Геоэкосистем

 

Как уже отмечалось, антропогенный фактор оказывает глубокое влияние на изменение природной среды. В свою очередь, многие из изменений природы негативно влияют на жизнь и деятельность лю­дей. В связи с этим особое значение приобретает анализ цепочки: воздействие на природные системы - изменение систем - обратное влияние изменённой природы на человека.

1.2.1. Воздействие человека на природные системы. Под воз­действием человека понимаются все виды деятельности людей и соз­данных ими объектов, вызывающие те или иные изменения в гео- и экосистемах. Оно включает влияние технических средств, инженерных сооружений (т.е. длительно сохраняющихся на местности объектов, созданных из искусственных или естественных материалов), техноло­гии (т.е. способов) производства, направления хозяйственного исполь­зования территории.

Воздействие человека на природу может быть прямым и косвен­ным. В первом случае оно рассматривается как непосредственное дей­ствие на элемент или компонент природы с целью его использования или изменения (вырубка леса для получения древесины, распашка почв для выращивания сельскохозяйственных культур и т.п.). Косвенное воздействие представляет собой побочный эффект прямого влия­ния. Оно возникает в результате цепных реакций в природе как вто­ричное явление, связанное с хозяйственными мероприятиями (развитие эрозии при вырубке леса или неправильной распашке почв, подтопле­ние берегов при создании водохранилищ и т.п.). Побочные эффекты не всегда проявляются сразу, нередко они носят негативный характер, поэтому их изучение и анализ являются одной из важнейших задач геоэкологии.

По характеру проявления в пространстве антропогенные воздей­ствия разделяют на точечные (влияние отдельных предприятий, насе­лённых пунктов), линейные (влияние коммуникаций) и площадные (использование биологических и почвенных ресурсов на больших тер­риториях). По масштабам проявления выделяются локальные, регио­нальные и глобальные воздействия. По происхождению воздействия могут быть разделены на механические, физические, химические, био­логические.

Воздействие человека на природные системы производится, как правило, с помощью технических средств. Последние могут быть ста­ционарными и нестационарными (подвижными). К стационарным средствам относятся инженерные сооружения (промышленные пред­приятия, плотины, каналы и др.). Их действие чаще всего локализо­вано в пространстве и протекает в большинстве случаев непрерывно. В результате время существования инженерных сооружений и дли­тельность их влияния на природу обычно совпадают. Действие неста­ционарной техники (сельскохозяйственных орудий, строительных ма­шин и др.) носит кратковременный характер или может периодически повторяться (как, например, пахота). Однако изменения в природных системах, вызванные нестационарной техникой, нередко сохраняются многие годы.

С помощью технических средств осуществляются: а) изъятие из природы вещества и энергии (добыча полезных ископаемых, вырубка леса, забор воды для водоснабжения и др.); б) привнесение в природу вещества и энергии (выделение отходов производства, внесение в почву удобрений и пестицидов, подача воды на поля орошения и др.); в) перераспределение и трансформация вещества и энергии в природных системах (пахота, земельные мелиорации и др.); г) "вне­дрение" в природу чуждых для неё техногенных объектов (промыш­ленных предприятий, жилых зданий, путей сообщения и др.).

Интенсивность воздействия техники на природу, а соответственно степень и масштабы изменений природных систем неодинаковы. В связи с этим введено понятие "нагрузка";.Под нагрузкой понимают меру антропогенно-техногенных воздействий на ландшафты (экосисте­мы, геосистемы), которые могут привести к изменению их свойств и нарушению заданных им социально-экономических функций (Охрана ландшафтов, 1982). Нагрузка может быть целенаправленной, если она связана с намеренным преобразованием геоэкосистем в заранее заданном направлении (распашка почв, орошение земель, рубка леса и т.п.) или побочной, если она является следствием прямого воздействия на геоэкосистемы (загрязнение природной среды, эрозия земель, потеря плодородия почв и т.п.).

Величина нагрузки зависит от ряда факторов: вида, интенсивно­сти, продолжительности техногенного влияния, состояния природных систем, их устойчивости (т.е. способности противостоять внешним воздействиям) и др. Исходя из социально-экономических функций геоэкосистем, можно выделить следующие виды нагрузок: пастбищ­ную, пахотную, мелиоративную, лесохозяйственную, водохозяйствен­ную, промышленную, транспортную, градостроительную, рекреацион­ную. Наиболее глубокие изменения геоэкосистем вызывают промышленная, транспортная и градостроительная нагрузки. Они связаны с изъятием и переработкой различных видов природных ресурсов, ко­ренным нарушением структуры ландшафтов, отчуждением земель, су­щественным загрязнением окружающей человека среды.

