Ландшафтно-экологические основы рационального природопользования и охраны природы

Это сказывается на уровнях содержания и парагенных ассоциациях химических элементов во всех компонентах разнотипных ландшафтов. С другой стороны, на сходных породах с кларковыми содержаниями элементов влияние литогенной основы по-разному проявляется в ландшафтах разных типов в зависимости от динамики гидроклиматических факторов, что также играет роль при формировании регионального биогеохимического фона. Учет таких зональнопровинциальных различий позволяет правильно ограничить возможность применения каждого из эталонных ландшафтов, оценочные параметры которых могут быть рекомендованы лишь для строго определенных территорий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.7. Выбор эталонов для экологической оценки и импактного мониторинга

 

Естественное состояние биосистем в природных ландшафтах фиксируется набором параметров, которые включают не только их количественные и качественные характеристики, но и всю совокупность биотических и биокосных связей, складывающихся при их взаимодействии с экологическими факторами. Анализ экологических связей требует проведения детальных исследований на ландшафтных катенах, выбор которых проводится в связи с решением второй группы задач. Каждая из них представляет собой модель структурно-функциональной организации ландшафтов; ее суть обусловлена характером вещественно-энергетических 'потоков, типом обмена веществ и интенсивностью миграции и перераспределения химических элементов, которая определяет особенности их радиальной и латеральной дифференциации. Критерий выбора эталонных ландшафтных катен — различная экологическая частотность и степень совершенства внутри- и межландшафтных связей, которые предопределяют их устойчивость и возможные реакции биоты на воздействие антропогенных факторов, а также характер передачи импульса этого воздействия в цепи экологических отношений.

Третья группа задач связана с поиском информативных показателей. которые устанавливаются на основании корреляционных зависимостей и фиксируют ответные реакции биосистем и их чувствительность к изменению ландшафтно-экологических условий. Набор таких показателей включает геофизические и геохимические характеристики ландшафтов и их различные структурно-функциональные переменные. Особую группу среди них занимают биоиндикаторы; в основе их использования лежит один из главных критериев экологического нормирования, согласно которому в биоте не должны накапливаться токсичные химические элементы. На информационном этапе изучения репрезентативных природных ландшафтов основной акцент специальных биогеохимических исследований делается на выявлении биогеохимической специализации живых организмов. Ее различие проявляется в своеобразии их ответных реакций на смену экологических условий в раду сопряженных элементарных ландшафтов. Например, у растений эти реакции проявляются как по изменению концентрации химических элементов, так и по изменению акропетальных коэффициентов, показывающих их относительное перераспределение в растении. Как пример, можно привести особенности некоторых растений в ландшафтах Тисо-самшитовой рощи Кавказского биосферного заповедника, где изучалось их поведение в раду сопряженных, контрастных местообитаний (Рис.8). Выявлено, что интенсивность биологического поглощения стимулируется не только улучшением эколого-геохимической ситуации, но вне меньшей степени и при ее ухудшении, когда срабатывают защитные механизмы, обеспечивающие устойчивое состояние вида в фоновых условиях. Это наблюдается, например, у самшита колхидского при снижении подвижных форм элементов в почвах, при изменении его статуса в составе фитоценозов и увеличении вероятности конкуренции с другими видами. Наличие биогеохимических реакций свидетельствует о том, что растение не остается безразличным к изменению среды обитания, и это позволяет рекомендовать самшит как один из фигоиндикаторов.

Данный фитоиндикатор был апробирован автором при проведении экологической оценки состояния городских ландшафтов Причерноморья, где самшит широко используется при озеленении. У экземпляров, отобранных в пределах техногенных аномалий в почвах, зафиксирован целый ряд нарушений, свидетельствующих о сдвиге экологического равновесия в неблагоприятную сторону. В первую очередь это выражается в увеличении концентрации многих микроэлементов, в том числе с высокой деструкционной активностью (Рв и др.).

В то же время тенденции изменения химического состава растений не однозначны, что определяется индивидуальностью поведения конкретных химических элементов и их физиологической ролью (Рис.9). На фоне роста зольности листьев и снижения обводненности тканей наблюдается последовательное снижение интенсивности поглощения одних (Са, Mg, Мп) и увеличение других (S, Si) макроэлементов. Самшит — кальцефил и снижение накопления в городе Са является одним из факторов риска. Учитывая специфическую роль Mg и Мп в процессах фотосинтеза, снижение их концентрации в листьях неблагоприятно для продукционного процесса.

