Общее понятие о природных системах

Лекция 1. Общее понятие о природных системах. Содержание 1. Понятие система, экосистема и свойства 2. Понятие геосистема, виды, типы свойства 3. Виды антропогенного воздействия 4. Мониторинг природной среды 5. Виды загрязнений 5. Понятие о системах природопользования 6. Виды систем природопользования и их оценка 7. Принципы оптимизации взаимоотношений общества и природы 1. Понятие система, экосистема и свойства Система в наиболее общем виде – это устойчивая совокупность взаимосвязанных элементов и компонентов. Элемент системы - это обособленная ее часть, неделимая в рамках этой системы, со своими специфическими свойствами, чертами и назначениями. Элементы являются взаимосвязанными, при условии, что они формируют взаимные ограничения в поведении (изменение, функционирование) друг друга. Каждая из обособленных частей системы (элемент) формирует ее подсистему (компонент). Все, что не является составляющим системы, для нее является внешней средой. Совокупность из двух и более элементов, по мнению Р. Акоффа, является системой, при условии, что она соответствует трем условиям: элементы взаимосвязаны так, что в совокупности данных элементов не может возникать независимых подсистем, поведение элементов и их воздействие на целое взаимозависимы; действие каждого элемента влияет на действие целого. Природные системы (ПС) - это совокупность природных компонентов, тесно связанных между собой и функционирующих в пределах определенной территории (или акватории). Понятие «природные системы» объединяет природные геосистемы (ПТК и ПОТК разных рангов) и экосистемы разных рангов. Экосистема - это биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии. Пример экосистемы - лиственный лес в средней полосе России, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определенными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещенности) и комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая (пищевая) структура сообщества и соотношение производителей биомассы, еѐ потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии. В геосистеме исследуются все элементы и связи между компонентами, которые считаются равнозначными в образовании и функционировании этого природного комплекса. Главное отличие экосистемы от геосистемы состоит в том, что при изучении экосистем рассматриваются лишь те связи, которые имеют отношение к живым организмам Экосистема, подобно геосистеме, включает в себя биотические и абиотические компоненты природы, но это биоцентрическая система, биота является ее "хозяином". На экосистемы влияют разные абиотические и биологические факторы. Свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, освещенность, механический состав почвы, ее проницаемость, влагоемкость, содержание в почве или воде элементов питания, газовый состав, соленость воды, влияние растений и животных на других членов биоценоза, влияние антропогенных факторов, (в т.ч. техногенный загрязнение среды). Для экосистем большую роль играет величина и интенсивность экологических факторов. Интенсивность наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом. Например, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, будет оптимумом. В большинстве случаев это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому целесообразнее говорить о зоне оптимума. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности. Точки, ограничивающие его, т.е. максимальная и минимальная температуры, пригодные для жизни, - это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости. По мере удаления от оптимума в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель. Для каждого вида растений (животных) существует оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости или выносливости в отношении каждого средового фактора. При значении фактора, близком к пределам выносливости или толерантности, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно примерно в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, и обычно определяют оптимум для отдельных показателей жизнедеятельности – скорости роста, выживаемости и т.п. Свойство вида адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием «экологическая пластичность» (экологическая валентность) вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность. Виды, способные существовать лишь при небольших отклонениях от оптимальной величины фактора, называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора – широкоспециализированными. К узкоспециализированным видам относятся, например, организмы пресных вод, а также морских вод. Следовательно, пресноводные и морские виды обладают низкой экологической пластичностью по отношению к солености. Виды, которые способны жить как в пресных, так и в соленых водах (трехиглая колюшка), обладают высокой экологической пластичностью. Экологически выносливые виды называют эврибионтными(eyros – широкий), маловыносливые – стенобионтными (stenos – узкий). Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, тогда как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными. Отношение организмов в колебаниям того или иного определенного фактора выражается прибавлением приставки эври- или стено- к названию фактора. Например, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы, к концентрации солей – эври- и стеногалинные, к свету – эври- и стенофотные и др. Растение, являясь эвритермным, одновременно может относиться к стеногигробионтам, т.