Ландшафтно-экологические основы рационального природопользования и охраны природы

Дискуссионные моменты при определении сущности организации сообществ и экосистем связаны с развитием двух концепций, одна из которых (организменная) предполагает их пространственно-временную дискретность и возможность использования принципа эргодичности, другая (индивидуалистическая) исходит из континуальности их преобразований в пространстве и времени. В связи с этими положениями для экологической оценки ландшафта особенно важен вопрос о возможности определения состояния одних компонентов биосистем по состоянию других. Эти вопросы разработаны Ю.Г.Пузаченко в 1984 г. при выделении основных направлений географической экологии; по его мнению, реальные системы обладают как организменными, так и индивидуалистическими свойствами, а их изучение требует использования методов сравнительного географического анализа и ординации в географическом многофакторном пространстве.

При экологической оценке ландшафтов необходим учет варьирования пространственно-временной организации биосистем разного иерархического уровня и выделение особой категории структурно-функциональных параметров: определяющие функциональные характеристики, показатели структуры и пространственно-временного разнообразия биосистем и др. Поскольку оценка основывается на изучении взаимодействий субъекта и объекта, эта группа показателей должна включать и параметры, фиксирующие специфику организации ландшафтов, которые обеспечивают существование биосистем и их состояние. Среди них важны показатели экологической частотности ландшафта, с помощью которых выявляется разнообразие экологических условий и их смен в ландшафтных катенах. Адаптивная норма различных видов обычно шире той, которую они могут реализовать в конкретном биогеоценозе, что определяет их относительную мобильность и возможность перекомбинации в катенах; это было отмечено В.Г.Мордковичем и А.А.Титляновой в 1984 г. Поэтому именно катена в целом как выражение латеральной организации ландшафта наиболее полно выявляет условия жизнеобеспечения экосистем.

Другим аспектом изучения организации биосистем является установление степени соответствия их структуры и функционирования. Для отдельных видов живых организмов установлено, что в какой-то степени самостоятельностью по отношению к экологическим факторам отличается не только организм в Целом, но и его отдельные компоненты, причем функции более чувствительны к изменениям среды. В силу этого они более подвижны по сравнению с морфологическими структурами, которые преображаются вслед за функциональными изменениями. Разновременность функциональной и структурной перестройки биосистем, очевидно, может иметь значение и для других уровней организации жизни. Для субъектов ранга экосистем возможные соотношения их структуры и функционирования рассмотрены В.О.Таргульяном; они складываются с учетом "правила запаздывания" и выражаются в полиморфизме и изоморфизме структур по отношению к функционированию. Оценка степени соответствия структуры и функционирования приобретает принципиальное значение при изучении экологических особенностей антропогенно-измененных ландшафтов, находящихся в стадии техногенной перестройки.

При выделении фундаментальных свойств жизни используются основные принципы теории открытых систем, которые введены в биологию Людвигом фон Берталанфи в 1932 г. Процессы обмена с окружающей средой веществом, энергией и информацией и их интенсивность во многом определяют степень организации биосистем. Возможность количественной характеристики этих процессов играет важную роль при разработке оценочных показателей.

Энергетическая функция жизни заключается в преобразовании космической энергии в планетарную; ей подчиняются структурно-функциональные особенности биосистем. Их энергетика тесно связана как с законами термодинамики, так и со способностью живых организмов к преодолению энтропии и поддержанию своей внутренней структуры. Основные закономерности функционирования и Эволюции живого вещества закреплены биогеохимическими принципами В.И. Вернадского, в соответствии с которыми свободная биогенная энергия стремится к максимальному проявлению. Большое значение имеют также принципы, изложенные Э.Бауэром в 1935 г. при рассмотрении проблем теоретической биологии и показывающие увеличение в ходе эволюции эффекта внешнего воздействия биосистем на среду в ответ на ассимилированную из нее энергию.

Эти концептуальные положения предопределяют особенности взаимодействий и потоки энергии в субъект-объектных моделях. Для экологической оценки ландшафтов вводится специальная группа показателей, характеризующих процессы энергетического обмена биосистем и их нарушения в поле действия геофизических факторов. Второй аспект связан с динамикой негэнтропийных процессов на Земле в различные фазы планетогенеза, согласно которой, по мнению В.П.Казначеева можно предположить, что формирование элементов ноосферы вызывает разрушения биологических структур. Эго увеличивает актуальность работ по оценке современной экологической ситуации в ландшафтах.