Особую группу составляют такие элементы (Р, К и др.), поведение которых у "здоровых" и "больных" растений носит разнонаправленный характер. Интересно, что некоторые из биологических реакций, например, более интенсивное перемещение Р в листья, сходны с реакциями самшита на ухудшение экологической среды местообитаний в естественных условиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8. Биологические реакции самшита колхидского на изменение

ландшафтно-экологических условий

 

У "больных" экземпляров такая тенденция меняется на противоположную, что может быть связано с действием физиологических барьеров поглощения или, наоборот, являться следствием срыва физиологических функций (подтверждение этого — покраснение листьев, появление "опалин" по их краям и пр.). С учетом различной степени дисбаланса химического состава самшита в городе выявлено два порога реакции, когда растение испытывает экологический стресс. Первый из них фиксирует количественные изменения элементарного состава растений, которые находятся в пределах обычных регуляций; второй отражает появление его качественных изменений и признаков болезни. Такие данные по биоиндикаторам дают важные диагностические признаки, которые могут быть использованы при разработке оценочных шкал для

ранжирования ландшафтов по степени загрязнения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9. Биологические реакции самшита колхидского в городских ландшафтах Причерноморья

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Антропогенные изменения в ландшафтах

и их экологическая оценка

 

При антропогенных воздействиях в ландшафтах происходит изменение структурно-функциональных отношений, сложившихся в процессе их эволюционного развития. Основа этого — в нарушении диалектического единства структуры и функции, присущих природным геосистемам в естественных условиях и взаимно обусловливающих друг друга. Прямые антропогенные воздействия целенаправленно изменяют структуру ландшафтов под определенную, заданную функцию, что вызывает "цепную реакцию" различных процессов и преобразований, сопровождающихся нарушением экологических связей. Основные направления техногенной трансформации определяются как особенностями организации ландшафтов, так и типом произведенного воздействия.

Из всего многообразного комплекса изменений для экологической оценки наибольший интерес представляют те новые свойства природноантропогенных ландшафтов, которые вызывают ответные реакции биосистем. Наличие таких реакций позволяет провести отбор необходимых оценочных показателей и правильно расставить акценты при определении экологического состояния окружающей среды.

 

1. Изменение биосистем под воздействием антропогенных факторов

 

В настоящее время в арсенале естественных наук накопился большой массив фактологической информации, касающейся разных аспектов современного состояния биосистем. Ее анализ показал, что последствия воздействия антропогенных факторов проявляются на всех иерархических уровнях организации живого. Эго позволило А.В.Яблокову и С.А.Остроумову провести систематизацию разрозненных данных и осуществить их интеграцию на единой основе — в соответствии с концепцией различных уровней организации жизни. 'В качестве параметров и критериев экологической оценки природно-антропогенных ландшафтов могут быть использованы изменения состояния экосистем, определяющие особенности их функционирования, данные по отдельным популяциям, а также сведения об изменениях онтогенеза у живых организмов различных систематических групп (табл. 5). Для понимания их состояния и специфики биологических реакций на воздействие различных поллютантов могут быть использованы биохимические данные, касающиеся биотрансформации и биодеградации ксенобиотиков в организмах растений и животных. В целом, все экологические последствия антропогенных воздействий, которые сведены в табл.5, могут рассматриваться как индикаторы техногенной перестройки ландшафтов. Их совместное использование позволяет проследить пути, по которым передается импульс воздействия антропогенных факторов, выявить основные причины нарушений и оценить их аддитивные экологические эффекты по интегральным параметрам.

