Ландшафтно-экологические основы рационального природопользования и охраны природы

По классификации А.С.Мончадского в группе изменяющихся факторов наряду с первично периодическими выделены вторично периодические факторы (табл. 2). Их динамичность непосредственно не связана с закономерностями движения Земли; она является следствием изменения первичных факторов и выражена более или менее отчетливо в зависимости от характера их связей. Число вторично периодических факторов достаточно велико. Сюда отнесены атмосферные осадки, периодичность изменения которых в одних случаях имеет четко выраженную зональную и региональную специфику (суточная периодичность послеполуденных дождей экваториального пояса, сезонная периодичность муссонных дождей), в других — выражена гораздо слабее. В эту категорию включен также ряд биотических (отношения особей одного вида) и трофических (пища) факторов, которые подвержены периодическим колебаниям в связи с временными изменениями жизненного ритма биосистем. Например, возможность изменения интенсивности и характера воздействия трофического фактора обусловлена вариабельностью химического состава пищи растительного и отчасти животного происхождения, которая связана с сезонными изменениями биохимических процессов у живых организмов в разные фазы их развития.

Тот факт, что вторично периодические факторы являются менее древними, сказывается на глубине и степени адаптации организмов, которые отличаются относительной молодостью. Некоторые из них, в частности пища или влажность, дифференцированное влияние которой начало проявляться с выходом жизни на сушу, вызывают разнообразные адаптивные реакции организмов. Их отклики отличаются более сильно выраженной видовой специфичностью, чем это проявляется в отношении первично периодических факторов. В отличие от последних рассматриваемые факторы могут оказывать ведущее воздействие на численность организмов. Все это позволило А.С.Мончадскому констатировать важную роль вторично периодических факторов в распределении видов внутри ареала и в их фациальной приуроченности в ландшафтных катенах.

Особую группу составляют факторы, изменяющиеся без закономерной периодичности, которые не вызывают глубоких адаптаций. Среди них есть как абиотические (в том числе различные катастрофические природные процессы), так и биотические (некоторые межвидовые отношения особей, болезни) факторы. Неблагоприятное воздействие биотических факторов может быть связано с такими типами межвидовых взаимодействий как хищничество, паразитизм, межвидовая конкуренция.

При анализе биотических ограничений большое значение приобретают вопросы, связанные с изучением экологических ниш, основные типы взаимодействия которых детально рассмотрены Э.Пианка в связи с вопросами эволюционной экологии. По его мнению, важный итог межвидовой конкуренции - разделение экологических ниш, последствием которого является возможность возникновения и развития сложных биологических сообществ, а также возрастание эффективности использования ресурсов, количество которых ограничено. Ю.Одум отмечает, что в ходе эволюции заметна тенденция к уменьшению роли отрицательных межвидовых отношений за счет положительных, что увеличивает шансы взаимодействующих видов на выживание.

В этом проявляются адаптивные реакции организмов по отношению к биотическим факторам, влияние которых носит регулярный характер. Если действия таких факторов становятся закономерно периодическими, они, очевидно, могут изменить классификационную группу. В противоположность этому роль отрицательных взаимодействий, как правило, велика в новых, недавно сформировавшихся сообществах.

Внезапные, непериодические воздействия не способствуют формированию приспособительных реакций у биосистем. Поэтому они являются для живых организмов одним из факторов риска и часто оказываются ведущей причиной изменения их численности и распределения внутри ареала. Особое место в рассматриваемой группе занимают антропогенные факторы, с воздействием которых связаны многочисленные нарушения природного равновесия, что позволяет выделить их в качестве приоритетных при экологической оценке ландшафтов.

3. Частные оценки воздействия экологических факторов и последовательность их получения

При оценке воздействия конкретных экологических факторов важной задачей является выбор критериев, позволяющих фиксировать, когда действие фактора приближается к порогу реакции живого организма и становится негативным. Они устанавливаются на информационном этапе исследований на основе зависимостей между действующим фактором и состоянием биосистем. Изографические аспекты проблемы связаны с показом изменчивости экологических факторов в пространстве, что необходимо для выделения территорий, различающихся по степени благоприятности их воздействия. Логика оценивания предусматривает определенную последовательность операций: изучение фактора и его показателей ®сбор информации об экологических связях и выявление ответных реакций биосистем ® выбор критериев и разработка частных оценочных шкал ® оценка воздействия фактора и установление ее пространственного варьирования, которое может быть вынесено на специальные карты.