е. быть менее стойким относительно влажности. Эврибионтность способствует широкому распространению видов. Стенобионтность обычно ограничивает ареалы. Все факторы среды взаимосвязаны, и среди них нет абсолютно безразличных для любого организма. Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от других. При комплексном воздействии среды часто имеет место «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но действуя изменениями температуры, можно приостановить фотосинтез у растений или активность у животных и тем самым создать эффект диапаузы, как при коротком дне, а удлинив активный период, создать эффект длинного дня. В комплексном действии среды факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их можно подразделить на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие, второстепенные). Ведущие факторы различны для различных организмов. В роли ведущих факторов могут выступать то одни, то другие элементы среды на разных этапах развития организма. Так, в пробуждении активности у птиц в конце зимы ведущим фактором является свет, длина светового дня, летом же его действие становится равнозначным температурному фактору. Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием об ограничивающих факторах. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим или лимитирующим. Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. В роли ограничивающего фактора могут выступать как ведущие, так и фоновые экологические факторы. Понятие о лимитирующих факторах было введено в 1840 г. химиком Ю. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием правила или закона минимума Либиха. В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность доски имеют разную высоту. Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски – лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения. Другой пример. Допустим, в почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например, цинка. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или вообще не возможен. Если мы теперь добавим в почву нужное количество цинка, это приведет к увеличению урожая. Но если мы будем вносить любое другое химическое соединение (например, азот, фосфор, калий) и даже добьемся того, что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а цинк будет отсутствовать – это не даст никакого эффекта. Точно так же, если кислотность (рН) почвы отклоняется от оптимума, например, для озимой ржи, то никакие агротехнические мероприятия, кроме снижающего кислотность известкования, не помогут существенно увеличить урожайность этой культуры на данном поле. Закон минимума Либиха распространяется на все биотические и абиотические факторы, влияющие на организм. Такими факторами могут быть, например, конкуренций со стороны другого вида, присутствие хищника или паразита. Сформулированный закон применим как к растениям, так и к животным. Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Ю. Либих, но и избыток таких факторов, как тепло, свет и вода. Диапазоны между экологическим минимумом и экологическим максимумом, называются пределами устойчивости, выносливости или толерантности. Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд, сформулировавший «закон толерантности». После открытия этого закона были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования для многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. Величина фактора обозначается символом С (от слова «concentration», что в переводе означает «концентрация»). В других случаях при поступлении в организм вещества можно говорить не о концентрации, а о дозе вещества (фактора). В санитарной охране окружающей среды важны не нижние пределы устойчивости к вредным веществам, а верхние пределы, т.к. загрязнение окружающей среды – это и есть превышение устойчивости организма. Ставится задача или условие: фактическая концентрация загрязняющего вещества фактическая не должна превышать концентрация лимитирующу (Сфакт. < Слим.). Слим. имеет вид обычно предельно допустимой концентрации (ПДК). Если для организма характерен широкий диапазон выносливости к фактору, отличающемуся относительным постоянством, и присутствующем в среде в умеренных количествах, такой фактор не будет лимитирующим. Наоборот, если известно, что тот или иной организм обладает узким диапазоном толерантности к какому-либо изменчивому фактору, то именно этот фактор может быть лимитирующим. Например, содержание кислорода в атмосфере настолько высоко, и он столь доступен, что редко служит лимитирующим фактором для наземных организмов (за исключением паразитов, обитателей почв или больших высот). Напротив, в воде кислорода сравнительно мало, его содержание нередко варьирует, и вследствие этого он часто служит важным лимитирующим фактором. Поэтому эколог-гидробионт всегда наготове имеет прибор для определения количества кислорода. В целом смысл анализа условий среды, например, при оценке воздействия человека на природную среду, заключается в достижении следующих целей: путем наблюдения, анализа и эксперимента обнаружить «функционально важные» факторы; определить, как эти факторы влияют на особей, популяции, сообщества. Тогда удается довольно точно предсказать результат нарушений среды или планируемых изменений. Энергетическая классификация ЭС: 1) ЭС, движимые Солнцем, несубсидируемые. 