические опасности на основе известных зависимостей «доза-реакция».К сожалению, информация о реакции на дозу часто бывает неполной или даже отсутствует. Например, большинство гипотез о потенциальной зависимости доза-реакция у людей фактически выводится из исследований, которые проводились в лабораториях с использованием других млекопитающих, таких как собаки, мыши, обезьяны, свиньи и крысы. Эти виды обладают физиологическими, анатомическими и поведенческими характеристиками, которые в целом аналогичны человеческим, но они также различаются во многих отношениях. Следовательно, большинство оценок воздействия на человека следовых количеств химических веществ в окружающей среде неточны.

Кроме того, информация о зависимостях доза-реакция практически отсутствует для диких видов и для экологических функций, таких как продуктивность и круговорот питательных веществ. Как и в случае оценок, ориентированных на человека, обычно используются данные для суррогатных (или прокси) видов, которые считаются типичными для их дозовых реакций.

Например, исследование может быть предпринято для прогнозирования потенциальных последствий попадания определенных химических веществ в определенное озеро. Маловероятно, что соответствующие данные о доза-реакция будут доступны для видов рыб в экосистеме.Следовательно, прогнозы обычно делаются с использованием информации для косвенных видов, таких как радужная форель (Salvelinus gairdneri) или толстоголовый гольян (Pimephales promelas). Эти рыбы хорошо изучены в токсикологических лабораториях и широко используются в качестве индикаторов. Точно так же потенциальные воздействия на сообщество зоопланктона можно предсказать, используя информацию, доступную для хорошо изученных видов, таких как водяные блохи Daphnia magna и Ceriodaphnia dubia, в то время как оценка риска для фитопланктона может использовать данные для одноклеточных водорослей Selenastrum capricornutum и Chlorella vulgaris. .

Результаты оценки риска для экосистемы или ее части (например, сообщества), если они основаны на лабораторных исследованиях суррогатных видов, всегда являются неопределенными. Это особенно верно, если прогнозируются потенциальные последствия химического воздействия в естественном контексте окружающей среды. Однако такая оценка риска — лучшее, что можно сделать в большинстве случаев, поскольку для проведения более всесторонних исследований редко бывает достаточно средств или времени. Тем не менее, поскольку эти методы намеренно переоценивают потенциальные риски, они обеспечивают консервативное руководство для целей управления.

Подробнее 15.2. Мутагены, тератогены и имитаторы гормонов Мутагены, тератогены и гормонально активные вещества представляют собой следовые химические вещества и другие агенты, которые присутствуют в окружающей среде и могут влиять на генетику или метаболизм животных, если присутствуют в незначительных концентрациях. Они могут присутствовать в природе или быть связаны с антропогенными выбросами. Относительно интенсивное воздействие этих агентов на диких животных может происходить в водной среде обитания, на которую влияют сточные воды заводов, сточные воды или поля, обработанные пестицидами.Воздействие на человека связано с курением (включая непроизвольное воздействие), употреблением жирного мяса (особенно если его приготовили на гриле) и некоторых других продуктов, а также с проживанием в городской среде, которая обычно загрязнена рядом веществ.

Мутаген — это вещество или агент, вызывающий генетическую мутацию, означающую изменение кодирующей последовательности нуклеиновых кислот в ДНК или РНК. Воздействие мутагенов может привести к «безвредным» мутациям, то есть неизвестно, как генетические изменения приводят к серьезным биохимическим последствиям.Однако в других случаях мутация может привести к деформации или заболеванию, например, многим видам рака. Рак может быть конечной точкой мутаций, происходящих в (соматических) клетках тела, в то время как мутации сперматозоидов и яйцеклеток могут приводить к наследственным изменениям, которые могут передаваться потомству. Мутаген окружающей среды — это мутаген, который встречается в окружающей среде. Случаи генотоксичности наблюдались у диких животных, например опухоли у рыб и у лягушек, рожденных с лишними конечностями. У людей генотоксичность может быть связана с некоторыми видами рака и с врожденными врожденными дефектами, которые обычно встречаются примерно у 3% рождений.Генотоксичность может быть вызвана воздействием различных химикатов и других агентов. Сильные мутагены, которые используются в биомедицинских исследованиях, включают этилметансульфонат и нитрозогуанидин. К другим источникам лабораторной и экологической генотоксичности относятся следующие:

• высокоэнергетическое (ионизирующее) излучение, связанное с ультрафиолетом-B, рентгеновскими лучами и гамма-излучением
• полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), такие как бензо (а) пирен
• полихлорированные дифенилы (ПХД) и некоторые пестициды
• метилртуть и некоторые другие металлы
• афлатоксин присутствует в плесневых орехах и зернах
• Диметилнитрозамин, содержащийся в пищевых продуктах, обработанных нитритом
• выхлоп дизеля
• стоки с целлюлозных заводов
• табак и дым для барбекю

Тератоген — это агент, вызывающий аномальное развитие эмбриона или плода.Он может действовать через мутагенность или каким-либо другим способом, например физическим раздражением клеток или тканей. Известный пример тератогенного повреждения был вызван талидомидом, лекарством, которое назначали беременным женщинам в качестве успокаивающего средства в 1950-1961 годах. Доказано, что талидомид способен проникать через плаценту и вызывать разрушительные аномалии конечностей (крайнее укорочение или отсутствие конечностей) у плода, а его медицинское применение привело к эпидемии серьезно деформированных детей. Другой известный тератоген — этиловый спирт (алкоголь в напитках), чрезмерное употребление которого во время беременности может вызвать алкогольный синдром плода.Воздействие вируса краснухи во время беременности также может привести к серьезной деформации плода. В окружающей среде встречается тератоген в окружающей среде, и это воздействие могло увеличить количество уродств у диких животных, включая моллюсков, рыб и земноводных.

Гормонально активное вещество — это гормон или другое химическое вещество, которое аналогичным образом влияет на регуляцию биохимии. Гормоны — это химические посредники, которые проходят через систему кровообращения, пока не достигнут определенных рецепторных клеток в органах-мишенях, где они регулируют физиологию.Они вырабатываются эндокринной системой, которая состоит из различных желез, таких как надпочечники, яичники, поджелудочная железа, гипофиз, семенники и щитовидная железа. Гормоны помогают регулировать рост, развитие, метаболизм, отложение жира, поддержание электролитного баланса в жидкостях, сексуальность и поведенческие реакции на внешние раздражители (такие как возбуждение и испуг). Примеры гормонов включают следующее:

• адреналин (адреналин) и норадреналин (норадреналин), которые представляют собой гормоны надпочечников, которые стимулируют организм реагировать на стрессовое состояние повышением кровяного давления, уровня сахара в крови и частоты сердечных сокращений (это иногда называют «бегством или борьбой» ответ)
• эстроген, женский половой гормон, вырабатываемый яичниками, и андрогены, мужские гормоны, вырабатываемые яичками
• инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой для регулирования использования и хранения углеводов (включая сахар в крови)
• гормон щитовидной железы, влияющий на рост и метаболизм практически всех клеток организма

Поскольку гормоны необходимы для здоровой физиологии, развития и поведения, любое серьезное нарушение их активности может иметь серьезные последствия для организмов.Некоторые химические вещества, присутствующие в окружающей среде, в том числе природные и другие, являющиеся антропогенными, могут вызывать такое вмешательство и известны как имитаторы гормонов. Например, некоторые растения содержат так называемые фитоэстрогены, которые могут влиять на гормональную физиологию животных, питающихся ими. Примеры растений с относительно высоким уровнем фитоэстрогенов включают сою (Glycine max), красный клевер (Trifolium pratense), лен (Linum vulgare) и черный кохош (Cimicifuga racemosa). Некоторые женщины используют травяные сборы этих растений для облегчения симптомов менопаузы.Другие природные фитоэстрогены используются в противозачаточных таблетках для контроля фертильности человека.

Многие другие вещества, присутствующие в окружающей среде, также гормонально активны, включая широкий спектр химических веществ, выделяемых в результате деятельности человека. Даже при очень малых воздействиях они могут имитировать или блокировать действие определенных гормонов, что приводит к физиологическим изменениям. Это может иметь пагубные последствия для диких и домашних животных, а также для людей. Следующие антропогенные химические вещества считаются гормонально активными в результате воздействия окружающей среды:

• хлорорганических соединений, включая диоксины (такие как ТХДД), полихлорированные бифенилы (ПХД) и инсектициды ДДТ, диэльдрин и линдан
• прочие пестициды, включая атразин, перметрин и трифлуралин
• трибутилолово, используемое в качестве морского противообрастающего средства
• Алкилфенолы, используемые в качестве поверхностно-активных веществ, например нонилфенол
• определенные пластификаторы, такие как дибутилфталат и бутилбензилфталат
• природных гормонов и синтетических стероидов из противозачаточных средств, которые выбрасываются в окружающую среду со сточными водами или образуются в виде остатков в продуктах питания, включая эстрадиол, эстрон и тестостерон
• фитоэстрогены в сточных водах целлюлозных заводов, включая куместаны, изофлавоны и лигнаны

Биологические эффекты мутагенов окружающей среды, тератогенов и гормонально активных веществ еще недостаточно изучены.Хотя присутствие многих из этих агентов в окружающей среде широко отмечается, ученые еще не знают, какой уровень загрязнения может привести к неприемлемому количеству биологических повреждений. Это привело к спорам о потенциальном воздействии этих биоактивных химикатов на диких животных и людей: некоторые люди рекомендуют подход с высокой степенью осторожности, в то время как другие считают, что необходимо больше доказательств косвенного ущерба, прежде чем будут применяться строгие методы контроля.Несмотря на то, что есть наблюдения за некоторыми местными популяциями диких животных, которым нанесен значительный ущерб, пока нет убедительных доказательств воздействия на людей воздействия этих агентов из окружающей среды. Конечно, любой значительный уровень генетического ущерба или вреда, нанесенного человеческому развитию, будет считаться неприемлемым.

Ссылки: Phillips and Venitt (1995), Machachlan and Guillet (2002), Servos et al. (2008)

Экологические стрессоры — это факторы, которые могут ограничивать продуктивность и воспроизводство организмов или развитие экосистем.Стрессоры могут быть естественными или антропогенными и могут действовать в краткосрочной перспективе (острые) или долгосрочные (хронические). Стрессовые факторы могут вызвать физические нарушения, например, когда лес пострадал от лесного пожара, урагана или заготовки древесины. Другие факторы стресса действуют, вызывая токсичность, например, когда организмы подвергаются воздействию солнечного ультрафиолетового излучения или пестицидов. Экологические риски связаны с воздействием множества факторов окружающей среды. Одним из основных направлений деятельности в науке об окружающей среде является изучение этих рисков и прогнозирование их воздействия на людей, другие виды и экосистемы.

1. Каковы различные факторы стресса окружающей среды? Приведите пример каждого.
2. Объясните разницу между загрязнением и заражением?
3. Чем отличаются токсикология, экологическая токсикология и экотоксикология?
4. Используйте данные Таблицы 15.4 как основу краткого эссе о рисках смерти. Убедитесь, что вы соотносите риски с воздействием окружающей среды, где это уместно.

1. Приведите примеры естественного загрязнения и беспокойства в регионе, где вы живете.Какие соображения определяют, как общество оценивает важность природных и антропогенных источников?
2. Сравните экологические эффекты возмущения, замещающего сообщества, и микровосприятия с разрывом фазы. Как знание этих эффектов полезно для разработки экологически приемлемых методов сбора ресурсов и управления ими? В качестве примера возьмем старовозрастные леса.
3. Что вы считаете пятью наиболее важными рисками для вашего здоровья? Сравните свой список с данными в Таблице 15.4 и 15.5. В чем сходства и различия? Почему они существуют?
4. Если все химические вещества потенциально токсичны, должно ли общество допускать какое-либо воздействие этих потенциальных рисков для здоровья? Обсудите это утверждение и его концептуальную ошибку.

1. Как можно использовать данные, представленные в Таблице 15.2 для гербицида глифосата, для оценки вероятности того, что люди или животные страдают от токсичности, когда это химическое вещество используется в сельском, лесном хозяйстве или дома (все это обычные применения)? Какая дополнительная информация вам понадобится для проведения всесторонней оценки риска для этого химического вещества? Как насчет учета косвенного воздействия на диких животных, вызванного изменением растительности на обработанных территориях?

Бегон, М., Р.В. Хоуорт и К.Р. Таунсенд. 2014. Основы экологии. 4-е изд. Уайли, Кембридж, Великобритания.

Канадское онкологическое общество. 2014. Информация о раке. Канадское онкологическое общество, Регина, Словакия. http://www.cancer.ca/en/?region=ns По состоянию на декабрь 2014 г.

Кларк, Л. 1991. Приемлемый риск? Принятие решений в токсичной среде. Калифорнийский университет Press, Беркли, Калифорния.

Cote, R.P. and P.G. Уэллс. 1991. Контроль химических опасностей: основы обращения с токсичными химическими веществами.Анвин Хайман, Лондон, Великобритания.

