К запруженности К распдханности бассейна К распаханмости поймы К иблсссшшсти поймы и русла К лесистости бассейна Индекс лкологнчсского разнообразим угодий

Показатели оптимизации природопользования в бассейне малой реки

2.6. ЛАНДШАФТНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

(ЛЭМ)

Структура лаицшяфтто-мологячмкого мониторинга заповедник территорий . 1 н кIII. ■ J> l I.' 1111: 111 n j оскоиа

Ландшафтно-экологический мониторинг рассматривается как синтезированная и выборочная совокупность биологического (Брудин, 1975; Соколов, Смирнов, 1980; Федоров, 1974, 1979) и геосистемного (природно-хозяйственного, физико- географического, ландшафтного) (Герасимов, 1975) мониторинга. Его цели - оценка современного состояния экосистем и ландшафтов, наблюдения и прогноз изменений биотической составляющей на уровне фоновых, характерных и редких видов,

популяций, сообществ, включая биологическую продуктивность в динамической взаимосвязи с ландшафтными условиями (см. схему). Для достижения этих целей на территориях эталонных и исследуемых ландшафтов создается сеть мониторинговых площадок, контрольно-учетных полос, станций, точек наблюдения, объектов особого внимания и т. д. В структуре ЛЭМ выделяется несколько блоков.

Важнейшая задача проведения ландшафтно-экологического мониторинга - сбор сведений для сравнительного анализа круговорота питательных веществ в природных и сельскохозяйственных ландшафтах. С этой целью определяется спектр параметров, характеризующих абиотическое и биотические свойства и непосредственно влияющих на их способность накапливать питательные элементы и стабильность (см. схему, блок I).

В перечень абиотических свойств (см. схему, блок 1а) входят следующие характеристики: скорость инфильтрации, величина стока, эрозионная опасность, потери почвенной влаги на испарение, почвенные коллоиды, потери на вымывание, температура почвы, плотность почвы и т. д.

В числе важнейших биотических свойств (см. схему, блок 16) рассматриваются внутренний круговорот, осуществляемый растениями, синхронизация активности растений и микроорганизмов, разнообразие биологической активности во времени, разнообразие растительных популяций, генетическое разнообразие, потенциал воспроизводства, биопродуктивность.

Организация наблюдений по программе блока I (см. схему) предусматривает развитие сети ЛЭМ в ландшафтах с различной качественной и количественной антропогенной нагрузкой. Это не только будет способствовать пониманию механизма функционирования экосистем, но и позволит выбрать оптимальный способ их хозяйственного использования, обеспечивающий эффективный круговорот основных питательных веществ и их долговременную стабильность в понимании Холлинга, считающего, что любое окультуривание угодий должно сопровождаться усиленным накоплением питательных элементов.

Блок II (см. схему) - почвенный мониторинг, в значительной степени сопряжен с блоком 1а. Структура, задача и цели почвенного мониторинга сформулированы Г. В. Добровольским (1986).

При организации ЛЭМ на заповедных территориях очень важно отобрать как эталоны всех разновидностей почв внутри заповедника, так и их аналоги, находящиеся под различным воздействием антропогенных факторов. Использование целинных почвенных эталонов позволяет достоверно определить степень деградации почв пахотных и пастбищно-сенокосных угодий.

Блок III (см. схему) составляют наблюдения за растительными объектами. Его задача - слежение за состоянием и уровнем антропогенных изменений растительности (Горчаковский, Рябинина, 1984) для того, чтобы вовремя сигнализировать о происходящих нежелательных изменениях структуры растительных сообществ и наличии угрозы вымирания редких и ценных видов растений. С этой целью закладывается сеть ботанического мониторинга (Чибилёв, 1990). Кроме того, могут быть заложены площадки и трансекты, необходимые для контроля уровня антропогенной (главным образом пастбищной) дигрессии луговых и степных сообществ.

Блок IV (см. схему) - текущий и сравнительный мониторинга фаунистических объектов. Их целесообразно вести по двум основным направлениям. Во-первых, это зоомониторинг урочищ-аналогов, расположенных в различных ландшафтных провинциях региона. Во-вторых, зоомониторинг в изначально гомогенных ландшафтных условиях, на контрольных площадках, находящихся под различным прессом антропогенного воздействия.

Для проведения зоомониторинга предлагается группировать (пять групп) виды животных (по степени встречаемости, уникальности и характерности) (Чибилёв, 1990). Составные части зоомониторинга - сплошное картирование мест обитания редких и характерных видов (I-III группы), выделение контрольно-учетных полос и линейных маршрутов для инвентаризационных наблюдений и мониторинга всех видов, включая фоновые (IV, V группы), контрольные площадки для учета характерных и фоновых видов (III, IV группы).

