Главным результатом экологического мониторинга должна быть оценка откликов экосистем на антропогенные возмущения.
Отклик, или реакция экосистемы - это изменение ее экологического состояния в ответ на внешние воздействия. Оценивать реакцию системы лучше всего по интегральным функциональным показателям ее состояния, в качестве которых могут использоваться различные индексы. Рассмотрим некоторые из них:
1. Одним из наиболее распространенных откликов водных экосистем на антропогенные воздействия является эвтрофирова-ние (см. гл. 10). Следовательно, слежение за изменением показателей, интегрально отражающих степень эвтрофированности водоема, например рН100%, - важнейший элемент экологического мониторинга.
2. Откликом на выпадение «кислотных дождей» и другие антропогенные воздействия может быть изменение видовой структуры биоценозов наземных и водных экосистем. Для оценки такой реакции широко используют различные индексы видового разнообразия, отражающие тот факт, что при любых неблагоприятных условиях разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает.
Десятки таких индексов предложены разными авторами. Наибольшее применение нашли индексы, основанные на теории информации, например индекс Шеннона:
(11.8)
где N - общее число особей; 5 - число видов; N, - число особей но вида.
На практике имеют дело не с численностью вида во всей популяции, а с численностью вида в пробе; заменяя NJN на njn получим:
(11.9)
Максимальное разнообразие наблюдается, когда численности всех видов равны, а минимальное - когда все виды, кроме одного, представлены одним экземпляром. Индексы разнообразия (d) отражают структуру сообщества, слабо зависят от вели-
Глава11. Экологические принципыохраны природы
Глава 11. Экологические принципы охраны природы
чины пробы и безразмерны. Ю. Л. Вилмом (1970) были подсчитаны индексы разнообразия (d) на 22 незагрязненных и 21 загрязненном участках разных рек США. На незагрязненных участках индекс колебался от 2,6 до 4,6, а на загрязненных -от 0,4 до 1,6.
Авторы учебника использовали этот же индекс для оценки изменения структуры фитоценоза в различных по степени троф-ности районах Невской губы (рис. 11.4).
Рис. 11.4. Распределение индекса разнообразия [d] по акватории Невской губы (по Л. И. Цветковой, 1982)
При этом индекс видового разнообразия (с/) хорошо коррелировал с упомянутым ранее показателем трофности рН]00%: чем больше pH100%, тем меньше d (рис. 11.5).
Оценка состояния экосистем по видовому разнообразию применима к любым видам воздействий и любым экосистемам.
Рис. 11.5. Связь индекса видового разнообразия (d) с показателем трофности рНюо% (по Л. И. Цветковой, 1982)
3. Реакция системы может проявляться в снижении ее устойчивости к антропогенным стрессам. В качестве универсального интегрального критерия для оценки устойчивости экосистем В. Д. Федоров (1975) предложил функцию, названную мерой гомеостаза и равную отношению функциональных показателей (например, рН100% или скорости фотосинтеза) к структурным (индексам разнообразия).
Позже (1980) этот же автор считал возможным оценку эффекта вредного воздействия свести к подбору единственного обобщенного показателя состояния экосистемы, объединяющего отдельные отклики, так называемой функции желательности, для построения которой используется интервал значений от нуля до единицы, где единица соответствует максимальной желательности (полной безопасности действующего фактора xi); нуль - полной нежелательности (максимальной вредности). Функцию di = f (xi) можно задать таким образом, чтобы обеспечить постепенный подход к значениям 0 и 1, например:
(11.10)
Тогда при х=5 d=0,993, при х=1 d=0,37, а при х = -2 значение d близко к нулю.
Оценка состояния экосистемы в целом проводится на основании подсчета обобщенного показателя желательности D, который рассчитывается как среднее геометрическое из совокупности оценок di
(11.11)
где
В качестве критического значения неудовлетворительности предлагается D = 0,37.
Этот подход может быть использован и при определении приоритетности наиболее опасных воздействий.
Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы
Глава 11. Экологические принципы охраны природы
Особенностью экологического мониторинга является то, что эффекты воздействия на экосистемы, малозаметные при изучении отдельных организмов, выявляются при рассмотрении системы в целом.
Прогноз и оценка прогнозируемого состоянияэкосистем и биосферы опираются на результаты мониторинга в прошлом и настоящем, изучение информационных рядов наблюдений и анализ тенденций изменений окружающей природной среды.
На начальном этапе необходимо прогнозировать изменение интенсивности источников воздействий и загрязнений, осуществлять прогноз степени их влияния: прогнозировать, например, количество загрязняющих веществ в различных средах, их распределение в пространстве, изменения их свойств и концентраций во времени. Для составления таких прогнозов необходимы данные о планах деятельности человека.
Следующий этап - прогноз возможных изменений в биосфере под воздействием имеющихся загрязнений и других факторов, так как уже возникшие изменения (особенно генетические) могут действовать еще много лет. Анализ прогнозируемого состояния позволяет выбирать приоритетные природоохранные мероприятия и вносить коррективы в хозяйственную деятельность на региональном уровне.
Прогнозирование состояния экосистем - необходимое звено в управлении качеством природной среды.
В оценке экологического состояния биосферы в глобальном масштабе по интегральным признакам (осредненным в пространстве и времени) исключительную роль играют дистанционные методы наблюдений. Лидируют среди них методы, основанные на использовании космических средств. Для этих целей создаются специальные спутниковые системы («Метеор» в России, «Лендсат» в США и др.). Особенно эффективны синхронные трехуровневые наблюдения с помощью спутниковых систем, самолетов и наземных служб (см. гл. 7). Они позволяют получать информацию о состоянии лесов, сельскохозяйственных угодий, фито-
планктоне моря, эрозии почв, урбанизированных территориях, перераспределении водных ресурсов, загрязнении атмосферы и т. д. Наблюдается, например, корреляция между спектральной яркостью поверхности планеты и содержанием гумуса в почвах и их засоленностью.
