Ландшафтно-экологические основы рационального природопользования и охраны природы

Степень нарушения экологического равновесия определяется силой антропогенного воздействия и спецификой ответных реакций биосистем. Своеобразие их откликов можно проследить на примере функционирования лесных биоценозов в условиях антропогенного загрязнения, когда срабатывают защитные механизмы, определяющие устойчивость биосистем. Наличие адаптивных реакций у деревьев было выявлено, например, при сравнении естественных лесов Березинского биосферного заповедника с однотипными лесными формациями в зоне повышенных антропогенных нагрузок. Такие исследования проведены Е.А.Сидорович, Ж.А.Рупасовой и Е.Г.Вусько в 1984 г. Установлено, что все исследованные растительные сообщества, находившиеся под антропогенным прессингом, обладают большей емкостью биологического круговорота. Такая активизация биопродукционного процесса является своеобразной защитной реакцией фитоценозов на ухудшение экологической ситуации, когда происходит мобилизации всех звеньев биологического круговорота против возмущающего воздействия антропогенных факторов, направленная на сохранение природного равновесия. Очевидно, это первая фаза реакции биоценозов, которая гарантирует их устойчивость до тех пор, пока не будет достигнут предел генетических возможностей продуцентов. Вторая фаза реакции фиксирует ситуацию, когда их фотосинтетический аппарат не справляется с возложенной на него очистительной функцией, что сопровождается дестабилизацией сообществ и снижением их продуктивности. Период поддержания равновесного состояния дольше у лиственных пород, имеющих возможность вывода токсикантов во время листопада.

Биотрансформация и биодеградация ксенобиотиков. При изучении ответных реакций живых организмов в связи с негативным воздействием техногенных геохимических потоков необходим учет их способности к биотрансформации и биодеградации ксенобиотиков. Такие механизмы различаются у растений и животных. Основные типы биохимических реакций у животных направлены на детоксикацию поллютантов, что достигается двумя противоположными путями — переводом в водорастворимые формы и выводом из организма и, наоборот, консервированием в неактивной, безвредной форме. По А.В.Ялокову и С А. Остроумову, наибольшую опасность представляет третий вид превращений, который заключается в образовании более вредоносных веществ, вызывающих мутагенность, канцерогенность и тератогенность. Эго характерно для биотрансформации ксенобиотиков, с которыми живые организмы, в том числе и растения, в ходе эволюции не сталкивались. У растений отсутствует способность к переводу поллютантов в водорастворимую форму и основным направлением биотрансформаций является переход ксенобиотиков в малоактивное состояние. В тех случаях, когда при этом не происходит разрушения молекул токсиканта, возможна передача негативного воздействия по трофической цепи к консументам левого порядка.

Биоаккумуляция загрязнении в ландшафтах. В отличие от природных ландшафтов, в которых при наличии экстремальных воздействий пределах биогеохимических провинций наблюдается адаптация экоистем к действию повышенных концентраций химических элементов, для природно-антропогенных ландшафтов в условиях прогрессирующего загрязнения биогеохимические взаимоотношения складываются иначе. Одна из характерных реакций экосистем — биоаккумуляция загрязнений, которая выражается в возрастании концентрации поллютантов при движении вверх по пищевым цепям, хотя эти процессы неоднозначны и зависят от особенностей биогеохимической специализации конкретных биосистем и индивидуальности поведения химических элементов в ходе биологического круговорота. Случаи аккумуляции загрязнений в экологической пирамиде описаны для различных ядохимикатов и радиоактивных изотопов. Так, изучение биогеохимических связей в тундровых ландшафтах показало резкое возрастание по трофической цепи содержаний изотопов цезия, привнесенных техногенными потоками. Ряд по нарастанию концентрации изотопа имеет следующий вид: почвы — п, лишайники - 1000п, мясо оленей — 3000п, ткани эскимосов — 6000 п. Такие эффекты важно учитывать при нормировании промышленных выбросов, так как даже при соблюдении ПДВ существует потенциальная возможность усиления негативных воздействий для высших звеньев трофической цепи.