Эсток Д., Б. Фридман и Д. Бойл. 1989. Влияние гербицидов 2,4-D, глифосата, гексазинона и триклопира на рост трех видов эктомикоризных грибов. Бюллетень загрязнения окружающей среды и токсикологии, 42: 835-839.

Флетчер, К. и Б. Фридман. 1986. Влияние некоторых гербицидов, используемых в лесном хозяйстве, на разложение подстилки. Канадский журнал исследований леса, 16: 6-10. Форбс, В. и Т. Forbes. 1994. Экотоксикология в теории и практике.Chapman & Hall, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Фридман Б. 1991. Споры по поводу использования гербицидов в лесном хозяйстве, с особым упором на использование глифосата. Журнал экологической науки и здоровья, C8: 277-286.

Freedman, B. 1995. Экология окружающей среды. 2-е изд. Academic Press, Сан-Диего, Калифорния.

Гоф М. 1989. Оценка смертности от рака. Наука об окружающей среде и технологии, 23: 925-930.

Ходж Р.А., П.Р. Уэст и Р. Грегори-Ивс. 1996. Токсичные вещества.Глава в Докладе о состоянии окружающей среды Канады за 1996 год. Окружающая среда Канады, Оттава, Онтарио.

Хоффман, Д.Дж., Б.А. Раттнер, Г.А. Бертон и Дж. Кэрнс. (Ред.). 2003. Справочник по экотоксикологии, 2-е изд. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.

Йоргенсен, Э. 2010. Экотоксикология. Academic Press, Дэн Диего, Калифорния.

Коллуру Р.В., С.М. Бартелл, Р. Питбальдо и С. Стрикофф (ред.). 1996. Справочник по оценке и управлению рисками для специалистов в области окружающей среды, здоровья и безопасности. Макгроу Хилл, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Кревски, Д., Л. Лемир, М.С. Тернер, L.E.C. Ли, К. Даллер, Л. Бушар, К. Бранд и П. Мерсье. 2006. Общественное восприятие рисков для здоровья населения в Канаде: опасности для здоровья и источники информации. Оценка рисков для человека и окружающей среды, 12: 626-644.

Landis, W.G. and M.-H. Ю. 2004. Введение в токсикологию окружающей среды: воздействие химических веществ на экологические системы. 3-е изд. CRC Press, Бока Ротан, Флорида.

Маклахлан, Дж. А. и L.J. Guillette (редакторы).2002. Гормоны окружающей среды: научная основа эндокринных нарушений. Анналы Нью-Йоркской академии наук, 948, 142 стр.

Мораш Р. и Б. Фридман. 1989. Влияние нескольких гербицидов на прорастание семян в лесной подстилке. Канадский журнал исследований леса, 19: 347-350.

Мориарти, Ф. 1999. Экотоксикология: изучение загрязнителей в экосистемах. 3-е изд. Academic Press, Сан-Диего, Калифорния.

Ньюман, M.C. и W.H. Клементс. 2008. Экотоксикология: комплексное лечение.Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, Флорида.

Одум, Е.П. 1985. Ожидаемые тенденции в стрессовых экосистемах. BioScience, 35: 419-422.

Одум, Е.П. и Г. Барретт. 2004. Основы экологии. Брукс Коул, Флоренция, Кентукки. Филлипс, Д.Х. и С. Венитт (редакторы). 1995. Экологический мутагенез. Academic Press, Сан-Диего, Калифорния.

Rombke, J. and J.F. Moltmann. 1995. Прикладная экотоксикология. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.

Schuurmann, G. and B. Markert (Eds.). 1998. Экотоксикология: экологические основы, химическое воздействие и биологические эффекты.Wiley & Sons, Нью-Йорк.

Schindler, D.W. 1987. Обнаружение реакции экосистемы на антропогенный стресс. Канадский журнал рыболовства и водных наук, 44: 6-25.

Сервос, М., П. Делорм, Г. Фокс, Р. Сатклифф и М. Уэйд. 2008. Вещества, разрушающие эндокринную систему. В: Угрозы источникам питьевой воды и здоровью водных экосистем в Канаде, Министерство охраны окружающей среды Канады, Оттава, Онтарио. http://publications.gc.ca/pub?id=9.558191&sl=0

Смит, W.H. 1984. Экосистемная патология: новый взгляд на фитопатологию.Экология и управление лесами, 9: 193-219.

Статистическое управление Канады. 2014. Основные причины смерти в разбивке по полу. Таблица CANSIM 102-0561, Статистическое управление Канады, Оттава, Онтарио. http://www.statcan.gc.ca/tables-tableaux/sum-som/l01/cst01/hlth46a-eng.htm По состоянию на ноябрь 2014 г.

Suter, G (ред.). 2007. Оценка экологического риска, 2-е изд. Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, Флорида. Томас, С.П. и С.Э. Грудей. 1997. Риск смерти в Канаде: что мы знаем и как мы это знаем. Университет Альберты Пресс, Эдмонтон, штат Алабама.

Tschirley, F.H. 1986. Диоксин. Scientific American, 254 (2): 29-35.

Деятельность человека оказывает противоположное влияние на распространение узкодисперсных и широко распространенных видов растений в Китае

Значение

Деятельность человека может приводить к сокращению и расширению ареала обоих видов. Предполагается, что на реакцию видов на деятельность человека влияет размер их географического ареала. Здесь мы проверяем идею о том, что антропогенное воздействие вызывает сокращение ареала малых ареалов видов, но способствует расширению ареала обычных видов, используя данные о распространении 9701 растения по всему Китаю, чтобы изучить связь деятельности человека со степенью, в которой виды восполняют свой климатический потенциал. диапазоны.Мы обнаружили, что узкодисперсные и широко распространенные виды действительно демонстрировали противоположные реакции на деятельность человека, причем их ареал, заполняемый под влиянием человека, уменьшался и увеличивался соответственно. Эти данные свидетельствуют о том, что деятельность человека привела к сокращению ареалов узкодиапазонных видов, но расширила ареалы широко распространенных видов, что привело к биотической гомогенизации в Китае.

Abstract

Деятельность человека сформировала крупномасштабное распространение многих видов, приводя как к сокращению, так и к расширению ареала.Виды естественным образом различаются по размеру ареала, при этом мелкие виды сосредоточены в определенных географических районах и потенциально могут отклоняться с экологической точки зрения от широко распространенных видов. Следовательно, реакция видов на деятельность человека может зависеть от размеров их географического ареала, но если и как это произойдет, неизвестно. Здесь мы используем всеобъемлющую базу данных о распространении и моделирование распространения видов, чтобы изучить, повлияла ли и как деятельность человека на то, в какой степени 9 701 сосудистое растение заполняют свои ареалы климатического потенциала в Китае.Мы обнаружили, что виды с узким ареалом имеют более низкое заполнение ареала, а широко распространенные виды имеют более высокое заполнение ареала в юго-восточной части Китая, где преобладает человек, по сравнению с их аналогами, распространенными в менее подверженной влиянию человека северо-западной части. Различия в заполнении ареала между видами и пространством тесно связаны с показателями человеческой деятельности (плотность населения, след человека и доля пахотных земель) даже после учета альтернативных факторов. Важно отметить, что виды с узким диапазоном и широко распространенные виды показывают отрицательную и положительную взаимосвязь заполнения диапазона с этими человеческими показателями, соответственно.Наши результаты показывают, что флоры подвергаются риску биотической гомогенизации в результате антропогенной деятельности, когда узкодисперсные виды заменяются широко распространенными видами. Поскольку виды, обитающие в узком диапазоне, более многочисленны, чем широко распространенные в природе, негативные последствия деятельности человека будут преобладать. Наши результаты подчеркивают важность создания большего количества охраняемых территорий и зон с сокращением антропогенной деятельности для защиты богатой флоры Китая.

Биоразнообразие важно само по себе, а также для общества, поскольку оно обеспечивает разнообразные экосистемные услуги, от многочисленных продуктов и регулирования климата до культурных и даже психологических благ (1).Однако деятельность человека сильно повлияла не только на местное биоразнообразие, но и на крупномасштабное распространение видов, с усилением воздействия на протяжении последних столетий и десятилетий из-за экспоненциального увеличения численности населения, потребления ресурсов и технологических возможностей (2, 3) . Следовательно, существует растущая потребность в понимании воздействия деятельности человека на распределение видов, например, с точки зрения риска исчезновения (3⇓⇓⇓ – 7).

Антропогенная деятельность может приводить к сокращению и расширению ареалов обоих видов.Многие виды потеряли значительные ареалы распространения из-за интенсификации землепользования и связанной с этим утраты местообитаний, а также других видов деятельности человека (3, 4, 8), при этом значительное их количество даже вымерло во всем мире (6, 7). Около 20% видов растений в мире считаются находящимися под угрозой исчезновения (9). Деятельность человека также привела к расширению ареала многих других видов, примером чего является распространение чужеродных видов, которому способствует глобальный перенос (10). Тем не менее, многие местные виды в регионе также испытали увеличение ареала за счет расселения, вызванного человеком, и способности процветать в антропогенных ландшафтах (11).Эти противоположные процессы, сокращение и расширение ареала, объединяются, чтобы вызвать биотическую гомогенизацию, когда биотические сообщества становятся более схожими в таксономическом отношении из-за потери редких и отличных видов («проигравшие») и экспансии чужеродных или общих местных видов («победители» ) (12, 13). Было показано, что биотическая гомогенизация является обычным результатом интенсификации землепользования и нарушения человеком (11, 14).

Виды естественно различаются по размеру ареала, при этом мелкие виды сосредоточены в определенных географических районах и потенциально отличаются в экологическом отношении от широко распространенных видов (15), например, имеют более специализированные требования к среде обитания (16).В мире, где доминируют люди, узкодисперсные специализированные виды с большей вероятностью окажутся проигравшими, тогда как широко распространенные универсальные виды должны иметь более высокую вероятность оказаться в выигрыше (13). Сравнивая атласы распространения 736 видов растений в Великобритании и Эстонии, обследованных за 2 периода с интервалом около 30 лет, Laanisto et al. (4) обнаружили, что те виды с меньшими размерами ареалов при первом обследовании потеряли большую часть своих ареалов. Было также обнаружено, что более специализированные виды птиц во Франции более негативно реагируют на нарушение ландшафта и фрагментацию (17).И наоборот, в сильно нарушенных тропических лесах Атлантики в Бразилии древесные породы, встречающиеся все чаще в период до 1980 г. и после 1980 г., имеют тенденцию к широкому распространению (11). Также было показано, что вероятность натурализации вида за пределами его естественного ареала положительно связана с размером его естественного ареала и ареалом обитания (18, 19). Тем не менее, хотя очевидно, что реакция видов на деятельность человека может зависеть от размера их географического ареала, если и как это происходит, все еще плохо изучено.

Хотя на распространение видов может влиять деятельность человека, их распространение в широких масштабах в первую очередь определяется современным климатом и их способностью к расселению (20). В частности, экологическая ниша вида и климатические условия на поверхности Земли определяют его потенциальные районы распространения. Однако эти потенциальные диапазоны часто не полностью заняты из-за ограничения распространения, а также биотических взаимодействий (21, 22). Следовательно, реализованные ареалы видов часто находятся в неравновесном состоянии с текущим климатом, заполняя ограниченную часть их ареалов климатического потенциала.Например, обнаружено, что европейские виды деревьев в совокупности занимают 38% их потенциальных ареалов, что в значительной степени может быть связано с ограничением расселения после ледникового периода (23). Степень равновесия ареала с климатом, определяемая природными факторами, может быть искажена деятельностью человека. Заполнение ареала (RF; отношение реализованного / потенциального размера ареала) видов в регионе может увеличиваться или уменьшаться из-за антропогенной деятельности. В восточной части Северной Америки было показано, что распространение нескольких видов деревьев связано с поселениями коренных американцев, при этом вероятность их присутствия увеличивалась или уменьшалась вблизи деревень и троп (24), что, вероятно, привело к увеличению или уменьшению RF.

Китай — одна из самых богатых видами стран, по последним оценкам, около 36 000 сосудистых растений из-за его разнообразных экологических характеристик и уникальной эволюционной истории (25, 26). Однако в последнем Красном списке высших растений Китая 3879 видов, или 11% оцененных видов, были определены как находящиеся под угрозой исчезновения (27). Китай в целом страдал от высокого антропогенного давления в течение нескольких тысячелетий (28, 29). Из-за отсутствия обширных исторических данных о распространении растений в Китае, как и в большинстве регионов мира, до сих пор ни одно исследование не давало прямой оценки воздействия человека на распространение многих видов растений в национальном масштабе.Несмотря на большое количество людей в Китае, существует четкая дифференциация в национальном масштабе в плотности населения (HPD), при этом большинство людей, живущих в юго-восточной и северо-западной частях, гораздо менее заселены (рис. 1 A ). Две части примерно разделены прямой линией, известной как линия Ху Хуаньюн (HHL), простирающейся от города Хэйхэ (провинция Хэйлунцзян) до уезда Тэнчун (провинция Юньнань) (30). Юго-восточная часть занимает всего 43% площади суши Китая, но поддерживает 94% всего населения страны.Сравнение этих двух регионов дает возможность исследовать влияние человека на распространение растений в больших масштабах при адекватном контроле экологических различий, при этом менее интенсивно заселенная северо-западная часть обеспечивает исходный уровень, в котором виды заполняют свои потенциальные ареалы в относительно естественных условиях.