Единой основой для проведения наблюдений по программе ЛЭМ всех четырех блоков является крупномасштабное ландшафтно-типологическое картирование. В Совокупности эти наблюдения должны представлять собой ландшафтно- экологический мониторинг типов урочищ и типов местностей.

3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ГЕОЭКОЛОГИИ И ЗАКОНЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

3.1. ЭКОСИСТЕМНЫЕ И ГЕОСИСТЕМНЫЕ ЗАКОНЫ

Общеизвестно, что природа действует в согласии со своими законами, а человек - в соответствии со своими представлениями о законе. Практически все неудачи и катастрофы в истории взаимоотношений человека и природы связаны с игнорированием общегеографических, биогеографических, экосистемных законов и незнанием законов, правил и принципов природопользования. Это произошло потому, что закономерности развития и формирования географической оболочки и биосферы, выявленные естественными науками, не были положены в основу практики природопользования. Прав был И. Гете, когда говорил, что " люди повинуются законам природы, даже когда действуют против них". Это означает, что все последствия хозяйственной деятельности в природной среде развиваются по природным законам и могут быть устранены и оптимизированы только на основе использования общих закономерностей функционирования ландшафтов и экосистем.

Периодический закон географической зональности А. А. Григорьева -М. И. Будыко.

Важнейшее значение для анализа строения географической оболочки имеет периодический закон географической зоналъности А. А. Григорьева - М. И. Будыко, который, развивая учение о природных зонах В. В. Докучаева, свидетельствует о том, что со сменой физико-географических поясов Земли аналогичные ландшафтные зоны и некоторые общие свойства повторяются. Периодическое повторение свойств в рядах систем одного уровня - это общий закон мироздания. Он распространяется не только на геосистемы (ландшафты), но и на экосистемы и биоценозы. Каждая природная система, независимо от того, кто ее изучает (ландшафтовед, эколог или биолог), характеризуется определенными взаимоотношениями энергии, вещества и информации внутри этих систем, формирующих их динамические качества.

Закон внутреннего динамического равновесия.

Обобщая эти взаимоотношения, Н. Ф. Реймерс (1975) вывел закон внутреннего динамического равновесия, а затем установил вытекающие из него четыре основных следствия. Закон сформулирован так: вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.

Справедливость закона внутреннего динамического равновесия доказывается всей практикой ведения хозяйства и особенно - характером региональных экологических катастроф типа приаральской, волжско-каспийской, карабогазской или пыльных бурь в земледельческих зонах Канады и США в 30-х годах, России - в 60-х. Этот закон, по мнению Н. Ф. Реймерса (1994), - одна из путеводных нитей в управлении природопользованием. Для его практики важное значение имеют следствия из этого закона.

1. Любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических качеств экосистем) неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер. Это следствие согласуется с принципом Ле- Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект воздействия ослабляется. На основе этого можно сделать вывод: поскольку биосфера имеет лишь одно устойчивое состояние, единственный способ восстановить действие принципа Ле-Шателье-Брауна - сократить площади антропогенно измененных земель.

2. Взаимодействие вещественно-энергетических экологических компонентов (энергии, газов, жидкостей, субстратов, организмов-продуцентов, консументов и редуцентов), информации и динамических качеств природных систем количественно

нелинейно, т. е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других (и во всей системе в целом). Например, малое отклонение в составе газов атмосферы, ее загрязнение окислами серы и азота вызывают огромные изменения в экосистемах суши и водной среды. С кислотными осадками связаны деградация и гибель лесов вблизи промышленных центров Европы, обезрыбливание озер Скандинавии. Незначительное увеличение СО2 ведет к возникновению парникового эффекта и т. д.

3. Производимые в крупных экосистемах изменения относительно необратимы: проходя по их иерархии снизу вверх - от места воздействия до биосферы в целом, - они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на новый эволюционный уровень. Это следствие свидетельствует о том, что развитие однонаправленно, так как действует закон вектора развития. Нельзя прожить наоборот - от смерти к рождению, от старости к юности, нельзя повернуть историю вспять, остановить эволюционный процесс планеты. Эта невозвратность сформулирована в виде закона необратимости эволюции Л. Долло для живого: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.

4. Любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала (так называемое правило " тришкиного кафтана"), увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений.

Какое заключение можно сделать из этого закона и его следствий? Пока изменения среды слабы и произведены на относительно небольшой площади, они или ограничиваются конкретным местом, или " гаснут" в цепи иерархии экосистем. Но как только перемены достигают существенных значений для крупных экосистем (например, в масштабах больших речных бассейнов), они приводят к существенным сдвигам в этих обширных природных образованиях, а через них - и во всей биосфере в целом. Иногда возникает даже ситуация " чем больше пустынь мы превратим в цветущие сады, тем больше цветущих садов мы превратим в пустыни". При этом в силу нелинейности процессов (следствие 2) опустынивание по темпам значительно опережает создание " цветущих садов", поскольку базируется на нарушении компонентного равновесия в экосистемах.