Космическая съемка предоставляет широкие возможности для геоботанического районирования; позволяет судить о росте населения по площадям поселений; потреблении энергии по яркости ночных огней; четко идентифицировать слои пыли и аномалии температуры, связанные с радиоактивным распадом; фиксировать повышенные концентрации хлорофилла в водоемах; обнаруживать очаги лесных пожаров и многое другое.
В России с конца 60-х гг. действует единая Общегосударственная система наблюдений и контроля за загрязнением окружающей среды. В ее основе лежит принцип комплексности наблюдений природных сред по гидрометеорологическим, физико-химическим, биохимическим и биологическим параметрам. Наблюдения построены по иерархическому принципу.
Первой ступенью являются локальные пункты наблюдений, обслуживающие город, район и состоящие из контрольно-замерных станций и вычислительного центра сбора и обработки информации (ЦСИ). Затем данные поступают на второй уровень -региональный (территориальный), откуда информация передается местным заинтересованным организациям. Третьим уровнем является Главный центр данных, в котором собирается и обобщается информация в масштабах страны. Для этого сейчас широко используют ПЭВМ и создают цифровые растровые карты.
В настоящее время создается Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), назначение которой -выдача объективной комплексной информации о состоянии окружающей природной среды. ЕГСЭМ включает мониторинги: источников антропогенного воздействия на окружающую среду; загрязнения абиотической компоненты окружающей природной среды; биотической компоненты природной среды.
Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы
Глава 11. Экологические принципы охраны природы
В рамках ЕГСЭМ предусмотрено создание экологических информационных служб. Мониторинг ведет Государственная служба наблюдений (ГСН).
Наблюдения за атмосферным воздухом в 1996 г. проводились в 284 городах на 664 постах. Сеть наблюдений за загрязнением поверхностных вод РФ на 1 января 1996 г. состояла из 1928 пунктов, 2617 створов, 2958 вертикалей, 3407 горизонтов, расположенных на 1363 водных объектах (1979 г. - 1200 водных объектов); из них - 1204 водотока и 159 водоемов. В рамках Государственного мониторинга геологической среды (ГМГС) наблюдательная сеть составила 15000 пунктов наблюдения за подземными водами, 700 участков наблюдений за опасными экзогенными процессами, 5 полигонов и 30 скважин для изучения предвестников землетрясений.
Среди всех блоков ЕГСЭМ наиболее сложным и наименее разработанным не только в России, но и в мире является мониторинг биотической составляющей. Не существует единой методологии использования живых объектов ни для оценки, ни для регулирования качества окружающей среды. Следовательно, первоочередная задача - разработка биотических показателей для каждого из блоков мониторинга на федеральном и территориальном уровнях дифференцированно для наземных и водных экосистем.
Для управления качеством окружающей природной среды важно не только владеть информацией о ее состоянии, но и определять ущербы от антропогенных воздействий, экономическую эффективность природоохранных мероприятий, владеть экономическими механизмами охраны окружающей природной среды.
11.2. ЭкономическиеПротиворечие между экономикой и эко-аспекты охранылогией - одна из узловых проблем охраны природы природы. Долгое время ее пытались решить административно-правовым путем на основе запретов, ограничений, административных и уголовных наказаний и т. д. Сегодня разработаны некоторые эконо-
мические механизмы, опирающиеся на материальную заинтересованность исполнителя в решении природоохранных задач.
Экономические механизмы охраны природы.Реализация экономических механизмов осуществляется через многие институты: кадастры, материально-техническое обеспечение, платы за пользование природными ресурсами и их загрязнение, экологические фонды и др. (рис. 11.6).
Рис. 11.6. Основные институты экономических механизмов охраны окружающей природной среды
Кадастры природных ресурсов- это своды экономических, экологических, организационных и технических показателей, характеризующих количество и качество природного ресурса, а также категории природопользователей. Кадастры составляются по видам природных ресурсов: земельный, лесной, водный и др. На базе их данных определяются денежная стоимость природного ресурса, продажная цена, система мер по его оздоровлению и восстановлению.
Земельный кадастр включает сведения: о количестве земель; распределении их по категориям и характеру использования; качественном составе; о собственниках, владельцах, пользователях и арендаторах земли. Ведение земельного кадастра находится в компетенции Роскомзема - Госкомитета по земельным ресурсам и землеустройству РФ.
Глава 1 1. Экологические принципы охраны природы
Глава 11. Экологические принципы охраны природы
|
Лесной кадастр ведет Рослесхоз - Федеральная служба лесного хозяйства при Правительстве РФ и соответствующие ей региональные органы. Он содержит сведения о качественном и количественном составе пород деревьев, группах и категориях экономической ценности лесов, правовом режиме использования лесного фонда и др.
Водный кадастр содержит текущую и перспективную оценки состояния водных объектов и их использования; предусматривает меры по предотвращению загрязнения и истощения водных объектов и восстановлению качества вод. Состояние поверхностных вод и использование водных ресурсов находятся в компетенции Комитета по водному хозяйству.
Кадастр месторождений полезных ископаемых включает сведения о хозяйственной ценности каждого месторождения, его горнотехнические, экономические и экологические условия.
Кадастром редких животных и растений могут служить Красные книги отдельных республик и федерации в целом (рис. 11.7).