Ландшафтно-экологические основы рационального природопользования и охраны природы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Основные этапы ландшафтно-экологических исследований

 

При экологическом подходе особое место в физико-географических исследованиях отводится изучению процессов метаболизма, которые определяют, по выражению Д.Л.Арманда, трофический тип ландшафтов. Степень совершенства их экологической организации зависит от спецификации внутреннего оборота веществ и сбалансированности вещественно-энергетических потоков. Для выявления типа обмена веществ наряду с такими параметрами, как биомасса (Б) и продуктивность (П) предложена серия интегральных показателей, информативность которых основана на сопоставлении роли различных компонентов биосистем в ходе биогеохимического круговорота. По И.П.Герасимову, к числу функциональных показателей относятся: интенсивность, скорость оборота, количественно характеризующая его динамизм по соотношению Б и П; степень сбалансированности, расчет которой базируется на сравнении продуктивности у продуцентов (Пп) и консументов (Пв) и показывает эффективность передачи вещества и энергии по трофическим цепям, их соразмерность; остаточная продуктивность, т.е. соотношение живой биомассы (Б) и мертвого органического вещества (Бм), которое в одних ландшафтах выступает как важный резерв биогенов, в других — как баласт, мало используемый при функционировании биоты. Интерпретация данных по мортмассам позволяет также оценить интенсивность работы деструкторов. Вариабельность этих параметров фиксирует смену экологических условий, определяющих различные формы адаптации биоты в естественных геосистемах. Их трансформация при техногенных воздействиях является важным диагностическим признаком перестройки метаболизма природно-антропогенных ландшафтов.

На фоне действия ландшафтно-геохимических процессов вырисовываются особенности формирования внутренней биогеохимической структуры геосистем, сложность и качественное своеобразие которой является важной составной частью их организации (Рис.2). По М.А.Глазовской, эти особенности обусловлены видовым разнообразием организмов, входящих в состав биоценозов, характером биогеохимических отношений между отдельными ярусами и группами видов, их геохимической специализацией. Высказано предположение, что между ее усложнением и степенью геохимической устойчивости биогеоценозов существует прямая зависимость. Пространственная изменчивость биотических и биокосных связей корректируется частотностью экологических смен и возрастает параллельно с усложнением морфологической структуры ландшафтов. Все это определяет важность изучения биогеохимической структуры, как одной из фундаментальных характеристик геосистем и их экологического состояния. Для количественной оценки всей совокупности биогеохимических связей, возникающих в процессе автотрофного и гетеротрофного биогенеза, используется комплекс информативных параметров, индексы которых вынесены на рис. 2 в специальных кружках. К их числу относятся: фракционная структура и вещественный состав биомассы (Б,П), ее радиальная и латеральная дифференциация; особенности фило- и онтогенетической специализации живых организмов и биогеохимическая подвижность химических элементов (Вх), фиксирующие интенсивность биологического поглощения и поведение биосистем при смене Экологических условий; необходимая серия специальных геохимических коэффициентов — акропетальных (АК), относительного поглощения (КОП), биологического поглощения (Ах) и биогеохимической активности видов (БХА), опадно-подстилочного индекса (Коп), коэффициента дискриминации (КД), а также ряд других количественных характеристик. Специального внимания заслуживает изучение экологического потенциала геосистем и их способности к самоочищению, необходимые для определения допустимого уровня антропогенных нагрузок. Итогом первого этапа исследований является составление банка данных по экологическим параметрам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Ландшафтно-геохимические процессы и формирование биогеохимической структуры

 

Они включают показатели, фиксирующие свойства и условия проявления экологических факторов, а также показатели соответствующего им состояния биосистем, которые отражают основные типы их экологических реакций. Все эти данные разделяются на две группы.

Первая из них объединяет экологические параметры ландшафтов в естественных условиях, которые могут быть использованы в разных ракурсах: 1) при сравнении разнотипных природных ландшафтов определенного ранга; 2) как естественные, фоновые эталоны для сопоставления природных ландшафтов и их антропогенных модификаций. Возмущающее действие антропогенных факторов проявляется на фоне природной ландшафтно-экологической ситуации, знание которой необходимо, так как эти воздействия по-разному преломляются природной средой. Вторая группа данных — параметры, характеризующие современное состояние биоты и новые экологические свойства и связи, приобретенные природными комплексами в процессе техногенной перестройки, сопровождающейся формированием разных категорий геотехнических систем.

Оценочный блок. Главная цель этого этапа — сопоставление и оценка степени благоприятности ландшафтов для существования и функционирования биосистем с учетом выбранных субъектов, параметров и критериев экологической оценки. Л.И,Мухина указывает на невозможность оценки природных комплексов без оценивания их отдельных свойств. В связи с этим возникает задача по поиску репрезентативных эталонов для сравнения и разработке специальных оценочных шкал для каждого из выбранных экологических показателей.