2) ЭС, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками. 3) ЭС, движимые Солнцем и субсидируемые человеком 4) ЭС индустриально-городские, движимые топливом. Структура ЭС - это совокупность наиболее устойчивых связей между компонентами геосистемы (или экосистемы). Структура ЭС подразделяется на пространственную и временную. Пространственная структура ЭС - это порядок расположения составных частей ПС, их соотношение и взаимосвязи по горизонтали и вертикали. Основные компоненты пространственной структуры ЭС: - неорганические вещества - органические соединения, связывающие биотическую и абиотическую части ЭС в общий круговорот - климатический режим - продуценты - консументы - редуценты Временная структура ЭС представляет собой сезонные ритмы и многолетнюю перестройку связей. ЭС свойственны такие качества, как целостность, изменчивость и устойчивость. ЭС способны к саморегуляции. По глубине трансформации ЭС различают функционирование, динамику и эволюцию. Основные свойства экосистем: 1) Все ЭС воспринимают вещество, энергию и информацию из окружающей среды или из соседних ЭС. 2) Любая ЭС, поглощая и преобразовывая вещество, энергию или информацию, превращает их в новую форму вещества, энергии или информации. 3) Из каждой пары ЭС одна является «жертвой», а другая - «хищником». 4) Любая ЭС в отсутствие соседа-«хищника» начинает экстенсивно расширяться. 5) Развитие ЭС может быть ассиметричным либо симметричным. 6) Структуре ЭС свойственная фрактальность. Социальные функции и потенциал ПС разнообразны. Потенциал ЭС – это предельный запас производственных и экологических ресурсов ландшафтов, который можно использовать без существенного нарушения их свойств и функций. В зависимости от характеристик поставляемых природных ресурсов, ЭС могут рассматриваться: 1) как источники продукции для пропитания человека. 2) как источники сырья для обеспечения производственной деятельности человека. 3) как источники средств труда, с помощью которых осуществляется общественное производство. 4) как источники энергии для производственной деятельности человека 5) как совокупность природных условий, необходимых для восстановления здоровья человека. 2. Понятие геосистема, виды, типы свойства Географическая оболочка — самая крупная природная (географическая) система в пределах нашей планеты. Она представляет собой область взаимопроникновения и взаимодействия геосфер: литосферы, атмосферы, гидросферы, педосферы (почвенная оболочка), фитосферы и зоосферы, которые тесно связаны между собой в процессе обмена веществами и энергией. Одно из важнейших свойств географической оболочки (как и биосферы) —ее пространственная дифференциация (т.е. разделение на отдельные части в пространстве) в результате неравномерного поступления солнечной радиации на поверхность Земли и геолого-геоморфологических различий поверхностного слоя земной коры. Поэтому географическая оболочка (биосфера) имеет очень сложную пространственную структуру и состоит из множества иерархически соподчиненных природных комплексов более низких рангов — геосистем (согласно представлениям, принятым в географии) и экосистем (согласно представлениям, сложившимся в экологии). Геосистемы (природные территориальные комплексы, ландшафты) — закономерные сочетания взаимосвязанных биотических и абиотических компонентов, а также соподчиненных комплексов, относительно ограниченные в пространстве и функционирующие как единое целое. Экосистемами называют совокупности живых организмов (в том числе человека) и среды их обитания, которые, взаимодействуя, образуют единое целое. Эти понятия имеют как черты сходства, так и черты различия. Сходство между геосистемами и экосистемами выражается в общем наборе компонентов природы, тесно взаимосвязанных между собой потоками вещества и энергии. Они представляют собой открытые природные системы, изменяющиеся во времени и пространстве. Среди их компонентов особое место занимают воздух, вода и биота. Последние определяют многие процессы, происходящие в природе (в частности, воспроизводство биологических ресурсов). Они наиболее мобильны и одновременно являются самыми уязвимыми (в отношении антропогенного воздействия) составными частями природных систем. Различие между геосистемами и экосистемами состоит в направленности изучаемых связей и характере выделения пространственных границ. Экосистемы — это биоцентрические образования, поэтому в них выделяют связи, направленные от факторов среды к главному компоненту — биоте, особое внимание уделяя трофическим (пищевым) цепям. Геосистемы полицентричны, в связи с чем при их изучении все компоненты природы рассматриваются как разнозначные, при этом одинаковое внимание уделяется прямым и обратным связям, т.е. охватывается более широкий круг связей и отношений. Понятие «экосистема» не ограничено четкими пространственными рамками: оно в равной мере распространяется на каплю воды, болото или биосферу в целом. Понятие «геосистема» (ландшафт, природно-территориальный комплекс) всегда подразумевает пространственные границы, которые выделяются на основе признаков. Геосистема - это целостная совокупность компонентов географической оболочки на определенной территории, объединенных потоками энергии и вещества. В целом это понятие, как уже отмечено, достаточно близко к понятию экосистемы или геобиоценоза. Отличаются они от ЭС прежде всего территориальной целостностью. Границы геосистемы в отличие от экосистем обычно достаточно четко выражены. Например, Шипов Лес, Воронежское водохранилище. Вторым важным аспектом отличие является то, что геосистема является более широким понятием, включая в себя все элементы и связи, а не только биологические. Можно выделить четыре основных типа геосистем: природные (малоизмененные или неизмененные) - ландшафтные геосистемы, природно-антропогенные (природные