Метаболизм. Другой основополагающей функцией живого является обмен веществ, который биосистемы осуществляют внутри себя и с окружающей средой. С его прекращением, как специально подчеркивал Ф.Энгельс, прекращается жизнь. Биогеохимическая специализация организмов формируется в процессе филогенеза. Однако пространственная неоднородность геохимических условий и, как следствие, возможность трансформации биокосных связей становятся реальной предпосылкой к изменению обмена веществ, что вызывает специфические биологические реакции организмов. Это используется при диагностике экологического состояния ландшафтов по биоиндикаторам и геохимическим параметрам. Существенное место среди них занимают показатели биологического круговорота, высокая информативность которых обусловлена общим положением о круговоротах, как механизме развития материальных систем.

Информация выступает как сущность и мера организации живого, осуществляя его целесообразное функционирование. Ее оптимизация в процессе развития органического мира идет по пути минимизации нагрузки на отдельные структурные компоненты биосистем, что достигается за счет их усложнения и разделения функции. С учетом передачи информации это позволяет ввести для оценки состояния субъекта особую категорию информационных показателей, характеризующих разнообразие биосистем, а также степень связи и особенности их взаимодействия с экологическими факторами. Несмотря на эмерджентные свойства субъектов разного уровня организации, у них выявляется единая основа управления, включающая гомеостатические механизмы, действующие по принципу обратных связей и обеспечивающие их устойчивость.

Устойчивость биосистем — сложное и во многом дискуссионное понятие. Не останавливаясь подробно на обсуждении различных подходов, можно выделить две группы вопросов, важных при экологической оценке. Первая из них связана с представлением о разных типах устойчивости. По отношению к экосистемам они определены Ю.Одумом как способность системы противостоять нарушениям, поддерживая неизменной свою структуру и функцию (резистентная устойчивость), и как способность системы к восстановлению при их нарушении (упругая устойчивость). По его мнению, между этими типами существует обратная зависимость: при стабильно благоприятных условиях среды у биосистем вырабатывается резистентная, а при изменчивых — упругая устойчивость. Такие различия лишний раз показывают необходимость конкретизации субъекта, относительно которого проводится экологическая оценка, так как буферные свойства и ответные реакции разных биосистем на сходные воздействия неоднозначны.

Другой круг проблем связан с изучением механизмов, определяющих устойчивость, что широко обсуждается в литературе. В качестве меры устойчивости экосистем часто используют разнообразие, количественная оценка которого дается по специально разработанным индексам. Есть много высказываний, что степень устойчивости определяется уровнем интеграции компонентов, причем функциональная основа устойчивости биосистем является ведущей по отношению к структурной. Правда, между функциональной сложностью и разнообразием биосистем зафиксирована определенная связь. Эти показатели устойчивости обладают высокой информативностью при оценке экологических последствий упрощения биоценозов, что часто проявляется в антропогенно-измененных ландшафтах и, как подчеркивал в 1978 г. И.В.Круть, свидетельствует о противоречии между стратегией природы и человека.

Наследственность и адаптация — уникальные свойства живого, во взаимодействии которых раскрывается основное биологическое противоречие, являющееся внутренним источником эволюции. Именно адаптации подчинены все рассмотренные выше свойства живого. При оценке связей в субъект-объектных моделях вопросы, касающиеся способности организмов меняться адекватно изменениям среды, приобретают первостепенное значение. Особенно для территорий, природное равновесие которых нарушено и возникают предпосылки для усиления дисгармонии между биосистемами и быстрой сменой состояний в ландшафтах при их техногенной трансформации.

2. . Критерии экологической оценки

Методика экологической оценки ландшафтов включает вопросы, вязанные с разработкой научно обоснованных параметров и критериев, используемых в процессе ее проведения. Поскольку главным принципом оценивания является состояние биосистем в зависимости от воздействия экологических факторов, выбор критериев базируется на учете структурно-функциональных особенностей биоосистем обеспечивающих их устойчивость, адаптацию и оптимальное развитие. Их изменение индицирует сдвиг экологического равновесия в неблагоприятную сторону, что было использовано при выделении критериев экологического нормирования.