Их ранжирование базируется на знании связей в субъект-объектных моделях, полученных на информационном этапе исследований. Методика построения оценочных шкал, включающая разработку балльных оценок, детально изложена упомянутым выше автором при рассмотрении средств и процедур, используемых при технологической оценке природных комплексов.

В процессе оценивания возникает ряд сложностей, которые требуют специального внимания. Одна из них связана с попытками дать интегральную экологическую оценку ландшафта на основании частных

оценок, полученных по целому ряду информативных параметров. Это предполагает не только анализ связей между состоянием биосистем и конкретными экологическими факторами, но и учет значимости каждого из них, а также знание эффектов их совокупного воздействия. Принципы составления интегральных оценок требуют дальнейшей методической проработки.

При обосновании частных оценок широко используется сопоставление экологических характеристик ландшафтов с различными нормативами (ДДК, санитарно-гигиенические нормы и т.п.); существующий перечень которых закрепляет комплекс требований, предъявляемых при оценке качества природной среды. Однако их набор ограничен и охватывает далеко не все категории экологических показателей. В этом вторая сложность оценочного этапа, для разрешения которой необходима постановка специальных исследовательских работ по выявлению основных каналов связей, определяющих принципы построения оценочных шкал.

Результаты частных и интегральных оценок природно-территориальных комплексов составляют концептуальную основу специальных ландшафтно-экологических карт, конкретное содержание и масштаб которых согласуется с задачами проводимых исследований. На последующих этапах эти карты являются обоснованием при разработке мероприятий по оптимизации ландшафтов. Таким образом, именно на стадии оценки закладывается экологический подход к изучению ландшафтов, при реализации которого используются критерии, позволяющие выявить современное состояние природной среды.

Технологический (управленческий) и прогнозный блоки. На последующих этапах исследований разрабатывается комплекс мероприятий, направленных на улучшение экологических условий в ландшафтах. Управление программами по их оптимизации включает широкий спектр задач, связанных с осуществлением экологического нормирования, с организацией мониторинга, с проведением экологических экспертиз и Др. Заключительным этапом является прогноз экологического состояния ландшафтов. Различные аспекты этих проблем широко обсуждаются в литературе. С позиций системного анализа общие принципы и процессы управления в области гигиены окружающей среды детально рассмотрены в 1976 г. М.Шефером, который специально подчеркнул необходимость модификации программ в соответствии со спецификой конкретных ситуаций.

Поэтапный разбор последовательности ландшафтно-экологических исследований показывает их тесную связь и взаимодействие между отдельными блоками. Динамичность современного состояния ландшафтов в разных регионах требует постоянной корректировки намеченных мероприятий и проведения их повторной экологической оценки.

Глава 2. Экологические факторы и оценка их воздействия

 

Состояние биосистем разного ранга — индикатор экологической оценки ландшафта. Оно определяется условиями их существования и связями, складывающимися в процессе взаимодействия субъектов с экологическими факторами. Такие факторы, анализу позитивного и негативного влияния которых посвящена обширная литература, различаются по генезису, характеру, силе проявления и вызывают неоднозначные ответные реакции биосистем, попадающих в поле их прямого и косвенного воздействия.

Совокупность экологических связей и их специфика, которые являются важной составной частью организации ландшафтов, формируются при участии как внешних, так и внутренних экологических факторов. Их действие и сопровождающие его физико-географические процессы проявляются в характере вещественно-энергетических и информационных потоков, определяющих особенности метаболизма биосистем. К числу внешних по отношению к ландшафту факторов относятся: различные микроклиматические переменные (интенсивность, спектральный состав и продолжительность воздействия солнечной радиации, количество атмосферных осадков и др.); свойства литогенной основы; аэральные потоки вещества; некоторые биотические миграции (особенно при функционировании не локализованных по площади парциальных экосистем, выделенных в 1978 г. В.Б.Сочавой). Полный набор внешних экологических факторов зависит от ранга геосистем и степени их автономности и подчиненности. В частности, он может быть расширен для гетерономных ландшафтов, особенности которых формируются в зависимости от входящих водных и механических миграционных потоков и определяются структурой межландшафтных связей.

Влияние всех входящих потоков преломляется через внутреннюю структуру ландшафтов, причем в ходе этой трансформации усиливается роль эндогенных экологических факторов (микроклиматические, эдафические, биотические) и внутрилацдшафтных связей. При их изучении используется комплекс методов (в том числе и моделирование, базирующихся на системном анализе. Такой подход дает возможность учесть не только связи между состоянием биосистем и отдельными экологическими факторами, которые используются при проведении частных экологических оценок, но и последствия их совместного воздействия, что имеет решающее значение для интегральной оценки ландшафтов.