измененные), антропогенно-природные (созданные человеком, но уже в значительной части трансформированы на основе природных факторов), антропогенные (в них равновесие полностью поддерживается человеком). Понятие «геосистема» в науку ввел академик Сочава. Выделяют три уровня геосистем: глобальная геосистема (синоним географической оболочки), также к этому уровню относятся мировые природные пояса и зоны, материки; региональная геосистема представляет собой наиболее дробное подразделение географической оболочки, которое достаточно полно характеризует местные особенности структуры географической среды. Выделяют четыре уровня региональных геосистем: супер (часть материка, физико-географическая страна), макро (физико-геогрический район или макрорайон), мезо (область, провинция, субъект РФ) и микро. По масштабу и конфигурации геосистемы на микроуровне в наибольшей степени соответствует ландшафту; локальная геосистема, представляющие собой относительно недолговечный, быстро трансформирующиеся комплекс, внутри которого природные условия практически однородны. Обычно соответствует физико-географической фации, но также к ним можно отнести бассейны небольших рек и озер, местности, урочища и др.). Все геосистемы подвержены постоянным изменениям. Изменения могут быть циклическими, такими как смена времен года. Тем не менее в каждой геосистеме можно выделить неизменяемую часть — инвариант. Инвариант геосистемы имеет большое значение в геоэкологии, так как позволяет идентифицировать геосистему вне зависимости от еѐ динамического состояния. Динамичность геосистем (в ландшафтных геосистемах) изменения под воздействием сил извне и внутренних противоречий ее развития, имеющие обратимый характер и не приводящие к перестройке структуры геосистемы. Широко используется понятие «состояние природных систем». Его можно определить как характеристику важнейших свойств природных систем за определенный более или менее длительный промежуток времени (сезон, год, многолетний период). Устойчивость чаще всего рассматривается как свойство природных систем сохранять или восстанавливать свою структуру и функции при воздействии внешних (в том числе антропогенных) факторов. Она характеризует способность систем нормально функционировать в определенном диапазоне природных условий и техногенных нагрузок. В общем плане устойчивость зависит от инвариантных свойств гео- и экокомплексов, их ранга, а также от интенсивности и продолжительности действия внешних факторов. Разные геосистемы в зависимости от устойчивости по разному реагируют на одно и то же воздействие: одни изменяются в большей степени, другие — в меньшей. В то же самое время один и тот же комплекс неодинаково реагирует на разные воздействия: он может мало измениться под влиянием одних факторов и очень сильно — под влиянием других. Поэтому устойчивость систем приходится рассматривать по отношению к каждому фактору отдельно, что существенно увеличивает число возможных модификаций и усложняет анализ последствий антропогенного воздействия на природу. Выделяют «устойчивое состояние систем», т.е. способность их самопроизвольно возвращаться к исходному состоянию, будучи выведенному из него внешними силами. В естественных условиях оно поддерживается за счет механизма саморегулирования. Однако в настоящее время, когда величина антропогенного воздействия часто превышает порог устойчивости, этот механизм уже не срабатывает и природные системы переходят в неустойчивое, а нередко и критическое состояние. В последнем случае происходит качественная перестройка систем, которая ведет к смене структуры и переходу системы в другое состояние устойчивости. Изменчивость природных систем рассматривается как способность их под действием внешних и внутренних сил переходить из одного состояния в другое. Среди компонентов природы наиболее подвержены изменению атмосферный воздух и воды, а наиболее устойчивы горные породы и рельеф, промежуточное положение занимают биота и почвы. Изменения могут быть обратимыми и необратимыми. Если природный комплекс после какого-либо внешнего воздействия изменился, но затем за некоторый промежуток времени (приблизительно равный одному-двум поколениям жизни людей) возвратился в исходное (или близкое к нему) состояние, то говорят об обратимых изменениях. Последние обычно связаны с нарушениями так называемых «вторичных» компонентов ландшафта — биоты, почв, водного режима. Если после вмешательства извне прежнее состояние не восстанавливается, то говорят о необратимых изменениях. Необратимые изменения чаще всего проявляются при нарушении«первичных» компонентов ландшафта, особенно его литогенной основы (например, при образовании карьеров или глубоких оврагов). По глубине трансформации природных систем различают функционирование, динамику и развитие (эволюцию). Функционирование — это совокупность процессов передачи и превращения вещества и энергии в системе, поддерживающих ее в определенном состоянии. В результате этих процессов происходят небольшие количественные изменения свойств компонентов природы, которые обычно имеют ритмичный (суточный, сезонный, межгодовой) характер. Под динамикой понимают направленные изменения природной системы, которые совершаются в рамках ее структуры и носят обратимый характер. К ним можно отнести сукцессии экосистем (последовательные смены их биоценозов), восстановительные смены их состояний (например, восстановление биоценозов после вырубок, пожаров, выпаса скота). В процессе динамики наблюдаются более глубокие изменения, чем при функционировании, но они не ведут