Рис. 1.

Влияние человека на наполнение видового диапазона сосудистых растений Китая. ( A ) HPD по Китаю с разрешением 20 × 20 км. Пунктирной линией обозначена линия Ху Хуаньюн, разделяющая Китай на северо-западную и юго-восточную части.Ячейки сети с низким и высоким HPD (классифицированные по медиане, 13,5 человек на квадратный километр) разделены черными контурами. ( B ) Гистограмма заполнения видового ареала. Синим и зеленым цветом показаны виды, у которых> 80% ареалов обитания находятся в юго-восточной или северо-западной частях, соответственно, а желтым показаны остальные виды. Красная вертикальная пунктирная линия показывает медианное значение заполнения диапазона. ( C ) Сравнения заполнения ареалов между северо-западными и юго-восточными видами в пределах 30% видов с наиболее узким ареалом (≤1145 ячеек сетки) и 30% видов с наиболее широким ареалом (≥2 475 ячеек сетки).Цифры над диаграммой показывают количество видов в каждой категории. *** P <0,001. ( D ) Контурный график, показывающий влияние взаимодействия между HPD и размером ареала на заполнение ареала видов. Заполнение диапазона на графике — это значения, предсказанные моделью бета-регрессии, при сохранении других предикторов в качестве их средних наблюдаемых значений.

Здесь мы собрали данные о распределении по Китаю с разрешением 20 × 20 км для 9 701 вида сосудистых растений и оценили диапазон климатического потенциала каждого вида с использованием моделей распределения видов (SDM).Затем мы рассчитали RF каждого вида, наложив его потенциальный диапазон на его наблюдаемый диапазон. Затем RF сравнивали между видами, которые в основном были распространены в северо-западной или юго-восточной частях Китая. Мы также вычислили географические закономерности среднего RF для ячейки сетки (MRF), а именно среднего RF для видов, встречающихся в каждой ячейке сетки 200 × 200 км. Затем было смоделировано изменение РФ между видами и пространством на основе трех показателей деятельности человека (HPD; человеческий след, HFP; доля пахотных земель, пахотных земель) и других потенциальных детерминант, таких как топография, текущий климат и четвертичное изменение климата.Чтобы оценить, зависит ли реакция видов на деятельность человека размером их географического ареала, мы проверили эффект взаимодействия между размером ареала и факторами воздействия человека, а также провели анализ 30% наиболее узких и 30% наиболее широких диапазонов. виды соответственно. Мы предполагаем, что 1) РФ у видов с узким ареалом снижается, в то время как РФ у широко распространенных видов увеличивается в юго-восточном Китае из-за интенсивного антропогенного влияния; и 2) вариации RF между видами и пространством сильно связаны с деятельностью человека, даже после учета альтернативных факторов, с отрицательными отношениями для узкодиапазонных видов, но положительными отношениями для широко распространенных видов.

Результаты

Заполнение ареала по видам.

Используя ансамбль SDM, мы подсчитали, что виды занимают значительную часть своего климатического потенциального диапазона (рис. 1 B ). Среднее значение RF составило 75,4%, а среднее значение — 73,4% (стандартное отклонение 15,7%). Всего насчитывалось 870 видов (9,0% от общего числа) с РФ менее 50%. Виды, находящиеся под угрозой, имели значительно более низкий RF (медиана 66,1%), чем виды, не находящиеся под угрозой (медиана 75,5%; SI Приложение , рис. S1).

В целом виды с более чем 80% ареалов ареала либо в северо-западном, либо в юго-восточном Китае заполнили аналогичный процент своих потенциальных ареалов со средним значением 74.2 и 76,2% соответственно (рис. 1 Б ). Однако узкодиапазонные и широко распространенные виды показали противоположные различия в РФ между северо-западными и юго-восточными видами. Юго-восточные виды имели более низкий RF, чем северо-западные виды для 30% видов с наиболее узким ареалом, но более высокие RF для 30% видов с наиболее широким ареалом (рис. 1 C ), что согласуется с эффектами деятельности человека, зависящими от размера ареала. Вышеуказанные результаты были подтверждены моделями бета-регрессии с учетом нескольких независимых переменных (Таблица 1 и SI Приложение , Таблицы S1 и S2), поскольку термин взаимодействия между человеческим воздействием и размером диапазона был положительным и больше, чем влияние человека. эффект, указывающий на то, что деятельность человека оказывает негативное влияние на ограниченные виды, но положительно влияет на широко распространенные виды (рис.1 D , таблица 1, и SI, приложение , таблицы S1 и S2).

Таблица 1.

Бета-регрессия заполнения ареала видов в сравнении с независимыми переменными

Модели заполнения географических ареалов.

MRF решетчатых клеток всех, узкодиапазонных и широко распространенных видов демонстрирует сильные и отчетливые пространственные паттерны (рис. 2). Учитывая все виды, высокий MRF в основном наблюдался в юго-восточном Китае, тогда как низкий MRF наблюдался на северо-западе, с широко распространенными видами, показывающими аналогичную пространственную структуру.Однако узкодисперсные виды показали дивергентную картину, при этом высокий MRF в основном встречается на северо-западе Китая. Паттерны MRF ячеек сетки отличались от географических паттернов наблюдаемых и потенциальных размеров диапазона, где большие размеры обычно наблюдались в более высоких широтах ( SI Приложение , рис. S2), показывая, что паттерны в RF не были просто за счет изменения размера диапазона. Эта независимость была также подтверждена географическими паттернами в среднем по ячейкам сетки остатков RF видов после контроля размера диапазона, так как они сильно коррелировали с соответствующими паттернами MRF ( r = 0 по Пирсону.997 и 0,966 для узкодисперсных и широко распространенных видов соответственно; SI Приложение , рис. S3).

Рис. 2.

Географические закономерности заполнения среднего ареала ячеек сетки для всех видов ( A ), 30% видов с наиболее узким ареалом ( B ) и 30% видов с наиболее широким ареалом ( C ). Ячейки сетки без данных отображаются серым цветом.

Как простой регрессионный, так и множественный регрессионный анализ показали, что географические модели MRF имеют сильную связь с деятельностью человека, которая даже сопоставима или сильнее, чем с природными факторами, такими как топография, текущий климат и изменение палеоклимата (рис.3, Таблица 2, и SI Приложение , Рис. S4 и Таблицы S3 – S5). Однако, что касается анализа на уровне видов, деятельность человека оказала противоположное влияние на узкодисперсные и широко распространенные виды, при этом их MRF уменьшается и увеличивается с интенсивностью деятельности человека, соответственно (Рис. 3 и SI Приложение , Рис. S4 ). Для видов с узким диапазоном значений человеческие факторы воздействия имели самую сильную связь с MRF среди объясняющих переменных. На широко распространенные виды антропогенные факторы оказали сильное и положительное воздействие, но более слабые, чем нынешний климат.Соотношения для всех видов были аналогичны таковым для широко распространенных видов.

Рис. 3.

Взаимосвязи между заполнением среднего ареала ячеек сетки и HPD для всех видов ( A ), 30% видов с наиболее узким ареалом ( B ) и 30% видов с наиболее широким ареалом ( С ). Линии построены с помощью простых линейных регрессий. HPD преобразован в лог ₁₀ .

Таблица 2.

Множественные линейные регрессии среднего ареала заполнения ячеек сетки для всех видов, 30% видов с наиболее узким ареалом и 30% видов с наиболее широким ареалом в зависимости от независимых переменных и выбранных пространственных фильтров на основе собственных векторов

Обсуждение

Наши результаты показывают, что распространение сосудистых растений в регионах Китая с преобладанием человека в значительной степени определяется антропогенной деятельностью, при этом узкодисперсные и широко распространенные виды испытывают сокращение и расширение ареала соответственно.Более низкий RF для видов с узким диапазоном и более высокие значения для широко распространенных видов на юго-востоке, где преобладает человек, по сравнению с их аналогами на менее интенсивно заселенном северо-западе, можно отнести, по крайней мере, частично, к деятельности человека. Влияние человека на распространение растений дополнительно подтверждается прочной связью между географическими паттернами MRF ячеек сетки и деятельностью человека как для узкодисперсных, так и для широко распространенных видов, даже после учета топографии, текущего климата, палеоклимата и пространственной автокорреляции.

Хотя условия окружающей среды в исследуемых регионах различаются, сильная связь между РФ и видами, и космосом, и деятельностью человека сохраняется даже после учета основных экологических различий. Кроме того, RF-паттерны и ассоциации с деятельностью человека были последовательными для основных форм и порядков роста растений, показывая, что контрастирующие RF-паттерны регионов нельзя объяснить различиями в функциональном или филогенетическом составе. Противоположные реакции узкодисперсных и широко распространенных растений на антропогенную деятельность могут быть связаны с их различной чувствительностью к изменению среды обитания, вызванному деятельностью человека.Узконаправленные виды могут быть более уязвимыми к изменениям в землепользовании и, как правило, исключаются из нарушенных местообитаний (31, 32). Например, в сообществах эпифитов в молодых вторичных лесах в Эквадоре преобладают виды с более широким географическим ареалом и более широкими экологическими нишами по сравнению с видами в девственных лесах (32). Кроме того, недавнее глобальное исследование с несколькими кладками обнаружило более широко распространенные виды в сообществах в нарушенных местообитаниях по сравнению с естественными местообитаниями, а также увеличило численность широко распространенных видов, но снизило численность видов с узким диапазоном (31).Вероятно, это связано с тем, что условия окружающей среды в нарушенных местообитаниях не переносятся многими специализированными видами (32). Кроме того, виды деревьев-победителей в контексте вмешательства человека чрезмерно представлены видами-первопроходцами из-за их высокой способности закрепляться в нарушенных местообитаниях (11). Эти виды-пионеры обычно имеют более крупные ареалы (15). Кроме того, опосредованное человеком распространение полезных растений может избирательно нацеливаться на широко распространенные виды из-за таких факторов, как узнаваемость и доступность.Недавнее исследование пальм в Южной Америке действительно показало, что широко распространенные виды используются людьми преимущественно по сравнению с видами, обитающими в узком диапазоне (33).

Хотя широко распространено мнение о том, что реализованные ареалы видов часто находятся в неравновесном состоянии с современным климатом, существует немного исследований, изучающих степень, в которой виды заполняют свои ареалы климатического потенциала, и лежащие в основе детерминанты (23). Установлено, что ограничение расселения и способность видов к расселению после ледникового периода имеют большое значение для РФ (23, 34, 35).Наши результаты показали, что помимо этих природных факторов важную роль может сыграть и деятельность человека. Это показывает, что показатель RF полезен при оценке воздействия человека на крупномасштабное распространение видов. Мы действительно обнаружили, что виды растений, находящиеся под угрозой исчезновения в Китае, имеют более низкий RF, чем виды, не находящиеся под угрозой ( SI Приложение , рис. S1 A ). Несмотря на то, что Китай пострадал от высокого, но неоднородного антропогенного давления, дескрипторы человеческой деятельности объясняют лишь ограниченное разнообразие видов древесных растений в Китае, которое, напротив, в основном связано с климатом (36).Поскольку РФ учитывает текущий климат через потенциальные диапазоны, влияние человека становится более очевидным в географических структурах РФ. Из-за ограниченной доступности данных о временном распределении влияние человека на распространение растений в больших масштабах не исследовалось часто (4). Радиочастотный подход, использованный в этом исследовании, обеспечивает возможный способ оценки антропогенного воздействия на ареалы для многих видов без данных о динамическом распространении, но с хорошим охватом с точки зрения данных о распространении.

Размер ареала видов широко используется для оценки риска исчезновения видов (37). Общая идея состоит в том, что виды с узким ареалом имеют более высокий риск исчезновения при стохастических угрозах из-за их небольших ареалов распространения (38). В дополнение, наши результаты предполагают, что виды с узким диапазоном более чувствительны к антропогенной деятельности, таким образом, с большей вероятностью будут проигрышными видами. Наши результаты подчеркивают важность узкодисперсных видов в оценке пространственных закономерностей риска исчезновения и принятии решений о приоритетных природоохранных территориях.Поскольку широко распространенные виды вносят непропорционально больше данных о распределении, узкодисперсные виды недостаточно представлены в общих моделях сводных биологических показателей, таких как видовое богатство (39) или MRF по сетке. Для обеспечения репрезентативности при оценке приоритетных территорий для сохранения следует особо учитывать особенности биоразнообразия узкодисперсных видов.