Основных критериев, позволяющих оценить благоприятность экологической ситуации и допустимый уровень нагрузки на биосистемы, три: 1) отсутствие снижения биопродуктивности; 2) отсутствие накопления токсичных химических элементов и соединений в биоте и ненарушенность жизненных функций субъекта; 3) сохранение полезного генофонда, контролирующего необходимое разнообразие биоценозов. Два первых критерия являются универсальными и применяются для характеристики состояния субъектов всех рангов — от отдельных видов организмов до целых экосистем. Высокая информативность показателей вещественно-энергетического обмена обусловлена их интегральным характером, что дает возможность учесть эффект воздействия всего комплекса экологических факторов. Третий критерий чаще применяется в случаях, когда субъектами выступают биосистемы высших уровней организации, хотя тенденции изменения видового разнообразия экосистем можно использовать и при изучении состояния их отдельных биотических компонентов. В целом при экологической оценке ландшафтов целесообразно совместное использование всех вышеуказанных критериев. Это полнее отражает различные аспекты взаимодействий в субъект-объектных моделях.

Конечно, указанный перечень не исчерпывает всего многообразия критериев, выбор которых может быть существенно расширен в ходе конкретных оценочных исследований. В общем виде надо констатировать, что при их разработке учитывается степень отклонения различных параметров биосисгем по сравнению с эталонными, которые характеризуют оптимальное, устойчиво сбалансированное состояние субъекта.

3. Выбор параметров экологической оценки

Разнообразие связей в субъект-объектных моделях определяет широкий перечень показателей, характеризующих экологические особенности ландшафтов. При оценке встает задача по отбору необходимого комплекса репрезентативных параметров, позволяющих провести их квалифицированное сравнение. Ее решение строится на нескольких правилах.

Во-первых, целенаправленный выбор показателей проводится с учетом специфики оценочных исследований, в соответствии с которой задаются ранги субъектов и объектов оценки. Каждый из них обладает своим набором свойств, необходимость привлечения которых зависит от целей и масштаба исследований.

Вторым условием выбора является ограничение количества оценочных параметров. Л.И.Мухина отмечает целесообразность использования минимального, но достаточного количества показателей, в первую очередь, наиболее существенных, причем с высоким уровнем варьирования. Это определяет повышенный интерес к поиску показателей с высокой степенью информативности, в качестве которых могут выступать, например, интегральные характеристики функционирования геосистем (показатели вещественно-энергетического обмена и т.п. Значимость разных компонентов ландшафтов (или их отдельных свойств) определяется их пространственно-временной изменчивостью и силой воздействия на живые организмы. Очевидно, при выборе оценочных параметров весьма перспективно использование концепции лимитирующих факторов и учет различной толерантности биосистем, что позволяет выявить критические ситуации в ландшафтах. Сокращение перечня показателей может быть достигнуто за счет исключения из сравнения однотипных взаимодействий, экологическая оценка которых в различных природно-территориальных комплексах сходна.

Еще один важный аспект — ориентация показателей в соответствии с критериями экологического нормирования, что позволяет правильно расставить приоритеты при их отборе. Разработка этих вопросов предполагает широкое использование биоиндикаторов, фиксирующих современное экологическое состояние ландшафтов.

С учетом вышеназванных правил формируется окончательный список параметров, необходимых для проведения экологической оценки. Он включает разные категории показателей, среди которых есть как универсальные, так и специальные, набор которых определяется тематикой конкретных оценочных работ.

4. Основные этапы ландшафтно-экологических исследований

Ландшафтно-экологические исследования включают несколько взаимосвязанных этапов, различающихся по целевой направленности. Они объединяются в четыре основных блока (базис-оценка - управление - прогноз), которые имеют свои комплексы задач. Их решение предполагает использование специальных научных программ, последовательность включения которых определяется логикой проводимых исследований (Рис.1.).

Базисный (информационный) блок. Его основная цель - познание экологических особенностей ландшафтов и их современного состояния. Задачи этого этапа ориентированы на изучение экологических взаимодействий в геосистемах, в том числе всего комплекса биотических и биокосных связей, складывающихся под влиянием прямого и косвенного воздействия экологических факторов. Анализ причинно-следственных связей целесообразно проводить по единой схеме: фактор - процесс - результат (состояние биосистемы', что позволяет в дальнейшем более четко провести систематизацию экологических параметров ландшафтов по сопоставимым категориям. Детальность исследований согласуется с их масштабом, в соответствии с которым выбирается иерархический ранг изучаемых природных или природно-антропогенных ландшафтов. Так, при проведении мелко- и среднемасштабных работ объектом исследования являются экологические особенности зональных типов ландшафтов и их региональная специфика, в то время как при крупномасштабных - геосистемы локального уровня, при изучении которых могут быть использованы модели репрезентативных ландшафтных катен.