к перестройке структуры, а лишь подготавливают ее. От динамики отличают развитие (эволюцию) — необратимые направленные изменения природной системы, приводящие к коренной перестройке ее структуры. Развитие выражается в качественном преобразовании компонентов природы и формировании новых геосистем (ландшафтов), что связано как с внешними воздействиями (природные или антропогенные), так и с внутренними причинами (саморазвитие). В естественных условиях смена структуры идет постепенно (например, зарастание озер, заболачивание лесных биоценозов и др.), однако при интенсивном антропогенном воздействии она может ускоряться и нередко приводит к полной деградации исходных ландшафтов. Изменения природных систем обычно начинается с изменения одного-двух компонентов, остальные трансформируются благодаря вертикальным и горизонтальным связям, т. е. однажды возникшие нарушения служат началом «цепной» реакции в природе. Вертикальные связи выражаются в обмене веществом и энергией между компонентами геосистемы (воздух, вода, почвы, растительность и др.). Их анализ необходим для прогноза изменений слабоизученных компонентов на основе хорошо изученных, а также для управления воздействием на один компонент в целях получения положительного эффекта от других. Горизонтальные связи проявляются в обмене веществом и энергии между соседними геосистемами (более низкого и равного рангов). Их изучение позволяет: а) определить ареал влияния антропогенных объектов на природу, что очень важно для выявления зоны возможного загрязнения окружающей среды; б) проанализировать возможность антропогенного воздействия на один ландшафт для благоприятного изменения другого. Связи могут быть прямыми (воздействие передается с выхода одной системы на вход другой) и обратными (воздействие передается«назад» по цепочке связей с выхода системы на вход предыдущей). Обратные связи подразделяют на положительные и отрицательные. При положительной обратной связи выходной импульс усиливает воздействие на входе, что часто нарушает равновесие в системе (например, при образовании лавин). При отрицательной обратной связи выходной импульс ослабляет действие входного сигнала и обычно ведет к стабилизации системы (например, уменьшение стока в озеро сокращает площадь его зеркала, а тем самым и величину испарения, что восстанавливает его водный баланс). Отрицательные обратные связи выступают в качестве «рычага» саморегулирования природных систем и, следовательно, влияют на их устойчивость и структуру. Рассмотренные свойства геосистем определяют условия использования этих систем в хозяйственной деятельности человека и удовлетворения различных потребностей человеческого общества. Степень воздействия человека, его деятельности на природу называется антропогенной нагрузкой. Она включает в себя использование ресурсов популяций видов, входящих в экосистемы (охота, рыбная ловля, заготовка лекарственных растений, рубка деревьев), выпас скота, рекреационное воздействие, загрязнение (сброс в водоемы промышленных, бытовых и сельскохозяйственных стоков, выпадение из атмосферы взвешенных твердых веществ или кислотных дождей) и др. Если антропогенная нагрузка изменяется год от года, то она может быть причиной флюктуаций экосистем, если действует на экосистемы постоянно - то причиной экологической сукцессии. При рациональном природопользовании антропогенная нагрузка регулируется с помощью экологического нормирования до уровня, который безопасен для экосистем. 2. Виды антропогенного воздействия: 1. Разрушительное (деструктивное) - приводит к утрате, часто невосполнимой, богатств и качеств природной среды. а) неосознанное (охота, вырубка и выжигание лесов древним человеком) б) осознанное (хищническое) 2. Стабилизирующее воздействие - это воздействие целенаправленное. Ему предшествует осознание экологической угрозы конкретному ландшафту - полю, лесу, пляжу, зеленому наряду городов. Действия направляются на замедление деструкции (разрушения). Например, вытаптывание пригородных лесопарков, уничтожение подроста цветущих растений можно ослабить, разбивая дорожки, образуя места для короткого отдыха. В сельскохозяйственных зонах проводят почвозащитные мероприятия. На городских улицах высаживают и высеивают растения, устойчивые к действию транспортных и промышленных выбросов. 3. Конструктивное воздействие (например, рекультивация)- действие целенаправленное, его результатом должно стать восстановление нарушенного ландшафта, например лесовосстановительные работы либо воссоздание искусственного ландшафта на месте безвозвратно утраченного. Примером может служить очень трудная, но необходимая работа по восстановлению редких видов животных и растений, по облагораживанию зоны горных выработок, свалок, превращению карьеров и терриконов в зеленые зоны. 3. Мониторинг Основные методы выявления уровня антропогенной нагрузки на территорию - это мониторинг и экологическое картографирование. Термин "мониторинг" образован от лат.monitor- наблюдающий, предостерегающий. Существует несколько современных формулировок определения мониторинга. Некоторые исследователи под мониторингом понимают систему повторных наблюдений за состоянием объектов окружающей среды в пространстве и во времени в соответствии с заранее подготовленной программой. Более конкретная формулировка определения мониторинга предложена академиком РАН Ю.