В этом исследовании мы не рассматривали взаимодействия видов, почвенные и другие неклиматические факторы окружающей среды, которые могут повлиять на распространение растений.Мы отмечаем, что объем и содержание этого исследования выходят за рамки масштабной области, где эти факторы обычно ограничивают диапазон растений (20). Кроме того, это исследование было сосредоточено на контрастах РФ между различными регионами, а не на абсолютных значениях. Из-за широко распространенного гористого ландшафта в Китае средние климатические условия по ячейкам сетки могут плохо отражать топоклимат, что может привести к более значительным прогнозируемым потенциальным распределениям (40) и, следовательно, к более низкому RF. Однако диапазон высот в ячейках сетки сопоставим между юго-востоком и северо-западом Китая при разрешении 20 × 20 км ( SI Приложение , рис.S9). По сравнению с предыдущими исследованиями, посвященными европейским растениям (23, 35), сосудистые растения в Китае оцениваются как имеющие более высокий RF, вероятно, из-за методологических различий. Во-первых, мы исследовали только виды, имеющие не менее 20 встреч, а более 20 000 видов с более узкими ареалами не были включены (41). Поскольку виды с узким диапазоном, как правило, имеют низкий RF (42), оценки RF исследованных видов, вероятно, представляют относительно высокие уровни RF по сравнению с всей флорой. Во-вторых, здесь использовались сложные алгоритмы SDM, а не прямолинейное моделирование климатической оболочки, что может давать консервативные диапазоны потенциалов (23).Мы отмечаем, что консервативные потенциальные диапазоны могут быть более подходящими для измерения антропогенного воздействия на отсутствие в потенциальных диапазонах, лучше исключая районы с относительно низкой климатической пригодностью. В-третьих, наблюдаемые диапазоны с грубым разрешением (200 × 200 км) могут содержать незанятые районы, даже если климатически неподходящие районы были удалены путем наложения их на прогнозируемые распределения с разрешением 20 × 20 км. Однако маловероятно, что географические структуры РФ будут искажены, поскольку данные о распределении имели одинаковое разрешение по исследуемой территории.

Таким образом, в этом исследовании была измерена степень, в которой 9 701 вид сосудистых растений заполняют свои климатические потенциальные ареалы по всему Китаю, и проанализировано антропогенное воздействие на РФ узкодиапазонных и широко распространенных видов, соответственно. Мы обнаружили, что узкодисперсные и широко распространенные виды демонстрировали противоположные отношения к деятельности человека, причем их RF уменьшались и увеличивались под влиянием человека, соответственно. Эти результаты согласуются с тем, что флора подвергается биотической гомогенизации из-за деятельности человека, при этом узкодисперсные виды заменяются широко распространенными видами.Виды с узким диапазоном, определенные в этом исследовании, на самом деле даже не самые редкие, потому что они были определены как имеющие не менее 20 вхождений, чтобы можно было моделировать. Более того, в Китае примерно в 2 раза больше сосудистых растений с более узким ареалом (41). Поскольку общая картина заключается в том, что виды, расположенные в узком диапазоне, более многочисленны, чем широко распространенные в природе (43), негативное влияние деятельности человека на распространение растений, вероятно, очень распространено. Наши результаты подчеркивают важность создания большего количества охраняемых территорий и зон с сокращенной антропогенной деятельностью, чтобы помочь смягчить негативное антропогенное воздействие на богатое разнообразие растений Китая, особенно на виды с узким диапазоном распространения, а также необходимость содействия восстановлению видов с узким диапазоном как цель обширных программ Китая по восстановлению экосистем.

Материалы и методы

Данные по видам.

Данные о распространении видов взяты из Китайской базы данных о распространении сосудистых растений, которая была составлена ​​на основе более 6 миллионов экземпляров и более 1000 опубликованных флор, контрольных списков и отчетов о кадастрах (41). Все записи в этой базе данных были привязаны к пространственной единице уровня округа, и большинство из них также содержали описания мест сбора. Поскольку эти записи с разрешением округа были относительно неточными для построения SDM, мы дополнительно привязали эти записи к более высоким разрешениям, таким как города, деревни и конкретные места отбора проб, в соответствии с описанием местности, а затем получили информацию о широте и долготе.Затем эти географически привязанные записи были объединены в ячейки сетки с разрешением 20 × 20 км. Для дальнейшего анализа были отобраны виды с более чем 20 присутствиями, в результате чего осталось 9 784 исследуемых вида, принадлежащих к 1929 родам и 264 семействам, с общим количеством 974 596 записей о присутствии, агрегированных из 4 287 352 записей с координатами, с географической привязкой из 7 034 587 записей на уровне округа. Записи присутствия с разрешением 20 × 20 км использовались для SDM, тогда как записи на уровне округа проецировались с разрешением 200 × 200 км, которые использовались для описания наблюдаемого распределения видов.Мы выбрали разрешение 200 × 200 км, потому что инвентаризация видов при таком грубом разрешении была относительно полной, тогда как выборка на уровне округа и более высокого разрешения, вероятно, была недостаточной (44) ( SI Приложение , рис. S10).

Данные по окружающей среде.

Мы извлекли текущие климатические переменные из базы данных WorldClim 1.4 с разрешением 2,5 ‘за период с 1960 по 1990 год, включая 19 биоклиматических переменных (от bio1 до bio19), а также среднемесячную температуру и осадки (45).На основе среднемесячной температуры и количества осадков мы также вывели 2 часто используемых биоклиматических переменных: градусо-дни роста (с базовой температурой 5 ° C) и водный баланс (рассчитанный как разница между годовым количеством осадков и потенциальной эвапотранспирацией) (23). Эти две переменные плюс указанные выше 19 биоклиматических переменных использовались в качестве кандидатов-предикторов для прогнозирования потенциального распределения видов. Из-за сильной мультиколлинеарности среди этих переменных мы выполнили выбор переменных на основе интенсивности коллинеарности и предсказательной способности переменных ( SI Приложение ).Наконец, были выбраны 5 климатических переменных ( SI Приложение , рис. S11): сезонность температуры (bio4), минимальная температура самого холодного месяца (bio6), сезонность осадков (bio15), осадки самого теплого квартала (bio18) и самого холодного квартала. (биография19).

Мы использовали 3 показателя человеческой деятельности для объяснения вариаций RF видов и географических паттернов MRF ячеек сетки, включая HPD, HFP и пахотные земли из открытых источников ( SI, приложение , рис. S12 и таблица S8). Эти переменные были сильно коррелированы ( SI Приложение , таблица S9) и, таким образом, включены в статистические модели ниже по отдельности.Помимо антропогенного воздействия, на РФ также могут влиять топография и палеоклиматические изменения (23). Для топографии мы использовали диапазон высот, который был определен как диапазон высот в каждой ячейке сетки с использованием данных о высоте с пространственным разрешением 1 км ( SI Приложение , рис. S12). Для палеоклиматических изменений мы использовали температурную аномалию с момента последнего ледникового максимума (LGM), которая была рассчитана как разница между текущей среднегодовой температурой (MAT) и средним значением двух оценок MAT во время LGM из моделирования моделей CCSM4 ( 46) и MIROC-ESM (47) из WorldClim ( SI Приложение , рис.S12). Мы также включили текущий MAT и среднегодовое количество осадков (MAP) для контроля экологических различий по всему Китаю, даже несмотря на то, что текущий климат использовался для прогнозирования потенциальных диапазонов видов и, следовательно, в некоторой степени уже учитывался при вычислении RF ( SI, приложение ). , Рис. S12).

Моделирование распространения видов.

Ансамблевый подход использовался для прогноза распределения видового потенциала в ячейках сетки 20 × 20 км (48). Мы использовали 4 алгоритма моделирования: обобщенная линейная модель, обобщенный аддитивный режим, случайный лес и максимальная энтропия.Поскольку для этих алгоритмов требуются фоновые данные или данные псевдоотсутствия, мы сгенерировали 20 наборов псевдоприсутствия для каждого вида с таким же размером каждого, как количество присутствий (49). Из-за пространственных предубеждений в наблюдаемых присутствиях мы выбрали псевдоотсутствия с такой же систематической ошибкой, как и в данных о встречаемости, используя метод целевой группы, вместо того, чтобы выбирать псевдоотсутствия случайным образом по всему исследуемому региону ( SI Приложение ) (50). Вероятность выбора ячейки сетки была взвешена по среднему количеству записей на вид ( SI Приложение , рис.S13). Затем мы откалибровали модели, используя 70% случайную выборку исходных данных, и сравнили их с оставшимися 30% данных, используя истинную статистику навыков (TSS) и площадь под кривой рабочих характеристик приемника, которые были повторены 5 раз. Те модели с TSS> 0,5 были включены для построения модели ансамбля. Оценку прошли 9 701 вид, которые были использованы для дальнейшего анализа. Сгенерированные SDM ансамбля в целом имеют хорошие характеристики ( SI Приложение , рис.S14). Затем откалиброванные модели проецировались на текущее климатическое пространство, а ансамблевые прогнозы классифицировались по присутствию / отсутствию с пороговым значением путем максимизации TSS (51). Все моделирование проводилось с использованием пакета biomod2 на языке R (52).

Расчет заполнения ареала видов.

Для каждого вида мы рассчитали отношение наблюдаемого размера ареала к потенциальному как RF, чтобы измерить равновесие ареала с текущим климатом (набор данных S1). Как наблюдаемые, так и потенциальные размеры диапазона были измерены как количество ячеек сетки с разрешением 20 × 20 км.Однако надежные данные о распределении растений с высоким разрешением по всему Китаю в настоящее время недоступны. Поэтому мы наложили наблюдаемые распределения видов с разрешением 200 × 200 км с потенциальными распределениями с разрешением 20 × 20 км. Таким образом, все климатически подходящие ячейки сетки размером 20 × 20 км в ячейке сетки 200 × 200 км считались занятыми, когда вид наблюдался в ячейке сетки 200 × 200 км.

В этом исследовании РФ использовался для обнаружения антропогенного воздействия на распространение видов.Помимо антропогенной деятельности, отсутствие в пределах диапазона климатического потенциала в более широких масштабах также может быть вызвано крупномасштабным ограничением распространения. Такое отсутствие чаще происходило в климатически подходящих районах за пределами наблюдаемых диапазонов. Поэтому мы использовали буферный минимальный выпуклый многоугольник длиной 200 км вокруг наблюдаемых диапазонов, чтобы ограничить диапазоны климатического потенциала. Затем мы повторили расчет и анализ, используя эти ограниченные диапазоны потенциалов. Полученные оценки RF и пространственные шаблоны RF были аналогичны тем, которые использовали неограниченные диапазоны потенциалов ( SI Приложение , рис.S15 – S17). Поэтому мы не проводили дальнейший анализ с использованием RF на основе ограниченных диапазонов потенциалов.

Далее мы исследовали, варьируется ли RF в зависимости от категорий уровня угрозы (27), статуса эндемизма (53), типа растения и формы роста (41), используя тесты суммы рангов Вилкоксона и суммы рангов Крускала-Уоллиса. Поскольку в каждой категории было несколько видов, обозначенных как находящиеся под угрозой или почти находящиеся под угрозой исчезновения в наших изученных видах, мы объединили виды в категории МСОП, находящиеся под угрозой исчезновения (16 видов), исчезающие виды (82 вида), уязвимые (251 вид) и близкие к опасности находящиеся под угрозой исчезновения (293 вида) как находящиеся под угрозой исчезновения, а затем сравнили их с видами, вызывающими наименьшее беспокойство (7 477 видов).Статус эндемизма показывает, является ли вид эндемичным для Китая (эндемики: 3141 вид; неэндемики: 6560 видов) (53). Типы растений были разделены на птеридофиты (715 видов), голосеменные (102 вида) и покрытосеменные (8 884 вида). Для покрытосеменных виды были далее разделены на однолетние травы (639 видов), многолетние травы (3583 вида), вьющиеся растения (950 видов), кустарники (2048 видов) и деревья (1441 вид).

Заполнение ареала по видам и детерминантам.

Чтобы проверить, оказывает ли деятельность человека противоположное влияние на узкодисперсные и широко распространенные виды, мы сначала сравнили RF между видами из регионов с низким и высоким влиянием человека для узкодиапазонных и широко распространенных видов, соответственно.Северо-западная и юго-восточная части HHL в Китае представляют собой 2 смежных региона с разной интенсивностью человеческой деятельности. Хотя области с низкой или высокой человеческой активностью могут быть определены непосредственно на основе переменных человеческой активности, созданные области будут фрагментированы. Виды с их ≥80% наблюдаемых ареалов на северо-западе и юго-востоке были определены как северо-западные и юго-восточные виды, соответственно, которые представляли 2 группы видов, подверженных низкой и высокой активности человека.Затем мы ранжировали все изученные виды по наблюдаемому размеру ареала, независимо от регионов, где виды были в основном распространены. Виды с 30% наименьшим размером ареала (≤1145 ячеек сетки) были отнесены к категории видов с узким диапазоном, а виды с 30% максимальным размером ареала (≥2 475 ячеек сетки) — к широко распространенным видам ( SI Приложение , рис. S18). ). Внутри узкодиапазонных и широко распространенных видов северо-западные и юго-восточные виды имели одинаковые размеры ареала, и их RF сравнивали с помощью критерия суммы рангов Вилкоксона.Мы отмечаем, что узкодисперсные виды могут быть специалистами, которые сохраняются в ограниченных местообитаниях в пределах своего географического ареала и, следовательно, имеют более низкий RF по сравнению с широко распространенными видами (42) ( SI Приложение ).