Изменение первичной продуктивности — универсальный показатель трансформации вещественно-энергетических потоков и функционирования ландшафтов. Тенденции этих изменений могут быть разнонаправленными, хотя основной из них является общее снижение первичной продуктивности на Земле. Противоположная тенденция к росту наиболее характерна для аквальных ландшафтов при их евтрофикации. В основе уменьшения продуктивности лежат разные причины: изменение биоценозов, в том числе и замена высокопродуктивных естественных сообществ, как правило, менее продуктивными агроценозами, неблагоприятное воздействие загрязнения и др. По некоторым оценкам за последние несколько тысяч лет это снижение в целом для биосферы произошло примерно на 30% и в настоящее время продолжается. Обращает на себя внимание факт, что этот процесс происходит на фоне постоянного увеличения потребления первичной продукции человечеством. По мнению И.И.Герасимова, постоянное изъятие вещества и в первую очередь биогенов, приводит к тому, что сохранение естественной продуктивности требует проведения компенсирующих мероприятий. Это свидетельствует о том, что для оптимизации таких ландшафтов человек должен взять на себя выполнение определенных экологических функций. Их конкретное воплощение основывается на результатах экологической оценки и предполагает анализ структурнофункциональных изменений, вызывающих нарушение природного равновесия.

 

Таблица 5

Экологические последствия воздействия антропогенных факторов на разных уровнях организации жизни (составлено по данным А.В.Яблокова и С.А.Остроумова, 1985 г)

 

Уровни организации жизни
молекулярно-генетический	онтогенетический	популяционно-видовой	биогеоценотически-биосфарный
Мутагенные изменения генетических систем; нарушение биомембран и изменение активности ферментов; биотрансформация и биодеградация загрязняющих веществ в организмах растений	Изменения в эмбриогенезе; нарушения роста, размножения, метаболизма; отравление заболевания	Исчезновение видов	Изменения первичной продуктивности, структуры биоценозов. Нарушение межвидовых взаимодействий (пищевых цепей, баланса между видами экологических связей (при разрушении информационных потоков) Перенос по пищевым цепям и биоаккумуляция загрязнений Перенос токсичных веществ мигрантами Биотрансформация и биодеградация загрязняющих веществ в биокосных системах Уничтожение типов биогеоценозов

Принципиальные схемы таких нарушений отличаются в зависимости от типа прямого антропогенного воздействия. Они намечены И.П.Герасимовым для разных категорий природно-антропогенных ландшафтов: лесохозяйственных, пастбищных, агроландшафтов. Специфика их внутреннего вещественно-энергетического оборота зависит от точки приложения антропогенных факторов и от того, как передается импульс этого воздействия в процессе функционирования геотехнических систем. Дня каждого их типа можно построить свои цепочки причинно-следственных связей.

В лесохозяйственных ландшафтах действие антропогенных факторов проявляется в изъятии того или иного количества общей фитомассы. Эго вызывает последовательный рад преобразований: уменьшение объема биологического круговорота по сравнению с естественным ®ослабление круговорота биогенов ®уменьшение первичной и вторичной биологической продукции, нарушение ее естественной сбалансированности и скорости образования. Таким образом, тенденция к снижению продуктивности наблюдается в обоих блоках экосистем — у продуцентов и консументов. Степень этих нарушений фиксируется по количественным изменениям функциональных показателей и служит одним из критериев экологической оценки состояния ландшафтов.

Иная последовательность нарушений складывается при функционировании агроландшафтов, где первопричиной антропогенных трансформаций является ликвидация всей наземной фитомассы и создание искусственных агроценозов. В данном случае также проявляется нарушение объема круговорота биогенных элементов, которое компенсируется внесением удобрений. Привнос вещества в ландшафт и ежегодное изъятие первичной продукции — эти разнонаправленные процессы определяют многие черты функционирования экосистем в агроландшафтах. Их итогом, в отличие от рассматриваемого выше случая, являются противоположные тенденции изменения первичной и вторичной продукции. Рост первичной продукции в результате агрохимических мероприятий из-за ее последующего отчуждения не сопровождается увеличением вторичной. Наоборот, происходит ее падение и разрыв связей между блоками продуцентов и консументов.

Особый тип нарушений природного равновесия наблюдается в пастбищных ландшафтах, где основная точка приложения антропогенных факторов — блок консументов первого порядка. Частичное изъятие вторичной биологической продукции ослабляет возврат биогенов в круговорот. Однако стремление к увеличению продукции животноводства часто сопровождается увеличением нагрузки на другие звенья трофической цепи и взвывает снижение первичной продукции в результате пастбищной дигрессии.