Закон развития природной системы за счет окружающей ее среды

Ценные выводы для практики природопользования можно сделать из закона развития природной системы за счет окружающей ее среды, который гласит: любая природная система может развиваться только за счет использования материально- энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно. Закон есть следствие из начал термодинамики. Он имеет важное теоретическое и практическое значение благодаря основным своим следствиям.

1. Абсолютно безотходное производство невозможно (оно равнозначно созданию " вечного двигателя"). Это означает, что мы можем рассчитывать лишь на малоотходное производство. Поэтому первым этапом развития технологий должна быть их малая ресурсоемкость (как на входе, так и на выходе - экономичность и незначительные выбросы). Второй этап - создание цикличности производства (т. е. отходы одних могут быть сырьем для других). Третий этап - организация разумного депонирования (захоронения) неминуемых остатков и нейтрализации неустранимых энергетических отходов. Все три этапа могут быть одновременными. Представление, будто биосфера работает по принципу безотходности, ошибочно (!), так как в ней всегда накапливаются выбывающие из биологического круговорота вещества, формирующие осадочные породы.

2. Любая более высокоорганизованная биотическая система (например, вид живого), используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу для более низкоорганизованных систем. Кстати, благодаря этому в земной биосфере невозможно повторное зарождение жизни - она будет уничтожена существующими организмами. Согласно этому следствию, воздействие человека на природу требует мероприятий по нейтрализации антропогенных воздействий, поскольку они могут оказаться разрушающими для остальной природы, а также угрожать самому человеку. В связи с этим охрана природы - одна из обязательных составляющих социально-экономического развития высокоразвитого общества.

3. Биосфера Земли (как система Земли) развивается не только за счет ресурсов планеты, но опосредствованно - и за счет и под управляющим воздействием космических систем (прежде всего Солнечной). Это следствие закона имеет особое значение для долгосрочного прогнозирования.

Кроме законов внутреннего динамического равновесия и развития природной системы (за счет окружающей ее среды) в биосфере и экосистемах функционируют десятки других законов и закономерностей, которые в конечном счете обусловливают законы системы человек- природа.

Ход исторических изменений связей между природой и человеком приводил к одновременным переменам и в формах хозяйства. Перемены в хозяйстве вызывали цепные реакции в природе. Эта постоянная обратная связь получила название закона бумеранга, или закона обратной связи взаимодействия человек - биосфера П. Дансаро (1957), иначе - третьего закона Б. Коммонера (1974): " ничего не дается даром". Б. Коммонер писал: "...глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выбрано или потеряно, и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возвращено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен".

Закон незаменимости биосферы.

Неизбежность платежей подчеркивается также законом незаменимости биосфеpы. Его так или иначе формулировали многие авторы (Д. П. Марш, Э. Реклю, В. И. Вернадский). Категоричное изложение этого закона дано В. Г. Горшковым (1990): " Нет никаких оснований для надежд на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды с той же степенью точности, что и естественные сообщества. Поэтому сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает устойчивости окружающую среду, которая не может быть восстановлена за счет создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству... Биосфера... представляет собой единственную систему, обеспечивающую устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях... Необходимо сохранить естественную природу на большей части поверхности Земли, а не в генных банках и ничтожных по своей площади резерватах, заповедниках и зоопарках" (с. 221-222).

Незаменимая биосфера до поры до времени работала в рамках принципа Ле- Шателье-Брауна, который проявляется в том, что биосфера стремится к восстановлению экологического равновесия тем сильнее, чем больше давление на нее. На определенной стадии взаимодействия человека с биосферой возобновимые природные ресурсы делаются невозобновимыми. Происходят глубокое изменение среды, значительная переэксплуатация, доходящая до полного уничтожения или крайнего истощения. Такова фаза развития в наши дни. Современные цивилизация и культура не обеспечивают стабильных условий существования жизни на Земле, в частности человека.

Правило меры преобразования природных систем.

В связи с этим человек должен придерживаться правила меры преобразования природных систем: в ходе эксплуатации природных систем нельзя переходить некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдержания (самоорганизации и саморегуляции). Эти свойства природных систем поддерживаются двумя механизмами - соотношением экологических компонентов внутри системы и взаимодействием пространственно выраженных подсистем, систем того же уровня и надсистем в их иерархии. Например, черноземы, возникшие в результате биогеоценотического процесса в луговых степях, после их распашки зонально поддерживаются, но постепенно деградируют, сохраняя при этом тенденцию к восстановлению лишь при создании естественных условий их образования.