А. Израэлем в 1974 г.: мониторинг состояния природной среды, и в первую очередь загрязнений и эффектов, вызываемых ими в биосфере, комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биосферы или ее отдельных элементов под влиянием антропогенных воздействий. Мониторинг окружающей среды- это система постоянного наблюдения и регулярного контроля, проводимых по определенной программе для оценки текущего состояния окружающей природной среды, анализа всех происходящих в ней в данный период процессов, а также заблаговременного выявления возможных тенденций ее изменения. Программа ЮНЕСКО от 1974 г. определяет мониторинг как систему регулярных длительных наблюдений в пространстве и во времени, дающую информацию о прошлом и настоящем состояниях окружающей среды, позволяющую прогнозировать на будущее изменение ее параметров, имеющих особенное значение для человечества. Основные задачи экологического мониторинга антропогенных воздействий: • наблюдение за источниками антропогенного воздействия; • наблюдение за факторами антропогенного воздействия; • наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия; • оценка физического состояния природной среды; • прогноз изменения природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды. Наибольшую актуальность в последнее время приобретает экологический мониторинг антропогенных изменений. Наиболее опасные изменения в экологическую систему, природные комплексы, в ландшафт привносят именно хозяйственная деятельность и техногенное воздействие человечества на окружающую его природную среду. С помощью экологического мониторинга осуществляется тщательный анализ и прогнозирование состояния экологической системы, включая природно-технические подсистемы и медико-гигиенических показателей среды обитания человека. Существуют различные классификации мониторинга. I. Классификация по охвату территории Выделяют глобальный, региональный и локальный мониторинг. Глобальный мониторинг позволяет оценить современное состояние всей природной системы Земли. Наблюдение за общеглобальным состоянием среды ведут базовые станции (30- 40 сухопутных и более 10 океанических). Часто эти станции располагаются в биосферных заповедниках. Региональный мониторинг осуществляется за счет станций системы, куда стекается информация о территориях (регионах), подверженных антропогенному влиянию. Наблюдения за воздушной средой различных зон города, промышленных и сельскохозяйственных районов, отдельных предприятий относятся к локальному мониторингу. II. Классификация по специфичности 1. Биоэкологический (санитарно-гигиенический) мониторинг. Основная задача - постоянное наблюдение за состоянием среды и ее влиянием на здоровье человека. 2. Геоэкологический (геосистемный) природохозяйственный мониторинг. Он включает наблюдение за изменением природных геосистем и превращением их в природно-технические. Прогнозы по созданию оптимальных природно-технических систем можно дать только в результате тщательного изучения механизмов превращения природных геосистем в природно-технические (антропогенные). 3. Геосферный мониторинг, охватывающий наблюдения за параметрами геосферы в глобальном масштабе. Это самая сложная система наблюдения, позволяющая прогнозировать изменения качества окружающей человека среды в глобальном масштабе, например прогнозы по потеплению климата в результате возникновения "парникового эффекта". Рациональное природопользование возможно при наличии и правильном использовании информации, представленной системой мониторинга. Для наглядного представления результатов мониторинга используются экологические карты. Экологическая карта отражает различные аспекты взаимосвязей организмов (в том числе человека) и природной среды. Градация экологических карт: 1. по сложности: простые — определяют зависимость одного параметра от другого (содержание тяжелых металлов относительно положения источника загрязнения); относительно сложные, отражающие состояние отдельных компонентов природной среды или отдельных видов организмов (карты экологии почв, водоемов и т.д.); сложные, на которых воспроизведены комплексные оценки влияния ряда антропогенных нагрузок на состояние многокомпонентных природных комплексов. 2. по принципам картографирования: аналитические — содержат конкретную информацию о видах и степени воздействия на природную среду; типологические — схемы районирования территорий по напряженности экологической обстановки. Могут содержать информацию о загрязненности (например объемы выбросов газа и пыли над городами, (т/сут), объемы сточных вод в населенных пунктах и т.д.); о нарушенности природной среды (площадь деградированных земель, промышленные пустыри, карьеры, отвалы, вырубка и деградация лесов); о состоянии населения и животных (распространение опасных заболеваний, сокращение численности и исчезновение отдельных видов животных). Карты охраны природы: 1. карты распространения животных и растений; 2. карты ценных объектов живой природы (охраняемых и нуждающихся в охране); 3. комплексные карты охраны природы: характеристика особо охраняемых территорий; ландшафтная структура территории, ее хозяйственное использование; перечень природоохранных мероприятий и т.д. Экологическое картографирование — это использование в экологических целях топографической информации общего и тематического характера, а также составление специальных экологических карт. Большая часть элементов содержания топографических карт может интерпретироваться в интересах экологии и в сочетании с дополнительной информацией эффективно использоваться при оценке природных условий. Основным последствием воздействия человека на природу является истощение природных ресурсов. Истощение ресурсов идет по нескольким направлениям: 1) Истощаются невозобновимые ископаемые энергоресурсы биогенного происхождения — уголь и нефть, хотя их запасы пока достаточно велики. Кроме того, биосфера имеет и альтернативные неисчерпаемые источники энергии: ветер, приливы и отливы, солнечную радиацию. 