 

1. Эффекты совместного воздействия экологических факторов

 

Хотя в целях анализа исследователь часто сосредоточивает внимание на связях биосистем с конкретными экологическими факторами, нельзя полностью абстрагироваться от того, что в реальности их состояние контролируется комплексом факторов. Эффекты такого комплексирования различны; их систематизация позволила К.А.Куркину выделить основные типы совместного действия экологических факторов: монодоминантность, антагонизм, синергизм, провокационность.

Монодоминантностъ характеризует такое сочетание экологических факторов в ландшафтах, когда сильное воздействие одного из них подавляет влияние (в том числе и благоприятное) всех остальных факторов и ограничивает возможности нормального существования и функционирования биосистем. Это положение обосновывается законом минимума Либиха и законом толерантности Шелфэрда и позволяет использовать концепцию лимитирующих факторов при экологической оценке. Учет пределов толерантности отдельных организмов и целых биоценозов — важное основание для ранжирования экологических факторов: выявление наиболее существенных (императивных) и тех, которые выступают как ограничители. Их число достаточно велико, а сила воздействия меняется в зависимости от геофизических, геохимических и биотических особенностей геосистем. Ландшафты, в которых значение лимитирующего фактора приближается к критическому, получают низшую частную оценку не только по этому показателю, но и их общая экологическая оценка расценивается как низшая.

Рассматривая концепцию лимитирующих факторов, Ю.Одум вводит ограничительный принцип, согласно которому закон минимума более применим для систем, находящихся в стационарном состоянии. При его нарушении этот эффект может не проявляться, так как конечные результаты процессов уже контролируются комплексом меняющихся экологических факторов. Можно предположить, что монодоминантность, как тип совокупного действия факторов, в большей степени характерна для природных, чем для природно-антропогенных ландшафтов, находящихся в стадии техногенной перестройки. В них, как правило, действует широкий спектр факторов, оказывающих влияние на состояние биосистем.

Антагонизм факторов проявляется в тех случаях, когда их действие на биосистемы взаимно ослабляется; это обусловлено наличием отрицательной обратной связи между результатами воздействия факторов. В таком сочетании они играют роль гомеостатических механизмов и способствуют стабилизации биосистем в пределах одного инварианта. Антагонистические взаимодействия факторов включаются в процессы саморегуляции ландшафтов и поддерживают динамическое равновесное состояние биосистем в соответствии с обобщенным принципом Ле-Шателье. Их совместное влияние на изменение состояния живых организмов минимально, что позволяет, очевидно, исключить подобные группы факторов при экологической оценке природных ландшафтов, во всяком случае, тех, где проявляется высокая степень адаптации и буферности биосистем. Однако их изучение приобретает интерес в связи с вопросами устойчивости ландшафтов, особенно при их нарушении.

Синергизм возникает при наличии положительной обратной связи между результатами совместного действия экологических факторов. Этот тип их взаимодействия противоположен предыдущему, так как возникающие процессы усиливают друг Друга, что способствует дестабилизации. При увеличении прессинга со стороны экологических факторов биосистема удаляется от первоначального и переходит в качественно новое состояние или может быть полностью разрушена. Таким образом, синергетические взаимодействия вызывают направленные изменения в ландшафтах, часто являются для биосистем одним из факторов риска и обязательно должны учитываться при экологической оценке. Возможные последствия для субъектов разного иерархического уровня проявляются с учетом их эмерджентности. Как частный пример, можно привести увеличение угрозы обморожения человека, когда снижение температуры воздуха сопровождается сильным ветром.

Более сложные цепочки связей можно проследить, изучая эффекты синергизма в природных ландшафтах, где они стимулируют изменение экологических условий и трансформацию биоценозов. Взаимоусиление факторов проявляется, например, в процессе зарастания озер, когда увеличение биомассы ежегодно отмирающих растений сопровождается накоплением сапропеля и уменьшением глубины озера. Это улучшает экологические условия местообитаний гидрофитов и способствует дальнейшему зарастанию озера, приводя, в конечном счете, к трансформации аквальных комплексов в супераквальные ландшафты низинных болот и полной смене биоценозов. Другую цепочку направленных изменений, связанных с ухудшением экологической ситуации при взаимоусиливающем действии факторов, можно проследить при засолении почв. Особенно характерны явления синергизма для антропогенно-измененных ландшафтов (при ускоренной эрозии, загрязнении и т.п.).