Во-вторых, мы проверили ассоциации между RF видов и независимыми переменными с бета-регрессией, используя пакет Betareg R (54). Бета-регрессия обычно используется для моделирования пропорциональных данных с ограничением от 0 до 1, которые обычно являются ненормальными и гетероскедастичными (54).Объясняющие переменные включали факторы воздействия человека (HPD, HFP и пахотные земли), диапазон высот, температурные аномалии, MAT, MAP и размер наблюдаемого ареала вида. Термин взаимодействия между факторами воздействия человека и размером диапазона был включен для проверки эффекта зависимости от размера диапазона деятельности человека. Здесь переменные среды были рассчитаны как среднее значение по диапазонам потенциальных видов. Мы выполнили обратный выбор модели на основе информационного критерия Акаике для выбора предикторов.HPD и пахотные земли были преобразованы log ₁₀ для улучшения линейности и точности подгонки моделей. Все объясняющие переменные были стандартизированы для сравнения коэффициентов регрессии.

Здесь мы не учли филогенетическое родство видов в тестах на значимость, которые потенциально могут раздуть ошибку типа I. Затем был применен вложенный дисперсионный анализ для определения пропорций вариации RF на разных таксономических уровнях. Мы обнаружили, что большинство вариаций (77.3%) встречались на уровне вида, 18,8% на уровне рода и 4,0% на уровне семейства, что позволяет предположить, что RF на уровне вида не был сильно филогенетически зависимым.

Географические закономерности и детерминанты заполнения ареалов.

Помимо анализа на уровне видов, мы также использовали подход, основанный на комплексах, для суммирования RF видов в каждой ячейке сетки 200 × 200 км и изучения пространственных структур RF. Путем интеграции оценок RF видов с данными распределения с разрешением 200 × 200 км мы вычислили среднее значение RF видов, наблюдаемых в каждой ячейке сетки, для всех, узкодиапазонных и широко распространенных видов, соответственно.Чтобы проверить, были ли географические вариации MRF связаны с моделями размера диапазона, мы также вычислили медианное значение ячеек сетки как наблюдаемых, так и потенциальных размеров диапазонов и средние остатки ячеек сетки видов RF из регрессии против размера диапазона для всех, узко- ранжированных и широко распространенных видов, и сравнил их с MRF ( SI Приложение ).

Затем мы использовали простые и множественные линейные регрессии для изучения взаимосвязей между MRF и независимыми переменными, включая факторы воздействия человека (HPD, HFP и пахотные земли), диапазон высот, температурные аномалии, MAT и MAP.Однако пространственные коррелограммы и глобальная шкала Морана I показали сильные пространственные автокорреляции, представленные в остатках подобранных моделей множественной регрессии, которые могут завышать оценки ошибок типа I и коэффициентов смещения ( SI Приложение , рис. S19). Затем мы использовали подход пространственной фильтрации на основе собственных векторов для учета пространственной автокорреляции (55) ( SI Приложение ). Объясняющие переменные вместе с выбранными пространственными фильтрами использовались в качестве предикторов моделей множественной регрессии, остатки которых, следовательно, не имели пространственной автокорреляции ( SI Приложение , рис.S19). В качестве дополнения мы предоставляем результаты без учета пространственной автокорреляции в SI Приложение , таблицы S10 – S12; они соответствовали результатам моделирования с помощью пространственных фильтров.

Стандартизированные коэффициенты регрессии и частичные R ² были рассчитаны для измерения относительной важности независимых переменных. В ходе статистического анализа мы удалили ячейки сетки с площадью менее 12 000 км ² , в результате чего осталось 253 ячейки сетки.Для улучшения линейности и нормальности остатков модели, HPD, пахотные земли, аномалии температуры и диапазон высот были преобразованы в лог ₁₀ . Все статистические анализы были выполнены с использованием R 3.4.3 (56). Анализ пространственной фильтрации был выполнен с использованием функции pcnm в веганском пакете R (57).

Модели заполнения диапазонов форм и порядков роста растений.

Чтобы выяснить, можно ли обобщить, что узкодисперсные и широко распространенные виды имеют противоположные RF-паттерны и ассоциации с деятельностью человека, мы провели сравнения форм роста и эволюционно независимых линий.Различные формы роста и эволюционные линии имеют различные географические распределения, которые совместно определяются как экологическими, так и эволюционными процессами (25, 41). Сходство RF-паттернов и ассоциации с деятельностью человека в разных формах роста и клонах указывает на сходные механизмы, участвующие в генерации RF-паттернов в разных группах видов.

Были оценены четыре формы роста (однолетние травы, многолетние травы, кустарники и деревья). Чтобы представить эволюционно независимые линии, мы выбрали отряды покрытосеменных с более чем 100 изученными видами в целом и как минимум 5 узкодиапазонных и широко распространенных видов как в юго-восточных, так и в северо-западных регионах, в результате чего получилось 13 порядков: Asparagales, Asterales, Brassicales, Caryophyllales, Ericales, Fabales. , Gentianales, Lamiales, Malpighiales, Poales, Ranunculales, Rosales и Saxifragales.Мы исследовали различия РФ между северо-западными и юго-восточными видами в пределах узких и широко распространенных видов по этим формам и порядкам роста. Мы также рассчитали географические закономерности MRF и проанализировали их корреляции Пирсона с 3 индикаторами деятельности человека (HPD, HFP и пахотные земли) с использованием модифицированного теста Dutilleul et al. t (58) для проверки значимости (с учетом пространственной автокорреляции). ) для узкодисперсных и широко распространенных видов соответственно.

Доступность данных.

Основной источник данных о распространении видов, используемых в этом исследовании, информация об образцах, доступен через Китайский виртуальный гербарий (http://www.cvh.ac.cn). Продукты, основанные на данных о распределении видов (наблюдаемые виды и потенциальные размеры ареала и заполнение ареала), указаны в наборе данных S1.

Благодарности

Мы благодарим редакторов и анонимных рецензентов за их конструктивные комментарии, которые значительно улучшили рукопись. Мы благодарны докторам.Канран Лю и Цзянь Чжан за полезные обсуждения анализа данных и доктору Тиемей Чен за помощь в подготовке данных. Это исследование было поддержано Программой стратегических приоритетных исследований Китайской академии наук (XDA104). J.-C.S. был поддержан Европейским исследовательским советом (ERC-2012-StG-310886-HISTFUNC). J.-C.S. также считает эту работу вкладом в свой проект VILLUM Investigator (VILLUM FONDEN Grant 16549). М.-Г.З. был поддержан Национальным фондом естественных наук Китая (31700465) и Проектом прикладных фундаментальных исследований провинции Шаньси (201701D221217).Наборы данных, использованные в этом исследовании, частично предоставлены проектом NSII (Национальная информационная инфраструктура образцов Китая), который был поддержан Министерством науки и технологий Китая (Y5217G1001).

Сноски

• Вклад авторов: W.-B.X., J.-C.S. и K.-P.M. спланированное исследование; W.-B.X. проведенное исследование; W.-B.X., G.-K.C., M.-G.Z., J.-H.H., B.C. и K.-P.M. предоставленные данные о распределении растений; W.-B.X. проанализированные данные; и W.-B.X., J.-C.S., A.O. и K.-ВЕЧЕРА. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS. А.Х. — приглашенный редактор по приглашению редакционной коллегии.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1

1116/-/DCSupplemental.

• Авторские права © 2019 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Экологическая стойкость, токсичность и биоаккумуляция

Тяжелые металлы — хорошо известные загрязнители окружающей среды из-за их токсичности, стойкости в окружающей среде и биоаккумуляции.Их естественные источники включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов, а антропогенные источники включают горнодобывающую промышленность и различную промышленную и сельскохозяйственную деятельность. Горнодобывающая и промышленная переработка для добычи полезных ископаемых и их последующее применение для промышленного, сельскохозяйственного и экономического развития привели к увеличению мобилизации этих элементов в окружающей среде и нарушению их биогеохимических циклов. Загрязнение водных и наземных экосистем токсичными тяжелыми металлами представляет собой экологическую проблему, вызывающую обеспокоенность населения.Являясь стойкими загрязнителями, тяжелые металлы накапливаются в окружающей среде и, как следствие, загрязняют пищевые цепи. Накопление потенциально токсичных тяжелых металлов в биоте создает потенциальную угрозу здоровью их потребителей, включая людей. В этой статье всесторонне рассматриваются различные аспекты тяжелых металлов как опасных материалов с особым акцентом на их устойчивость в окружающей среде, токсичность для живых организмов и потенциал биоаккумуляции. Биоаккумуляция этих элементов и ее последствия для здоровья человека обсуждаются с особым вниманием к рыбе, рису и табаку.Статья послужит ценным образовательным ресурсом как для студентов, так и для аспирантов, а также для исследователей в области наук об окружающей среде. Наиболее опасные для окружающей среды тяжелые металлы и металлоиды включают Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg и As. Трофический перенос этих элементов в водных и наземных пищевых цепях / сетях имеет важные последствия для дикой природы и здоровья человека. Очень важно оценивать и контролировать концентрации потенциально токсичных тяжелых металлов и металлоидов в различных сегментах окружающей среды и в резидентной биоте.Всестороннее исследование химии окружающей среды и экотоксикологии опасных тяжелых металлов и металлоидов показывает, что следует принимать меры для минимизации воздействия этих элементов на здоровье человека и окружающую среду.

1. Введение

Загрязнение окружающей среды — одна из основных проблем современного человеческого общества [1]. Загрязнение окружающей среды и загрязнение тяжелыми металлами представляет угрозу для окружающей среды и вызывает серьезную озабоченность [2, 3]. Быстрая индустриализация и урбанизация вызвали загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, и темпы их мобилизации и переноса в окружающей среде значительно ускорились с 1940-х годов [4, 5].Их естественные источники в окружающей среде включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов, в то время как основные антропогенные источники включают промышленные выбросы, добычу полезных ископаемых, плавку и сельскохозяйственную деятельность, такую ​​как применение пестицидов и фосфорных удобрений. Сжигание ископаемого топлива также способствует выбросу тяжелых металлов, таких как кадмий (Cd), в окружающую среду [6]. Тяжелые металлы стойкие в окружающей среде, загрязняют пищевые цепи и вызывают различные проблемы со здоровьем из-за своей токсичности.Хроническое воздействие тяжелых металлов в окружающей среде представляет реальную угрозу для живых организмов [7].

Концентрации металлов выше пороговых уровней влияют на микробиологический баланс почв и могут снизить их плодородие [8]. Биоаккумуляция токсичных тяжелых металлов в биоте речных экосистем может иметь неблагоприятные последствия для животных и человека [9]. Более высокие уровни тяжелых металлов в биоте могут иметь негативные последствия для экологического здоровья водных видов животных и способствовать сокращению их популяций [10].Тяжелые металлы являются сильными нейротоксинами у рыб. Взаимодействие тяжелых металлов с химическими раздражителями у рыб может нарушать связь рыб с окружающей средой [11]. Было обнаружено, что тяжелые металлы связаны с уродствами рыб как в естественных популяциях, так и в лабораторных условиях. Как правило, такие деформации негативно сказываются на популяциях рыб, поскольку деформации влияют на их выживание, темпы роста, благополучие и внешний вид. Эти деформации у рыб могут служить отличными биомаркерами загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами [12].Хартл [13] отмечает, что «металлы природного или антропогенного происхождения повсеместно встречаются в водной среде, и поэтому понимание их поведения и взаимодействия с водными организмами, особенно с рыбами, основным источником белка для потребления человеком, имеет большое социально-экономическое значение. важность ».

В этой статье всесторонне рассматриваются различные аспекты тяжелых металлов как опасных материалов с особым акцентом на их стойкость к окружающей среде, токсичность для живых организмов и потенциал биоаккумуляции.Биоаккумуляция этих элементов и ее последствия для здоровья человека обсуждаются с особым вниманием к рыбе, рису и табаку. Статья послужит ценным образовательным ресурсом как для студентов, так и для аспирантов, а также для исследователей в области наук об окружающей среде.

2. Металлы и их жизненно важное значение

С химической точки зрения металлы определяются как «элементы, которые проводят электричество, имеют металлический блеск, пластичны и пластичны, образуют катионы и содержат основные оксиды» [14].Термины, обычно используемые в отношении металлов в биологических и экологических исследованиях, — это металл, металлоид, полуметалл, легкий металл, тяжелый металл, эссенциальный металл, полезный металл, токсичный металл, металл в больших количествах, доступный металл, микроэлементы и микроэлементы [15]. Металлы имеют очень разнообразное применение и играют важную роль в человеческом обществе, где доминирует отрасль. Некоторые металлы выполняют критически важные физиологические и биохимические функции в биологических системах, и их недостаток или избыток может привести к нарушению обмена веществ и, следовательно, к различным заболеваниям.Некоторые металлы и металлоиды необходимы для (биологической) жизни. Они играют важную физиологическую и биохимическую роль в организме, поскольку могут быть частью биомолекул, таких как ферменты, которые катализируют биохимические реакции в организме.