В связи с вышеизложенным при экологической оценке ландшафтов необходим учет показателей, характеризующих биотрансформацию и разрушение токсикантов в миграционных потоках и выделение факторов, определяющих способность природных геосистем к самоочищению (сорбционные свойства почв, содержание органического вещества, щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия и пр.).

Изменение структуры биоты. Оно также относится к числу универсальных показателей структурно-функциональной перестройки природно-антропогенных ландшафтов. В настоящее время проведено много работ по изучению структурной трансформации их биотических компонентов под действием локальных источников промышленного загрязнения. Отмечается упрощение строения фитоценозов в зонах негативного воздействия, причем механизм происходящих изменений заключается в нарушении и ограничении видового разнообразия, выпадении целых ярусов и разрушении структуры фитоценозов. Изменения охватывают все уровни экосистем, включая консументов и деструкторов, что часто приводит к смещению биологического равновесия в неблагоприятную сторону и сопровождается снижением биологической продуктивности, изменением биогеохимической структуры и уменьшением устойчивости. Упрощение биогеохимической структуры агроценозов, по мнению М.А.Глазовской, определяет их меньшую устойчивость к неблагоприятным химическим воздействиям по сравнению с биоценозами их природных ландшафтов-аналогов.

Нарушение межвидовых взаимодействий. Структурные изменения биоты сопровождаются нарушением баланса между отдельными группами видов. Это также определяет степень устойчивости биоценозов, особенно в связи с установленным положением о стабилизирующей роли верхних трофических звеньев экосистем. Разрыв эволюционно сложившихся пищевых цепей при упрощении их структуры, вспышки массового развития отдельных видов, оставшихся без привычного экологического контроля — это те признаки дезорганизации биосистем, которые также могут использоваться при оценке экологической ситуации в ландшафтах. Такие показатели могут найти применение при оценке агроландшафтов, в которых наблюдаются вспышки массового размножения насекомых. Например, по опубликованным в 1982 г. данным В. Г. Мордковича популяции насекомых-фитофагов на посевах зерновых по сравнению с Целинной степью дают иногда прибавку численности на 100-300%. Потери сельскохозяйственной продукции растут за счет повреждающего воздействия фитофагов, появления сорняков в структуре агроценозов, а также за счет различных болезней растений и достигают в разных странах от 25 до 54%. Это определяет высокую информативность показателей видового разнообразия биоценозов, изменение которых помогает зафиксировать негативные тенденции развития антропогенно-измененных ландшафтов, что снижает их экологическую оценку.

2. Комплексная оценка антропогенных изменений в ландшафтах

Оценка современного состояния ландшафтов основана на выявлении особенностей их техногенной трансформации, которая определяет главные тенденции развития и их экологические следствия. Последовательность действий в ходе таких исследований предполагает сопоставление комплекса структурно-функциональных показателей природно-антропогенных ландшафтов с фоновыми эталонами и учет степени их отклонения. На этом этапе решается задача получения частных оценок для тех факторов и вызываемых ими процессов, которые оказывают влияние на состояние биосистем. Набор частных оценок позволяет подойти к интегральной экологической оценке ландшафтов, составляемой на основании различных соотношений и сочетаний частных оценок.

Изучение антропогенно-измененных ландшафтов в разных регионах показало, что в зависимости от совокупности и характера взаимодействия природных и антропогенных факторов ответные реакции природной среды строго дифференцированы. Но наряду с их специфичностью выделяются общие направления структурно-функциональных изменений. В их основе лежат причинно-следственные зависимости, в соответствии с которыми структурная перестройка комплексов происходит параллельно с преобразованием вещественно-энергетических потоков и сопровождается изменением внутри- и межландшафтных связей. Выбор параметров экологической оценки происходит с обязательным учетом некоторых универсальных тенденций, присущих геосистемам в стадии техногенной перестройки. Одна из них — противоречивость их развития. Это проявляется по-разному. С одной стороны, унаследованность природных миграционных потоков, курирующих перераспределение химических элементов, с другой — их трансформация. Это вызывает появление разнонаправленных процессов, которые могут нивелировать или, наоборот, увеличивать неоднородность геохимических полей. Другая общая тенденция — увеличение вариабельности геохимических параметров и формирование техногенных аномалий, ореолов и потоков рассеяния различной интенсивности. Стадия техногенной перестройки ландшафтов отмечается, как правило, неустойчивостью экологических ситуаций; механизм лимитирующих факторов работает напряженно, что сопровождается изменением их продуктивности и биогеохимической структуры. В итоге экологические последствия также имеют двойственный характер — они могут быть и негативными, и позитивными. Эго затрудняет переход от частных оценок, фиксирующих одновременно положительные и отрицательные сдвиги экологической ситуации, к интегральной оценке ландшафта.