Одним из ключевых моментов является разработка шкал частных оценок, в процессе составления которых необходимо привести в соответствие две группы показателей, одна из которых характеризует состояние экологического фактора, другая — состояние субъекта. Для каждого фактора проводится ранжирование значений выбранных показателей с учетом установленных критериев. Основной критерий оценки — степень отклонения параметров биосистемы от эталонных, которые фиксируют ее оптимальное состояние. Каждое из этих отклонений сопровождается своим набором биологических реакций субъекта и наблюдается в определенном диапазоне значений экологического фактора.

Чем больше отклонение параметров субъекта от оптимума, тем сильнее угнетена его жизнедеятельность. Согласно закону толерантности такая картина может наблюдаться как при увеличении интенсивности воздействия, так и при ее снижении. Таким образом, при переводе имеющейся информации в оценочные категории надо учитывать, что в пределах выносливости вида зависимость его состояния от степени нарастания интенсивности воздействия экологического фактора не прямолинейна. При графическом изображении таких связей кривые толерантности обычно имеют вид колоколообразных кривых, вершинная часть которых соответствует зоне оптимума. При удалении от нее обеих направлениях оценки воздействия фактора снижаются. Самая низкая оценка соответствует двум противоположным критическим ситуациям, в которых действие фактора достигает предельно допустимой минимальной или максимальной силы. Правда, Л.И.Мухина замечает, что при проведении конкретных оценочных работ набор значений показателя часто оказывается более узким и не достигает критических величин, в связи, с чем при разработке шкал частных оценок исследователь сталкивается лишь с однонаправленными изменениями показателей субъекта и объекта (либо в восходящей, либо в нисходящей части кривой толерантности),

Методику получения частных оценок и разработки соответствующих шкал можно проследить на конкретном примере, оценив воздействие УФ-радиации на организм человека.

Характеристика экологического фактора (объект оценки) и выбор показателей. Коротковолновая УФ-радиация (длина волны 0,4 микрона и меньше) обладает высокой фотохимической и фотобиологической активностью, что связано с высокой энергией кванта УФ-излучения, передающейся поглощающей молекуле. Она делится на три области (УФ-А, УФ-Н, УФ-С), проходимость которых сквозь атмосферу Земли различна (см.рис.З). Наиболее сильное воздействие на живое вещество, сопровождающееся разрушением молекул белка и уничтожением незащищенной протоплазмы, оказывают УФ-С и большая часть УФ-В, которые поглощаются озоновым экраном. Поэтому при выборе показателей для экологической оценки этого фактора основное внимание должно быть уделено тем ее компонентам, которые достигают земной поверхности и могут оказывать влияние на состояние биосистем, функционирующих в ландшафтах. Таким образом, основной показатель оценки — дозы УФ-В с длиной волны от 0,29 до 0,3mk и дозы УФ-А до 0,4mk.

Характеристика биологических реакций человека (субъект оценки) и выбор критериев. Изучение и учет всех физиологических реакций, возникающих под действием УФ-радиации, позволяет выявить степень адаптации и пределы толерантности человека к воздействию экологического фактора. Реакции неоднозначны и могут быть объединены в три группы: 1) связанные с недостатком УФ-радиации, 2) характерные для оптимального состояния человека — УФ-комфорт, 3) связанные с избытком УФ-радиации. В этой группе целесообразно провести дополнительное деление, так как в одних случаях ответные реакции человеческого организма сопровождаются возникновением патологических со стояний, которые имеют кратковременный и обратимый характер; в других - физиологические сдвиги не могут быть компенсированы, имеют необратимые тенденции и переходят в болезнь. Каждая из выделенных групп характеризуется своим набором патологий, которые фиксируют степень отклонения состояния человека от адаптивной нормы и могут быть использованы как критерии экологической оценки (табл. 3).