2) Истощаются относительно возобновимые ресурсы, такие как почва и леса. Почвенный покров планеты страдает от эрозии, в результате которой катастрофически убывает плодородный слой. На различных участках земного шара происходит опустынивание, связанное прежде всего с вырубкой лесов, сведением кустарников и травяного покрова. Сплошная распашка почв ведет к пыльным бурям, ветровой и водной эрозии плодородного почвенного слоя. Для борьбы с этими явлениями необходима защита полей лесными и кустарниковыми полосами, укрепление склонов оврагов древесными и кустарниковыми насаждениями и иные простые, но эффективные мероприятия. 4. Виды загрязнений Из-за загрязнения водоемов под угрозой исчезновения оказались запасы чистой пресной воды. Загрязняясь биогенами, водоемы подвергаются эвтрофизации, многие из них превращаются в болота, становясь непригодными для жизни рыб ценных промысловых пород. При загрязнении абиогенными продуктами сельскохозяйственного и промышленного производства (тяжелыми металлами и ксенобиотиками) воды становятся токсичными для своих обитателей. Эта опасность — результат стока воды с полей и ферм, от промышленных объектов. Еще одно последствие антропогенного воздействия на природу - это загрязнение окружающей среды. Загрязнение окружающей среды — это привнесение в нее новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение их естественного уровня. Физическое (тепловое, шумовое, электромагнитно, световое, радиоактивное) Химическое (тяжелые металлы, пестициды, пластмассы и др. химические вещества). Биологическое (биогенное, микробиологическое, генетическое) Информационное (информационный шум, ложная информация, факторы беспокойства). Особым последствием загрязнения окружающей среды является деградация ландшафтов. Деградация ландшафта - это устойчивое ухудшение свойств ландшафта в результате воздействия природных или антропогенных факторов. Деградация ландшафта характеризуется крайней степенью изменения структуры ландшафта, что выражается в полной потере его способности выполнять ресурсо- и средовоспроизводящие функции. Деградация ландшафта возможна как в результате нерегулируемой человеческой деятельности, так и естественных причин; может быть следствием достижения климаксового состояния биоценоза или ландшафта в целом, следствием стихийных природных процессов: землетрясения, извержения вулканов, ураганов и т.д. Деградация ландшафта означает его переход на более низкий энергетический уровень. 5. Понятие о системах природопользования Современная система природопользования включает две самостоятельные, но между собой взаимосвязанные подсистемы: материальное производство (выявление, добыча и переработка природного вещества) и экологическую сферу (целенаправленное продуцирование биогеоценозов и охрана природы). Объектом управления в системе природопользования выступают собственно природные объекты и ресурсы, а их специфика определят формирование управляющей и управляемой подсистем. В качестве критериев оценки адекватности систем управления природопользованием на той или иной территории являются параметры природной среды, характеризующие условия экологической безопасности данной территории. Классификация систем природопользования: сельскохозяйственные, лесохозяйственные, горнопромышленные, рекреационные, системы природопользования урбанизированных территорий, природоохранная деятельность. Также выделяются системы рационального и нерационального природопользования. 6. Виды систем природопользования и их оценка Система нерационального природопользования - это система, при которой в больших количествах и обычно не полностью используются наиболее легко доступные природные ресурсы, что приводит к быстрому истощению ресурсов. В этом случае производится большое количество отходов и сильно загрязняется окружающая среда. Нерациональное природопользование характерно для экстенсивного хозяйства, то есть для хозяйства, развивающегося путем нового строительства, освоения новых земель, использования природных ресурсов, увеличения числа работающих. Экстенсивное хозяйство приносит сначала неплохие результаты при сравнительно низком научно-техническом уровне производства, но быстро приводит к исчерпанию природных и трудовых ресурсов. Одним из многочисленных примеров нерационального природопользования может служить подсечно-огневое земледелие, распространенное и в наше время в юго-восточной Азии. Выжигание земель приводит к уничтожению древесины, загрязнению атмосферы, возникновению плохо контролируемых пожаров и т.д. Часто нерациональное природопользование является следствием узковедомственных интересов и интересов транснациональных корпораций, располагающих свои вредные производства в развивающихся странах. Система рационального природопользования — это система природопользования, при которой достаточно полно используются добываемые природные ресурсы (и соответственно, уменьшается количество потребляемых ресурсов), обеспечивается восстановление возобновимых природных ресурсов, полно и многократно используются отходы производства (т.