Противоречивость частных экологических оценок характерна для разных категорий геотехнических систем. Например, проведение осушительных мелиораций в гумидных районах вызывает целую серию преобразований, каждое из которых имеет свои экологические последствия. При составлении модели гидромелиорированных ландшафтов нами были учтены различные ландшафтно-геохимические процессы, возникающие при снижении уровня грунтовых вод: интенсификация биологического круговорота, формирование окислительно-восстановительной зональности и возникновение кислородного барьера, увеличение выноса элементов с потоком дренажных вод. Детальное изучение этих процессов раскрывает механизм техногенной перестройки природных ландшафтов в сфере осушения. Для осмысления этих данных с экологических позиций необходим учет ответных реакций живых организмов, которые позволяют оценить степень благоприятности происходящих изменений (табл. 6). Анализ причинно-следственных связей показывает, что каждый из процессов может оказывать неоднозначное влияние на состояние биотических компонентов ландшафтов и на состояние человека, что проявляется в разноречивости полученных частных оценок.

Таблица 6

Частные экологические оценки гидромелиорированных ландшафтов

Сравнение разных гидромелиорированных ландшафтов может быть проведено как по сопоставимому набору этих сценок, так и по интегральной оценке. Для ее получения необходим учет различных сочетаний и соотношений частных оценок, значимость которых обусловлена интенсивностью процессов и степенью выраженности негативных и позитивных биологических реакций в конкретных ландшафтах. При использовании интегральных оценок хорошим дополнением является их специальная расшифровка, позволяющая наглядно показать значения частных оценок, на основании которых она проведена. Такой совместный показ частных и интегральных оценок, которые могут быть сведены в специальных таблицах, дает возможность проследить процедуру их получения и выявляет качественное своеобразие различных экологических ситуаций.

3. Этапы ландшафтно-экологического картографирования

Пространственная изменчивость экологических ситуаций хорошо выявляется при картографировании. Каждый из этапов ландшафтно-экологических исследований (см. Рис. 1) сопровождается созданием специфического набора карт, целевая нагрузка и информативность которых меняются в соответствии с задачами конкретного этапа. Последовательность их составления согласуется с общей структурой экологических исследований ландшафтов. Полный перечень карт может быть весьма разнообразен, однако все их можно разделить на несколько взаимосвязанных крупных блоков: инвентаризационные, оценочные, прогнозные ландшафтно-экологические карты, а также карты рекомендуемых природоохранных и других мероприятий. Особое место среди них занимают оценочные карты, на которых отображаются результаты частных и интегральных оценок современного экологического состояния ландшафтов, так как они являются важным обоснованием для последующего составления разнообразных прикладных карт. Детальность ландшафтно-экологических карт во многом определяется масштабом картографирования. Несмотря на различия важным методическим условием их создания на всех этапах является использование и анализ данных, полученных при исследовании природных фоновых эталонов. Многообразие ракурсов, возникающих в процессе ландшафтно-экологического картографирования, позволяет целенаправленно и избирательно вовлекать эти данные на разных этапах исследования. Применительно к изучению современного состояния антропогенно-измененных ландшафтов логическая последовательность составления экологических карт показана на примере городов (Рис. 10) хотя, очевидно, она может быть использована при картографировании разных категорий геотехнических систем.