2.1. Тяжелые металлы (ТМ)

Согласно Csuros и Csuros [16], тяжелый металл определяется как «металл с плотностью более 5 г / см ³ (т. Е. С удельным весом более 5)». Согласно Даффусу [15], «термин« тяжелые металлы »часто используется в качестве названия группы для металлов и полуметаллов (металлоидов), которые связаны с загрязнением и потенциальной токсичностью или экотоксичностью.«Совсем недавно мы предложили более широкое определение этого термина, и тяжелые металлы были определены как« встречающиеся в природе металлы с атомным номером более 20 и элементной плотностью более 5 г · см ⁻³ »[17].

2.2. Незаменимые и несущественные тяжелые металлы

Что касается их роли в биологических системах, то тяжелые металлы классифицируются как незаменимые и несущественные. Незаменимые тяжелые металлы важны для живых организмов и могут потребоваться в организме в довольно низких концентрациях.Несущественные тяжелые металлы не играют известной биологической роли в живых организмах. Примерами основных тяжелых металлов являются Mn, Fe, Cu и Zn, тогда как тяжелые металлы Cd, Pb и Hg токсичны и считаются биологически несущественными [18–21]. Тяжелые металлы Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn и Mo являются микроэлементами или микроэлементами для растений. Они необходимы для роста и устойчивости к стрессу, а также для биосинтеза и функционирования различных биомолекул, таких как углеводы, хлорофилл, нуклеиновые кислоты, химические вещества для роста и вторичные метаболиты [22].Дефицит или избыток необходимого тяжелого металла приводит к заболеваниям или ненормальным состояниям. Однако списки основных тяжелых металлов могут быть разными для разных групп организмов, таких как растения, животные и микроорганизмы. Это означает, что тяжелый металл может быть необходим для одной группы организмов, но несущественен для другой. Взаимодействие тяжелых металлов с разными группами организмов очень сложное [23].

2.3. Наиболее опасные для окружающей среды тяжелые металлы и металлоиды

Тяжелые металлы относятся к числу наиболее изученных загрязнителей окружающей среды.Практически любой тяжелый металл и металлоид могут быть потенциально токсичными для биоты в зависимости от дозы и продолжительности воздействия. Многие элементы классифицируются в категории тяжелых металлов, но некоторые из них имеют отношение к окружающей среде. Список наиболее токсичных для окружающей среды тяжелых металлов и металлоидов содержит Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg и As [24]. Наиболее распространенными загрязнителями окружающей среды тяжелыми металлами являются Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd и Pb [25]. В 2009 году Китай предложил четыре металла, т.е.е., Cr, Cd, Pb, Hg и металлоид As, как загрязнители с наивысшим приоритетом для контроля в «Пятилетнем плане 12 ^th для всестороннего предотвращения и контроля загрязнения тяжелыми металлами» [26]. Некоторые другие тяжелые металлы также опасны для живых организмов в зависимости от дозы и продолжительности воздействия. Например, Mansouri et al. [27] обнаружили, что Ag более токсичен для пресноводных рыб, чем Hg.

2.4. Источники тяжелых металлов в окружающей среде

Источники тяжелых металлов в окружающей среде могут быть как естественными / геогенными / литогенными, так и антропогенными.Природные или геологические источники тяжелых металлов в окружающей среде включают выветривание металлосодержащих пород и извержения вулканов. Глобальные тенденции индустриализации и урбанизации на Земле привели к увеличению антропогенной доли тяжелых металлов в окружающей среде [28]. Антропогенные источники тяжелых металлов в окружающей среде включают горнодобывающую, промышленную и сельскохозяйственную деятельность. Эти металлы (тяжелые металлы) высвобождаются при добыче и извлечении различных элементов из соответствующих руд.Тяжелые металлы, выбрасываемые в атмосферу во время горных работ, плавки и других промышленных процессов, возвращаются на землю в результате сухого и влажного осаждения. Сброс сточных вод, таких как промышленные и бытовые сточные воды, приводит к добавлению тяжелых металлов в окружающую среду. Внесение химических удобрений и сжигание ископаемого топлива также способствуют антропогенному поступлению тяжелых металлов в окружающую среду. Что касается содержания тяжелых металлов в коммерческих химических удобрениях, то фосфорные удобрения особенно важны.

Обычно фосфорные удобрения производятся из фосфоритов (ФР) путем подкисления. При подкислении простого суперфосфата (SSP) используется серная кислота, а при подкислении тройного суперфосфата (TSP) — фосфорная кислота [29]. Конечный продукт содержит все тяжелые металлы, присутствующие в составе фосфатной руды [30]. Коммерческие неорганические удобрения, особенно фосфорные удобрения, потенциально могут способствовать глобальному переносу тяжелых металлов [31].Тяжелые металлы, добавленные в сельскохозяйственные почвы через неорганические удобрения, могут попадать в грунтовые воды и загрязнять их [29]. Фосфорные удобрения особенно богаты токсичными тяжелыми металлами. Два основных пути переноса токсичных тяжелых металлов из фосфорных удобрений в организм человека показаны ниже [29]: человеческое тело

Сжигание ископаемого топлива в промышленности, в домах и на транспорте является антропогенным источником тяжелых металлов.Транспортные средства являются одними из основных антропогенных источников тяжелых металлов, таких как Cr, Zn, Cd и Pb [32]. Сообщалось о более высоких концентрациях экологически важных тяжелых металлов в почвах и растениях вдоль дорог в городских и городских районах. Что касается антропогенных источников тяжелых металлов, выбросы от сжигания угля и других процессов сжигания очень важны [5]. При сжигании угля Cd, Pb и As частично летучие, а Hg — полностью летучие. В Китае сжигание угля является одним из основных источников выбросов в атмосферу опасных микроэлементов [33].В таблице 1 перечислены некоторые экологически важные данные по восьми ключевым опасным микроэлементам (HTE) в китайских углях, представляющим первостепенную важность для окружающей среды.

Элемент Смоделированная средняя конц. (ppm) Выбросы от использования угля в Китае в 2007 г. (т) Cr 30,37 8217,8 Ni 17,44 .4 Cd 0,61 245,4 Pb 23,04 12547,0 Hg 0,20 9275 927 927 927 927 927 927 927 927 927 927 927 927 927 927 9275 As 3,66 2353,0 Sb 2,01 546,7

Антропогенные отрасли промышленности [34, кожевенная промышленность, кожевенная промышленность и кожевенная промышленность] включают в себя гальваническую промышленность. .В глобальном масштабе около 50 000 т / год Cr может быть выброшено в результате сжигания угля, древесины и сжигания мусора [5]. Удобрения также обычно содержат значительное количество Cr [35]. В мировом масштабе при сжигании угля может быть произведено около 60 000 т / год никеля; большая его часть остается в золе [5]. Естественными источниками Cd в окружающей среде являются вулканические действия и выветривание горных пород, тогда как антропогенным источником является добыча цветных металлов, особенно переработка Pb-Zn руд [36]. В глобальном масштабе около 7000 т / год Cd может выбрасываться при сжигании угля, а сжигание осадка сточных вод также является источником Cd [5].Антропогенное повышение концентрации Cd также вызвано чрезмерным внесением химических удобрений [37]. P-содержащие удобрения содержат Cd в качестве загрязнителя в концентрациях от следовых количеств до 300 ppm в пересчете на сухой вес и, следовательно, могут быть основным источником поступления этого металла в сельскохозяйственные системы [38]. Pb попадает в окружающую среду из различных источников, включая кислотные батареи, старые водопроводные системы и свинцовые дроби, используемые при охоте на дичь. Сжигание этилированного бензина также является источником Pb в окружающей среде.Хотя использование тетраэтилсвинца в качестве антидетонационного агента в бензине запрещено, он все еще используется в некоторых развивающихся регионах мира.

3. Загрязнение природных вод, отложений и почв тяжелыми металлами

Токсичные следы металлов представляют серьезную угрозу как для водных, так и для наземных экосистем [39]. После попадания как из естественных, так и из антропогенных источников тяжелые металлы загрязняют естественные водоемы, отложения и почвы. Тяжелые металлы, выбрасываемые в атмосферу в результате извержений вулканов и различных промышленных выбросов, также в конечном итоге возвращаются на землю и вызывают загрязнение вод и почв.Поскольку тяжелые металлы устойчивы в окружающей среде, они либо накапливаются в биоте, либо вымываются в грунтовые воды. Загрязнение биоты и подземных вод потенциально токсичными тяжелыми металлами имеет важные последствия для здоровья человека. Важно оценить степень загрязнения речных экосистем тяжелыми металлами, исследуя концентрации этих элементов и их распределение [40]. На рисунке 1 представлена ​​концептуальная схема загрязнения водной (речной) экосистемы тяжелыми металлами.Различные физико-химические и климатические факторы влияют на общую динамику и биогеохимический цикл тяжелых металлов в окружающей среде.

3.1. Вода

Говорят, что вода — это «кровь биосферы». Поскольку вода является универсальным растворителем, она растворяет различные органические и неорганические химические вещества и загрязнители окружающей среды. Водные экосистемы, как пресноводные, так и морские, уязвимы для загрязнения. Загрязнение водных ресурсов тяжелыми металлами является серьезной экологической проблемой, которая отрицательно сказывается на здоровье растений, животных и человека [41].Тяжелые металлы чрезвычайно токсичны для водных организмов даже при очень низких концентрациях [42]. Эти элементы могут вызывать значительные гистопатологические изменения в тканях водных организмов, таких как рыбы [43]. Водные экосистемы загрязнены тяжелыми металлами из разных источников. Одним из источников тяжелых металлов в водных экосистемах являются сточные воды от горных работ [44]. Другие источники загрязнения воды тяжелыми металлами включают различные промышленные сточные воды, бытовые сточные воды и сельскохозяйственные стоки.Сброс промышленных сточных вод без очистки в водные объекты является основным источником загрязнения поверхностных и подземных вод [45]. Загрязнение водоемов тяжелыми металлами является мировой проблемой из-за устойчивости окружающей среды, биоаккумуляции и биомагнификации в пищевых цепях, а также токсичности этих элементов [46].

3.2. Осадки

Загрязнение донных отложений тяжелыми металлами является экологически важной проблемой, имеющей последствия для водных организмов и здоровья человека.Осадки выступают в качестве основного запаса металлов в водной среде. Их качество может указывать на состояние загрязнения воды [47]. Осадки служат одновременно стоком и источником тяжелых металлов, выбрасывая их в толщу воды [48]. Продолжающееся отложение тяжелых металлов в отложениях также может привести к загрязнению подземных вод этими загрязнителями [49]. На адсорбцию, десорбцию и последующие концентрации тяжелых металлов в отложениях влияют многие физико-химические факторы, такие как температура, гидродинамические условия, окислительно-восстановительное состояние, содержание органических веществ и микробов, соленость и размер частиц [50].На распределение тяжелых металлов в отложениях влияет химический состав осадков, размер зерен и содержание общего органического вещества (TOM) [51]. Важным фактором, определяющим биодоступность металлов в отложениях, является pH. Снижение pH увеличивает конкуренцию между ионами металлов и H ⁺ за сайты связывания в отложениях и может привести к растворению комплексов металлов, высвобождая тем самым свободные ионы металлов в толщу воды [52]. Более высокие концентрации токсичных тяжелых металлов в речных отложениях могут представлять экологический риск для бентоса (донных организмов) [53].

3.3. Почвы

Тяжелые металлы и металлоиды попадают в почвы из материнского материала (литогенного источника) и различных антропогенных источников [54]. Факторы, влияющие на присутствие и распределение тяжелых металлов в почвах, включают состав материнской породы, степень выветривания, а также физические, химические и биологические характеристики почв и климатических условий [55]. Сообщалось о значительном обогащении тяжелыми металлами в почвах, получающих больше удобрений и фунгицидов Cu, по сравнению с целинными почвами и почвами, получающими низкие поступления [56].В городских районах почвы могут быть загрязнены тяжелыми металлами в результате движения тяжелых транспортных средств по дорогам. Образцы почвы в городских районах имеют повышенные концентрации Pb, из которых 45–85% является биодоступным [57]. Биодоступность тяжелых металлов в почвах очень важна для их судьбы в окружающей среде и для их поглощения растениями. Различные тяжелые металлы имеют разную биодоступность в почвах, и эта биодоступность зависит от состава металлов и различных физико-химических свойств почв.

4. Тяжелые металлы как опасные материалы

Тяжелые металлы считаются опасными химическими веществами в окружающей среде. Несущественные тяжелые металлы токсичны для растений, животных и людей в очень низких концентрациях. Даже основные тяжелые металлы в высоких концентрациях также вызывают неблагоприятные последствия для здоровья [58]. В процедурах, разработанных для определения опасности химических загрязнителей в водной среде, учитываются три характерные особенности: стойкость, биоаккумуляция и токсичность (Рисунок 2).Более опасны токсичные вещества, которые обладают как стойкостью, так и способностью к биоаккумуляции [59].