е. организовано безотходное производство), что позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды. Рациональное природопользование характерно для интенсивного хозяйства, то есть такого хозяйства, которое развивается на основе научно-технического прогресса и лучшей организации труда при высокой производительности труда. Примером системы рационального природопользования может быть безотходное производство или безотходный цикл производства, в котором полностью используются отходы, в результате чего снижается расход сырья и сводится к минимуму загрязнение окружающей среды. Производство может использовать отходы как собственного производственного процесса, так и отходы других производств; таким образом, в безотходный цикл может быть включено несколько предприятий одной или разных отраслей. В настоящее время особо выделяется понятие «системы традиционного природопользования». Это система эксплуатации природных ресурсов, созданная коренным местным населением, эволюционно приспособленная к местным условиям и передающая из поколения в поколение традиционные приемы и формы ведения хозяйства. Основными принципами традиционного природопользования всегда были высокая степень адаптивности, долговременность, экстенсивность на широких площадях, система рекреации возобновляемых природных ресурсов, очень малая энергоемкость, рационализм. В России наблюдалось большое разнообразие традиционных систем природопользования: - Земледельцы. Основу природопользования в этой группе населения составляло оседлое хозяйство, основанное на обработке земли и стойловом содержании скота. В России можно выделить три основных подтипа - пашенное земледелие, огородничество в сочетании с лесными промыслами (таежное земледелие) и горное земледелие. - Пастбищное скотоводство. На территории России представлены два основных подтипа скотоводства - южное (преимущественно овцеводство, местами коневодство) и северное оленеводство - Промысловое хозяйство: охота, рыболовство, добыча морского зверя. В настоящее время в России системы традиционного природопользования до сих пор сохраняются у народов Крайнего Севера и Дальнего Востока. Любой системе природопользования свойственная определенная устойчивость. Особенностью устойчивой системы природопользования является высокая степень интеграции промышленных отраслей, составляющих эту системы. Регионы с устойчивой системой природопользования обладают мощным ресурсным потенциалом, позволяющим длительное время сохранять сложившиеся объемы снабжения ресурсами производств и населения. В таких регионах достаточно высок и технологический уровень основных форм природопользования. При наличии богатой внешней среды и высокой внутренней стабильности здесь успешно функционируют как универсальные, так и узкоспециaлизировaнные промышленные предприятия, эффективные в какой-либо одной сфере производства. В силу этого регионы с устойчивой системой природопользования менее зависимы от неблагоприятных условий внешней среды (засух, наводнений, сильных морозо в и т. п.), и более устойчивы к изменению экономических условий (колебанию цен на мировых рынках, изменениями в спросе и предложении). В целом комплекс программных мероприятий по формированию системы эффективного природопользования и повышению качества среды обитания включает мероприятия: - вовлечение в хозяйственный оборот объектов природопользования с учетом уровня их эффективности; -формирование эффективной системы управления природопользованием; - совершенствование законодательства в сфере природопользования; - меры по обеспечению экологической безопасности и охраны окружающей среды. 7. Принципы оптимизации взаимоотношений общества и природы 1. Правило прогнозирования: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться на основе предвидения и максимально возможного предотвращение негативных последствий природопользования. 2. Правило повышения интенсивности освоения природных ресурсов: использование природных ресурсов должно осуществляться на основе повышения интенсивности освоения природных ресурсов, в частности, с уменьшением или устранением потерь полезных ископаемых при их добыче, обогащении и переработке, транспортировке. 3. Правило множественного значения объектов и явлений природы: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом интересов разных отраслей хозяйства. 4. Правило комплексности: использование природных ресурсов должно осуществляться комплексно, разными отраслями народного хозяйства. 5. Правило региональности: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом местных условий. 6. Правило косвенного использования и охраны: использование или охрана одного объекта природы может приводить к косвенной охране другого, а может приносить ему вред. 7. Правило единства использования и охраны природы (основной принцип): охрана природы должна осуществляться в процессе ее использования. пасное для здоровья людей снижение качества питьевой воды, вследствие интенсивного загрязнения источников водоснабжения и санитарно-эпидемиологического состояния водных объектов рекреационного назначения, является важнейшим фактором изменения среды обитания человека и играет важную роль при определении степени экологического неблагополучия территорий. Контрольные вопросы 1. Дайте определения понятий система, экосистема, геосистема, охарактеризуйте отличия. 2. Перечислите виды антропогенного воздействия. 3. Что такое мониторинг природной среды? Назовите цель, задачи и перечислите основные классификации мониторинга. 4. Перечислите основные виды загрязнений окружающей среды. 5. Дайте определение «система природопользования». 6. Приведите пример общих и частных видов систем природопользования. 7. Перечислите принципы оптимизации взаимоотношений общества и природы