Из правила меры преобразования природных систем можно сделать ряд важных выводов.

1. Единица (возобновимого) ресурса может быть получена лишь в некоторый отрезок времени, определяемый скоростью функционирования системы. В этот период нельзя переходить рубежи ограничений, диктуемых всеми теоремами экологии.

2. Перешагнуть через фазу последовательного развития природной системы с участием живого, как правило, невозможно (закон последовательности прохождения фаз развития).

3. Проведение хозяйственных мероприятий рационально лишь в рамках некоторых оптимальных размеров, выход за которые в меньшую или большую стороны снижают их эффективность. Этот вывод согласуется с законом оптимальности: с наибольшей эффективностью любая система функционирует в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах (т. е. никакая система не может сужаться или расширяться до бесконечности). Размер системы должен соответствовать выполняемым ею функциям. Обычно такой размер называют характерным размером системы. Например, определенная система земледелия может эффективно действовать только в определенных природных границах, выходя за которые она превращается в антисистему.

4. Преобразовательная деятельность не должна выводить природные системы из состояния равновесия путем избытка какого-то из средообразующих компонента, т. е. если это необходимо, требуется компенсация в виде непреобразованных систем (например, оптимальной лесистости, особо охраняемых территорий как экологического противовеса антропогенным ландшафтам и т. д.).

5. Преобразование природы (если оно не восстановительное, " мягкое") дает локальный или региональный выигрыш за счет ухудшения каких-то показателей в смежных местностях или в биосфере в целом (это также следствие закона внутреннего динамического равновесия и закона бумеранга).

3.2. ЗАКОНЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Закон ограниченности при родных ресурсов.

Долгие годы в отечественной природоохранной и экономико-географической литературе было широко распространено деление природных ресурсов на возобновляемые и невозобновляемые, исчерпаемые и неисчерпаемые. Возобновимые ресурсы ограничены условиями их образования, а так называемые неисчерпаемые, или неистощимые ресурсы в любом случае конечны, так как на ограниченном целом Земли не может быть ничего бесконечного (часть не может быть больше целого). В связи с этим следует признать, что на Земле действует закон ограниченности (исчерпаемости) природных ресурсов, утверждающий, что все природные ресурсы (и естественные условия) Земли конечны. Эта ограниченность возникает либо в силу прямой исчерпаемости, либо в результате возмущения среды обитания.

Закон соответствия между развитием производи тельных сил и природно-ре сурсным потенциалом.

Ограниченность природных ресурсов на разных этапах развития человечества в историческом процессе влияла на производительные силы общества, а через них на социальные отношения. На всех этапах развития общества действовал закон соответствия между развитием производительных сил и природно-ресурсным потенциалом общественного прогресса.

Пpupодно-ресурсный потенциал ^ Производительные силы ^ Производственные отношения

Когда это соответствие нарушалось, в динамической системе возникали кризисные ситуации, связанные с неминуемым изъятием вещества и изменением физических и химических характеристик природы в ходе собственного развития.

Этапы изменения природы человеком.

Выделяются несколько этапов изменения природы человечеством, оканчивавшихся экологическими кризисами и сопутствующими им экологическими революциями. 1. Воздействие людей на биосферу лишь как обычных биологических видов. 2. Сверхинтенсивная охота без резкого изменения экосистемы. 3. Изменение экосистем через пастьбу скота, ускорение роста трав путем их выжигания. 4. Усиление влияния на природу, влекущее за собой коренное преобразование части экосистем (посредством распашки земель, широкой вырубки лесов и т. п.). 5. Глобальное изменение всех экологических компонентов биосферы в целом в связи с неограниченной интенсификацией хозяйства (началось 300 лет назад и достигло наибольшей остроты в конце XX в.).

Экологический кризис и экологическая революция.

Каждый подобный этап заканчивается обычно экологическим кризисом, которому сопутствует экологическая революция Экологический кризис - напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой. При этом наблюдается несоответствие между производительными силами, производственными отношениями и ресурсно-экологическими возможностями биосферы. Данный кризис характеризуется не просто и не столько усилением воздействия человека на природу, но и резким увеличением влияния измененной людьми природы на общественное развитие. От экологического кризиса следует отличать экологическую катастрофу. Кризис - обратимое состояние, здесь человек еще активен, катастрофа - необратимое явление, человек пассивно страдает.

В более широком значении экологический кризис следует понимать как фазу развития биосферы, в которой происходит качественное обновление живого вещества.

Ответная реакция человечества на кризисное состояние системы человек- биосфера называется экологической революцией. Она обычно охватывает все стороны хозяйства и приводит к изменению взглядов людей на природу, ее эксплуатацию.

В предыстории и истории человечества выделяют следующие экологические кризисы и экологические революции.