Токсичность относится к свойству химического вещества влиять на выживание, рост и воспроизводство организма. Сообщалось, что некоторые тяжелые металлы обладают канцерогенными, мутагенными и / или тератогенными свойствами для различных видов в зависимости от дозы и продолжительности воздействия. Тяжелые металлы влияют как на дикую природу, так и на здоровье человека. Некоторые виды более чувствительны к тяжелым металлам, чем другие. Механизмы воздействия тяжелых металлов на различные органы, ткани и системы у разных организмов очень сложны, и до сих пор некоторые из них полностью не изучены.Было обнаружено, что воздействие Cd на двустворчатый моллюск Anodonta anatina влияет на карбоангидразу (КА) в его тканях, фермент, играющий роль в осморегуляции и метаболизме Са [60]. Cd считается одним из факторов, вероятно, ответственных за сокращение популяций пресноводных мидий из-за его высокой токсичности, потенциала биоаккумуляции и передачи через пищевые цепи [61].

5. Трофический перенос тяжелых металлов

Поскольку тяжелые металлы устойчивы в окружающей среде, они накапливаются в живых организмах и переносятся с одного трофического уровня на другой в пищевых цепях.Степень накопления тяжелых металлов в биоте зависит от скорости их накопления и скорости их выведения из организма. Таким образом, у разных видов тяжелые металлы имеют разный период полураспада.

Тяжелые металлы могут попадать в организм организма непосредственно из абиотической среды, т.е. воды, отложений и почвы, или могут попадать в организм с пищей / добычей. Например, тяжелые металлы могут попадать в организм рыбы непосредственно из воды или отложений через жабры / кожу рыбы или с кормом / добычей через пищеварительный тракт.Концентрация тяжелого металла может увеличиваться или уменьшаться на последовательных трофических уровнях пищевой цепи. Удержание тяжелых металлов в организме организма зависит от многих факторов, таких как вид металла и физиологические механизмы, разработанные организмом для регуляции, гомеостаза и детоксикации тяжелых металлов. Метилированные формы тяжелых металлов, таких как Hg, в большей степени накапливаются в биоте и, следовательно, биомагнируются в пищевых цепях из-за их липофильности.Некоторые растения обладают способностью расти в богатых металлами средах обитания и называются металлофитами. Эти специальные растения разработали специальные механизмы для борьбы с более высокими концентрациями тяжелых металлов в почве и делятся на три категории: исключающие, индикаторы и гипераккумуляторы. Определенные термины используются для описания трофического переноса тяжелых металлов (рис. 3) (подробности см. В [62]).

6. Перенос тяжелых металлов из почвы в растения

Перенос тяжелых металлов из почвы в растение является очень важным этапом в трофическом переносе таких металлов в пищевых цепях.Эти металлы поглощаются растениями из загрязненной почвы и впоследствии передаются травоядным животным по пищевой цепи [63]. Что касается загрязнения пищевой цепи человека, заражение сельскохозяйственных культур, таких как зерновые и овощи, является очень серьезной проблемой. Употребление зерновых, загрязненных токсичными тяжелыми металлами, может представлять опасность для здоровья человека [64]. Сообщалось о более высоких концентрациях тяжелых металлов в овощах, выращиваемых со сточными водами, по сравнению с овощами, выращенными с использованием грунтовых вод.Более того, более высокие концентрации этих металлов были обнаружены в листовых овощах по сравнению с таковыми в других типах овощей, таких как луковицы и клубни [65].

7. Количественная оценка трофического переноса тяжелых металлов

Для количественной оценки степени или степени накопления тяжелых металлов в биоте использовались определенные термины. Некоторые из этих количественных терминов — это фактор биоконцентрации (BCF), фактор биоаккумуляции (BAF), коэффициент биоаккумуляции (BAC) и т. Д. Некоторые из этих терминов обсуждаются ниже.

7.1. Фактор биоконцентрации (BCF)

BCF указывает на степень обогащения тяжелым металлом в организме по сравнению с таковой в среде его обитания. Он определяется как «отношение концентрации тяжелого металла в ткани организма к его концентрации в абиотической среде (воде и отложениях)». Он рассчитывается по следующему уравнению: где — концентрация металла в ткани организма, а — концентрация металла в абиотической среде.

Некоторые авторы используют альтернативные термины фактор переноса (TF), фактор переноса металла (MTF), фактор накопления (AF), фактор биоаккумуляции (BAF) и фактор накопления отложений биоты (BSAF) и рассчитывают их соответственно.Однако все эти индексы показывают величину накопления тяжелого металла в организме по сравнению с окружающей средой, в которой он растет / живет.

7.2. Коэффициент биоаккумуляции (BAC)

BAC рассчитывается по следующему уравнению [66]: где — концентрация металла в растении, а — концентрация металла в почве.

Очевидно, что значения BCF, BAF, BAC и т.д. зависят от концентрации тяжелого металла в организме и в соответствующей окружающей среде.Поскольку значения этих индексов обратно пропорциональны концентрации металлов в окружающей среде (вода, отложения, почва), значения этих индексов следует использовать с осторожностью для оценки загрязнения биоты тяжелыми металлами. Например, значение BCF для тяжелого металла в мышцах рыбы, обитающей в менее загрязненной воде, может быть выше, чем для рыбы, обитающей в более загрязненной воде, просто из-за более низкой концентрации металла в среде обитания первой рыбы.Сообщалось, что значения коэффициента биоконцентрации (BCF) семи типичных тяжелых металлов в зерновых культурах экспоненциально снижались со средними концентрациями металлов в почве [67].

8. Биоаккумуляция тяжелых металлов в биоте

Поскольку тяжелые металлы устойчивы в окружающей среде, они попадают из окружающей среды в организмы и накапливаются в них. Как упоминалось ранее, поглощение и биоаккумуляция тяжелых металлов в биоте зависит от нескольких факторов. Например, поглощение тяжелых металлов растениями зависит от биодоступности металла в почве, которая, в свою очередь, зависит от нескольких факторов, таких как вид металла, pH и содержание органических веществ в почве.Металлы, которые более биодоступны в почве, могут легче накапливаться в растениях и, следовательно, будут иметь больший потенциал биоаккумуляции. Оценка биоаккумуляции тяжелых металлов в растениях может использоваться для оценки биодоступности металлов в почве. Такую оценку можно также использовать для определения состояния загрязнения окружающей среды. Сообщалось, что растения кажутся более чувствительными к изменениям окружающей среды, чем почвы [68]. Различные виды растений были предложены в качестве биоиндикаторов загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.Различные виды животных также были предложены в качестве биоиндикаторов загрязнения тяжелыми металлами. Например, финиковая мидия ( Lithophaga lithophaga ) была предложена в качестве действительного биоиндикатора загрязнения морской среды [69].

Биоаккумуляция тяжелых металлов в биоте важна с точки зрения окружающей среды, экологии и здоровья человека и имеет важные последствия для дикой природы и здоровья человека. Загрязнение водных и наземных пищевых цепей потенциально токсичными тяжелыми металлами представляет угрозу для здоровья организмов-потребителей, включая человека.В водных экосистемах организмы одновременно подвергаются воздействию различных металлов, которые могут иметь аддитивные, синергические или антагонистические взаимодействия [70]. Тема биоаккумуляции тяжелых металлов в биоте — очень обширная тема. Здесь обсуждение темы будет ограничено биоаккумуляцией тяжелых металлов в рыбе и рисе, которые служат основными пищевыми источниками воздействия тяжелых металлов на население в целом. Кроме того, биоаккумуляция тяжелых металлов в сигаретном табаке также будет обсуждаться, поскольку табачный дым действует как дополнительный источник воздействия тяжелых металлов на курильщиков.

9. Биоаккумуляция тяжелых металлов в пресноводных рыбах

Водная биота подвергается воздействию тяжелых металлов различными путями, такими как вода, отложения и пища [71]. Пресноводные рыбы подвергаются воздействию различных токсичных тяжелых металлов, попадающих в пресноводные водоемы из различных природных и антропогенных источников. Загрязнение рыбы тяжелыми металлами стало важной глобальной проблемой, поскольку оно представляет угрозу для рыбы и представляет опасность для здоровья потребителей рыбы [72]. Оценка биоаккумуляции тяжелых металлов у видов рыб из различных водных местообитаний очень важна [73].Оценка уровней тяжелых металлов в тканях рыб важна для управления водными экосистемами и потребления рыбы человеком [74]. Рыба имеет высокий уровень ненасыщенных жирных кислот и низкий уровень холестерина. Они являются важным источником белков [75]. Использование съедобной рыбы в рационе человека полезно и поэтому рекомендуется для сбалансированного питания. Однако загрязнение рыбы токсичными тяжелыми металлами считается риском для здоровья человека и вызывает озабоченность по поводу их потребления, особенно в более уязвимых группах населения, таких как женщины, дети и люди, подверженные риску заболеваний по другим причинам.

Биоаккумуляция тяжелых металлов в пресноводных рыбах зависит от различных факторов, как характеристик рыбы, так и факторов внешней среды. Факторы, связанные с рыбой, включают возраст, размер (вес и длину), привычки питания и физиологию тела, в то время как внешние факторы окружающей среды включают концентрацию и биодоступность металлов в толще воды, физико-химические свойства воды и другие климатические факторы. Степень накопления тяжелых металлов в разных тканях рыб, как правило, различается в зависимости от структуры и функции тканей.Как правило, метаболически активные ткани, такие как жабры, печень и почки, имеют более высокое накопление тяжелых металлов, чем другие ткани, такие как кожа и мышцы. Сравнительно более высокое накопление тяжелых металлов в метаболически активных тканях рыб обычно объясняется индукцией / появлением в этих тканях металл-связывающих белков, называемых металлотионеинами (МТ), при воздействии тяжелых металлов. Жабры рыб были обнаружены как ткань-мишень для накопления и удаления тяжелых металлов, таких как Ni [76].Хотя в мышцах рыбы плохо накапливаются тяжелые металлы [77], они важны с точки зрения потребления людьми. Биоаккумуляция микроэлементов в мышцах рыб, как правило, видоспецифична [78]. В большинстве исследований биоаккумуляции тяжелых металлов в рыбе изучались концентрации металлов в мышцах рыб, поскольку эта ткань съедобна и имеет наибольшее значение для здоровья человека.

Биоаккумуляция токсичных тяжелых металлов в пресноводных рыбах имеет важные экологические, экологические и социальные последствия; это имеет значение для людей и других хищных животных, потребляющих рыбу [79–83].Переносимые с водой тяжелые металлы содержатся в рыбе и попадают в организм человека через пищевую цепочку и, следовательно, оказывают влияние на здоровье человека [84]. Кроме того, токсичные тяжелые металлы также влияют на здоровье и благополучие рыб. Сообщается, что загрязнение реки сточными водами, содержащими тяжелые металлы, вызывает стресс у пресноводных рыб Channa punctatus , делая их слабыми и более уязвимыми для болезней [85]. Загрязнение тяжелыми металлами рассматривается как одна из возможных причин сокращения популяции пресноводных рыб и других водных видов в пресноводных экосистемах.Сообщалось, что усиление загрязнения реки Инд в Пакистане привело к сокращению численности и разнообразия пресноводных рыб и других водных видов в этой реке [86].

10. Биоаккумуляция тяжелых металлов в рисе (

Oryza sativa )

Рис является очень важным продуктом питания человека и основным продуктом питания в странах Азии, особенно в Южной Азии и Китае. Загрязнение рисовых полей токсичными тяжелыми металлами приводит к биоаккумуляции этих элементов в рисовых растениях.Транслокация тяжелых металлов из корней рисового растения в стебли, листья и рисовые зерна вызывает озабоченность в отношении здоровья человека. Урожай риса особенно чувствителен к загрязнению тяжелыми металлами, потому что ему нужна вода в течение большей части периода роста. Микроэлементы Cd, Pb, Hg и As повсеместно присутствуют в окружающей среде и оказывают вредное воздействие на здоровье человека. Что касается их присутствия в рисе в качестве проблемы общественного здравоохранения, то сначала следует As, за которым следует Cd [87]. Сообщается, что потребление кадмия человеком выше всего при употреблении риса [88].Загрязнение риса токсичными тяжелыми металлами особенно опасно для здоровья в развивающихся странах [89].

Орошение сельскохозяйственных земель сточными водами является широко распространенной практикой в ​​развивающихся странах, что приводит к повышенному поглощению металлов сельскохозяйственными культурами. Повышенные уровни тяжелых металлов в сельскохозяйственных культурах влияют на качество продуктов питания и представляют опасность для здоровья потребителей [90]. Применение фосфорных удобрений, богатых Cd, также может привести к загрязнению Cd рисовых полей [91]. Для населения в целом потребление риса может быть потенциальным источником воздействия токсичных тяжелых металлов, особенно Cd, ​​Pb и As [92].Длительное потребление риса, выращенного на загрязненных территориях, может представлять потенциальную опасность для здоровья потребителей [93]. Прилагаются усилия, чтобы минимизировать поглощение корнями и транслокацию в зерна токсичных тяжелых металлов, особенно Cd, ​​содержащихся в рисе. Генная инженерия используется как подход к достижению этой цели, и для решения этой проблемы были разработаны некоторые трансгенные сорта риса.