Составление оценочной шкалы базируется на сопоставлении филологических реакций человека с силой воздействия экологического фактора, ранжирование значений которого основано на анализе их связей. Для удобства оценки биологических эффектов УФ-радиации ее выражают обычно в биологически взвешенных единицах. При переходе на них как эталон используется сила воздействия радиации на человека, которая внешне проявляется в образовании фотоэритемы (эритемная доза — 80 мэр час/м ), Ее превышение свидетельствует об избыточном уровне воздействия УФ.

Таблица 3

Шкала оценки воздействия УФ-радиации на организм человека

При выборе градаций оценочной шкалы учтены предельные дозы эритемной радиации, при достижении которых меняется весь симптомокомплекс патологий. Выделено три порога реакции. Один из них фиксирует необходимое минимальное количество радиации (В-10 мэр час/м2), снижение которой вызывает недостаток УФ. Второй связан с достижением эритемной дозы. Эти пороги реакции ограничивают оптимальный диапазон значений экологического фактора и фиксируют УФ-комфорт. Уровень радиации, соответствующий бластомогенной дозе (70 эритемных доз), вызывает рак кожи и рассматривается как порог нарушений.

Оценка пространственного варьирования фактора — конечная цель оценочных работ. Сравнение уровней эритемной радиации в конкретных регионах с нормативами, заложенными в оценочную шкалу, позволяет установить степень благоприятности воздействия экологического фактора и провести дифференциацию территории по результатам частных оценок. 'Такие уровни были рассчитаны В.А.Велинским в 1976 г. на основании созданной им теоретической радиационной модели атмосферы и позволили выделить в пределах СССР зоны с дефицитом и избытком УФ-радиации, а также зоны УФ-комфорта. В зону жесткого дефицита попадают районы Крайнего Севера, где недостаток УФ ощущается более восьми месяцев в году. Здесь возможно развитие у человека "солнечного голодания", которое проявляется в ухудшении физического состояния и нарушениях деятельности нервной системы. Увеличение годовых доз эритемной радиации в меридиональном направлении сопровождается ростом заболеваемости населения раком кожи в районах УФ-избытка: по данным А.В.Чаклина и Л.Н.Гуслицера, опубликованным в 1976 г., на юге РСФСР и УССР она в три-четыре раза превышает показатели, полученные для Мурманской области и Карельской АССР.

4. Основные типы ответных реакций биосистем и их индикационная роль при экологической оценке ландшафта

Импульс воздействия экологических факторов с потоками вещества и энергии передается по цепочкам биокосных и биотических связей и определяет состояние биосистем, функционирующих в ландшафтах. Их ответные реакции выступают как индикатор экологических условий и могут проявляться на разных уровнях организации жизни: у отдельных организмов, популяций или целых экосистем. Все многообразие потенциально возможных биологических реакций и соответствующих им состояний организмов, позволяющих оценить интенсивность воздействия экологических факторов, можно объединить в четыре основных типа. 'Первый из них отвечает адаптивной норме, когда наблюдается состояние оптимального, сбалансированного равновесия организма с внешней средой. Второй и третий типы ответных реакций характеризуют ландшафтно-экологическую ситуацию, в которой живым организмам не удается адекватно адаптироваться к изменяющимся условиям среды, что сопровождается появлением различных патологических состояний и болезней. К числу характерных реакций относятся количественные и качественные изменения метаболизма и различные специфические дисфункции, которые провоцируют морфологические, в том числе и тератологические, отклонения. Количественные изменения обмена веществ (второй тип реакций), которые могут происходить в пределах обычных регуляций организмов, представляют собой начальную стадию нарушений и являются первым симптомом приближения интенсивности действия факторов к пороговым значениям. Третий тип реакций включает качественные сдвиги в организме, когда его регулирующие системы уже не справляются и происходит срыв физиологических функций. Такие явления фиксируют значительный сдвиг экологического равновесия в неблагоприятную сторону. Четвертый тип реакций свойствен состоянию, когда критический уровень воздействия экологических факторов вызывает резкое угнетение и гибель организмов, что может сопровождаться изменением численности популяций, выпадением видов из состава биоценозов и, как следствие, их структурной трансформацией.