11. Биоаккумуляция тяжелых металлов в табаке (

Nicotiana tabacum )

Биоаккумуляция токсичных тяжелых металлов в сигаретном табаке представляет собой проблему для здоровья человека, поскольку листья табака используются для изготовления сигарет.Табачные растения естественным образом накапливают в своих листьях относительно высокие концентрации тяжелых металлов, а биоаккумуляция металлов в листьях табака зависит от географического происхождения растений табака [94]. Табак выращивают с применением коммерческих неорганических удобрений, особенно фосфорных удобрений, которые содержат значительные концентрации некоторых токсичных тяжелых металлов. Во время роста корни табака в значительной степени поглощают тяжелые металлы, и они переносятся из почвы в листья.Во время курения сигареты часть тяжелых металлов вдыхается с дымом и, таким образом, достигает легких курильщика. Табачный дым, как основной, так и побочный поток, является важным источником воздействия металлов на окружающую среду. Пассивное курение играет важную роль в воздействии свинца на детей [95]. Тяжелые металлы, вдыхаемые во время курения табака, легко абсорбируются организмом из легких и попадают в кровь, откуда они могут попасть в другие части тела. Сообщалось о более высоком уровне токсичных тяжелых металлов в крови курильщиков сигарет по сравнению с некурящими.

Как утверждают Диссанаяке и Чандраджит [29], применение неорганических удобрений в сельском хозяйстве, к сожалению, стало «неизбежным злом». Поскольку коммерческие химические удобрения обычно недостаточно очищаются в процессе производства, они обычно содержат тяжелые металлы в качестве примесей [96]. Большая часть фосфорных удобрений в мире коммерчески производится из фосфатных пород, содержащих минерал апатит [Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH, F, Cl].Из-за своей геологической и минералогической природы фосфатные породы содержат различные экологически опасные элементы, включая Cr, Cd, Pb, Hg, As и U. Применение химических удобрений приводит к увеличению концентраций этих потенциально токсичных тяжелых металлов в сельскохозяйственных почвах [97 ]. Сообщалось о высокой корреляции между концентрациями металлов, то есть Cr, Ni, Cd и Pb, и содержанием фосфата в удобрениях [98]. Исследование по изучению концентраций Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Sn, Cd, Pb и As в табачных изделиях в Великобритании пришло к выводу, что чрезмерное использование фосфатных / нитратных удобрений является наиболее вероятной причиной их переноса в табачные изделия. продукты [99].Однако Божинова [100] сообщила об ограниченном влиянии внесения фосфорных удобрений на накопление Ni, Cu, Cd и Pb в почве и растениях табака. Таким образом, добавление токсичных тяжелых металлов в результате длительного применения фосфорных удобрений к сельскохозяйственным почвам и их последующий перенос в пищевую цепь человека вызывает серьезную озабоченность с точки зрения здоровья человека, особенно в случае низкокачественных фосфорных удобрений. содержащие повышенный уровень тяжелых металлов.

12.Воздействие тяжелых металлов на человека

Люди подвергаются воздействию токсичных тяжелых металлов в окружающей среде различными путями, включая глотание, вдыхание и всасывание через кожу. В развивающихся странах люди больше подвержены воздействию токсичных металлов [101]. Как правило, люди не осведомлены и не знают о воздействии тяжелых металлов и его последствиях для здоровья человека, особенно в развивающихся странах [102]. Люди могут подвергаться воздействию тяжелых металлов на рабочем месте и в окружающей среде.Воздействие токсичных химикатов на человека на рабочем месте называется профессиональным воздействием, а воздействие таких химикатов в общей окружающей среде — непрофессиональным воздействием или воздействием окружающей среды. Рабочие подвергаются воздействию тяжелых металлов на горнодобывающих и промышленных предприятиях, где они могут вдыхать пыль и металлические частицы, содержащие твердые частицы. Люди, добывающие золото в процессе амальгамирования, подвергаются воздействию паров ртути. Сообщалось, что у сварщиков, длительное время подвергавшихся воздействию сварочного дыма, были значительно более высокие уровни тяжелых металлов Cr, Ni, Cd и Pb в крови, чем в контрольной группе, и наблюдался повышенный окислительный стресс [103].Курение сигарет также является основным источником воздействия на человека Cd [104] и других токсичных тяжелых металлов, присутствующих в листьях табака.

Попадание тяжелых металлов в организм с пищей и питьевой водой является основным источником воздействия на население в целом. Индустриализация, урбанизация и быстрое экономическое развитие во всем мире привели к интенсификации промышленной и сельскохозяйственной деятельности. Такая деятельность может вызвать загрязнение воды, воздуха и почвы токсичными тяжелыми металлами.Выращивание продуктов питания для людей в среде, загрязненной тяжелыми металлами, приводит к биоаккумуляции этих элементов в пищевых цепях человека, откуда эти элементы в конечном итоге достигают человеческого организма.

13. Биоаккумуляция и биомагнификация тяжелых металлов в пищевых цепях человека

Люди всеядны. Они могут подвергаться воздействию токсичных тяжелых металлов через различные продукты питания, такие как рыба, злаки и овощи. Загрязнение тяжелыми металлами пресноводных водоемов, таких как реки, озера и ручьи, приводит к биоаккумуляции этих элементов в пресноводной рыбе, тогда как такое загрязнение сельскохозяйственных земель приводит к биоаккумуляции этих элементов в сельскохозяйственных культурах.Загрязнение пищевых цепей человека токсичными тяжелыми металлами представляет угрозу для здоровья человека. Некоторые примеры из двадцатого века показали, что такое заражение является серьезной проблемой для здоровья человека. Болезнь Минамата (MD) и болезнь итаи-итай в Японии были вызваны потреблением соответственно загрязненной ртутью рыбы и риса, загрязненного кадмием. На рисунке 4 показан перенос тяжелых металлов от зараженной рыбы к человеку.

Хотя биомагнификация тяжелых металлов является спорным вопросом в экотоксикологии металлов, многочисленные исследования сообщили о биомагнификации тяжелых металлов в определенных пищевых цепочках.В случае биомагнификации этих металлов в пищевых цепях, организмы на более высоких трофических уровнях в пищевых цепях подвергаются большему риску. Более высокие концентрации следов металлов в организмах с более высоким трофическим уровнем в результате биомагнификации могут представлять опасность для здоровья этих организмов или их потребителей-людей [105]. Чтобы защитить здоровье человека от вредного воздействия токсичных тяжелых металлов, пищевые цепи человека должны постоянно контролироваться на предмет биоаккумуляции и биомагнификации тяжелых металлов.Однако следует выбирать методы неразрушающего отбора проб и использование биомаркеров окружающей среды, чтобы избежать потери биоты из-за анализа. Более того, чтобы избежать загрязнения пищевых цепей тяжелыми металлами, неочищенные городские и промышленные сточные воды не должны сбрасываться в естественные экосистемы, такие как реки и сельскохозяйственные угодья [106].

14. Токсичность тяжелых металлов

Хотя некоторые тяжелые металлы, называемые основными тяжелыми металлами, играют важную роль в биологических системах, они обычно токсичны для живых организмов в зависимости от дозы и продолжительности воздействия.В токсикологии хорошо известно, что «всего лишнее — плохо». Несущественные тяжелые металлы (Cd, Pb и Hg) и металлоиды (As и т. Д.) Могут быть токсичными даже при довольно низких концентрациях. Незаменимые тяжелые металлы необходимы в организме в следовых количествах, но становятся токсичными за пределами определенных пределов или пороговых концентраций. Для некоторых элементов диапазон существенности и токсичности узок. Сообщается, что тяжелые металлы обладают канцерогенными, мутагенными и тератогенными свойствами. Они вызывают образование активных оксигенных форм (АФК) и, таким образом, вызывают окислительный стресс.Окислительный стресс в организме приводит к развитию различных заболеваний и аномальных состояний. Тяжелые металлы также действуют как метаболические яды. Токсичность тяжелых металлов в первую очередь связана с их реакцией с ферментными системами сульфгидрила (SH) и их последующим ингибированием, например, ферментов, участвующих в производстве клеточной энергии [16]. На рис. 5 показана реакция тяжелого металла (M) с глутатионом (GSH), важным антиоксидантом в организме. Здесь металл замещает атомы H из групп SH на двух соседних молекулах глутатиона.Участие двух молекул глутатиона в образовании прочной связи с металлом дезактивирует их для дальнейших реакций:

15. Влияние токсичных тяжелых металлов на здоровье человека

Тяжелые металлы Cd, Pb, Hg и As истощают основные антиоксиданты клеток, особенно антиоксиданты и ферменты, имеющие тиоловую группу (-SH). Такие металлы могут увеличивать образование активных форм кислорода (ROS), таких как гидроксильный радикал (HO˙), супероксидный радикал (O ₂ ˙ ^— ) и пероксид водорода (H ₂ O ₂ ).Повышенное образование АФК может разрушить присущую клеткам антиоксидантную защиту и привести к состоянию, называемому «окислительный стресс» [108]. Тяжелые металлы, включая Cd, Pb и Hg, нефротоксичны, особенно в коре почек [109]. Химическая форма тяжелых металлов важна для токсичности. Токсичность ртути во многом зависит от видового состава Hg [110]. Относительно более высокие концентрации токсичных тяжелых металлов, например Cr, Cd и Pb, и относительно более низкие концентрации антиоксидантного элемента Se были обнаружены у больных раком и диабетом по сравнению с таковыми у здоровых людей в городе Лахор, Пакистан [111] .

16. Мониторинг и анализ тяжелых металлов в окружающей среде

Мониторинг и анализ концентраций тяжелых металлов в окружающей среде необходимы для оценки и контроля загрязнения [112]. Уровни / концентрации потенциально токсичных металлов и металлоидов следует регулярно контролировать в различных средах окружающей среды, таких как вода, отложения и почвы, а также в резидентной биоте. Такой экологический анализ предоставит полезную информацию о распределении, основных источниках и судьбе этих элементов в окружающей среде и их биоаккумуляции в пищевых цепях.Такой анализ также используется для оценки риска, который эти элементы представляют для дикой природы и здоровья человека.

17. Использование биоиндикаторов и биомаркеров для оценки загрязнения тяжелыми металлами

Что касается использования биоиндикаторов для мониторинга и оценки загрязнения тяжелыми металлами, Морган [113] резюмирует, что «может быть получена более значимая оценка воздействия загрязнения металлами. полученные путем измерения концентраций металлов в отдельных видах местной биоты ». Различные виды растений и животных использовались в качестве биологических индикаторов или биоиндикаторов для оценки и мониторинга загрязнения тяжелыми металлами и загрязнения окружающей среды.Различные биомаркеры окружающей среды также используются для оценки и мониторинга загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

18. Характер и объем исследований тяжелых металлов в окружающей среде

Экологические исследования различных аспектов тяжелых металлов и металлоидов носят междисциплинарный характер и требуют базовых знаний в области химии окружающей среды, экотоксикологии и экологии. Анализ ксенобиотиков, таких как токсичные тяжелые металлы в пищевых цепях, является важной областью исследований и имеет экологическое, экологическое и экономическое значение.Он имеет простор для общественного здравоохранения. Такие исследования включают водную химию, которая, как заметил Джонстон [114], имеет значение для общественного здравоохранения: «водная химия является фундаментальным элементом общественного здравоохранения». Данные о биоаккумуляции токсичных тяжелых металлов в различной биоте, такой как рыба и рис, можно использовать для оценки риска для здоровья населения в целом.

19. Выводы и рекомендации

Тяжелые металлы и металлоиды являются повсеместными загрязнителями окружающей среды как в водных, так и в наземных экосистемах.Опасность химического вещества для окружающей среды зависит от его стойкости в окружающей среде, токсичности и биоаккумуляционного потенциала. Токсичные химические вещества в окружающей среде, которые являются стойкими и способными к биоаккумуляции, более опасны. Тяжелые металлы считаются опасными из-за этих трех характеристик: стойкости, биоаккумуляции и токсичности (PBT). Наиболее опасные для окружающей среды тяжелые металлы и металлоиды включают Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Hg и As. Трофический перенос этих элементов в водных и наземных пищевых цепях / сетях имеет важные последствия для дикой природы и здоровья человека.Очень важно оценивать и контролировать концентрации потенциально токсичных тяжелых металлов и металлоидов в различных сегментах окружающей среды, а также в резидентной биоте. Всестороннее исследование химии окружающей среды и экотоксикологии опасных тяжелых металлов и металлоидов показывает, что следует принимать меры для минимизации воздействия этих элементов на здоровье человека и окружающую среду. Предлагаются следующие рекомендации: (i) Фоновые концентрации тяжелых металлов и металлоидов должны быть задокументированы в различных средах окружающей среды по всему миру для последующего использования в качестве справочной информации.(ii) Уровни потенциально токсичных тяжелых металлов и металлоидов в воде, отложениях, почвах и резидентной биоте следует регулярно оценивать и контролировать. (iii) Следует проводить регулярные исследования для регистрации ежедневного потребления пресноводной рыбы и других видов рыб на душу населения. продукты питания, такие как рис, от постоянного населения во всем мире. Такие данные будут полезны для более точной и надежной оценки рисков для человека и окружающей среды. (Iv) Следует прилагать усилия для минимизации загрязнения тяжелыми металлами водных и наземных экосистем для защиты биоты и здоровья их потребителей.