Для определения величины антропогенной нагрузки используются показатели, которые характеризуют: а) ресурсоёмкость, т.е. количество изымаемых природных ресурсов (например, объем вырубленной древесины или забора воды); б) землеёмкость - размер территории, на­рушаемой или используемой человеком (например, % пахотных уго­дий или застроенной территории от всей площади исследуемой геоэкосистемы); в) отходность - количество поступающих в природу от­ходов производства и потребления (например, объём сброса сточных вод в водоёмы или концентрация загрязняющих веществ в окружаю­щей среде). Абсолютные значения показателей нагрузки сопоставляют­ся с запасами вещества и энергии, размерами земельных ресурсов, фоновым содержанием веществ в компонентах природной среды и на основе сравнения выявляются экологически опасные техногенные воз­действия. Имеющиеся данные показывают, что наиболее высокая сте­пень экологической опасности связана с функционированием предпри­ятий чёрной и цветной металлургии, нефтехимической, химической, микробиологической, целлюлозно-бумажной промышленности, теплоэнергетики, работой автомобильного транспорта в крупных населённых пунктах. Территории, расположенные в зоне влияния этих предприятий, являются первоочередными объектами для проведения геоэкологического мониторинга.

Важное значение имеет определение норм нагрузки на геоэкосистемы, т.е. величин антропогенно-техногенного воздействия, не приво­дящего к нарушению социально-экономических функций этих комплексов. Критическими или предельно-допустимыми нагрузками (ПДН) называют такие их величины, при превышении которых про­исходит нарушение структуры природных систем, их функций и спо­собности к самовосстановлению (Охрана ландшафтов, 1982). Нормы рассматриваются как: а) критерии, определяющие допустимость или невозможность "вторжения" человека в природу; б) средство контроля за осуществляемой деятельностью в сфере природопользования; в) форма правовой гарантии экологической безопасности здоровья на­селения, а также как гарантия сохранения некоторых природных объ­ектов или их отдельных свойств (Александрова, 1990).

Деятельность по обоснованию и разработке норм нагрузок полу­чила название нормирования. Задача нормирования состоит в выяв­лении границ допустимых нагрузок и измерении их с помощью нор­мативных показателей (т.е. нормативов).

1.2.2. Антропогенные изменения природных систем. Они рас­сматриваются как изменения состава, состояния, структуры, режима функционирования и социально-экономических функций гео- и экоси­стем, вызванные воздействием человека на природу. По современным представлениям, эти изменения определяются, с одной стороны, дей­ствием антропогенных и естественных факторов, с другой - свойства­ми самих систем (и прежде всего их устойчивостью к внешним влияниям). Антропогенные преобразования выражаются как в транс­формации свойств компонентов природы, так и привнесении в ланд­шафты новых элементов техногенного происхождения.

Выявлена зависимость между величиной нагрузки и степенью из­менения (нарушения) природных систем. В связи с этим можно выде­лить три степени их антропогенной нарушенности.

Если нагрузки на "вторичные" компоненты ландшафтов (биоту, почву, водный режим) не превышают критических величин, могут час­тично изменяться характеристики этих компонентов (например, такие характеристики растительности, как видовой состав, обилие, продук­тивность). Однако при этом сохраняются тип функционирования и структура ландшафтов, а изменения носят обратимый характер - как только прекращается антропогенное воздействие или уменьшается ве­личина нагрузки, природный комплекс возвращается в исходное со­стояние. Подобные изменения наблюдаются при умеренной рекреации, выпасе скота в лесу, сенокошении в поймах рек, выборочных рубках леса и других видах воздействия.

Если антропогенные нагрузки на "вторичные" компоненты (и прежде всего на почвенно-растительный покров) превышают критиче­ские величины, происходит резкое изменение или смена фитоценозов, водного режима и свойств почв. Так, на месте сплошных рубок леса появляются лугопастбищные и пастбищные угодья, на низких берегах водохранилищ - подтопленные и заболоченные комплексы, на участках с интенсивным развитием эрозии - эродированные земли и т.д.

Однако полной смены ландшафтов не происходит - на месте исходных комплексов формируются их модификации, т.е. новые почвенно-растительные сочетания на прежней литогенной основе. В случае прекращения антропогенного воздействия возможно возвращение модификаций в исходное (или близкое к нему) состояние (например, восстановление сосновых биогеоценозов на участках заброшенных сельскохозяйственных угодий происходит в течение 120-150 лет).

Наконец, если антропогенно-техногенные нагрузки на природу превышают критические величины уже для "первичных" компонентов ландшафтов (прежде всего твёрдого фундамента и мезорельефа), ав­томатически разрушаются "вторичные" компоненты и соответственно исходная структура ландшафтов. Изменения носят необратимый харак­тер и ведут к замене одних природных комплексов другими. Как следствие, формируются совершенно новые геоэкосистемы (карьеры, отвалы, овраги и др.), которые в полном смысле можно назвать ан­тропогенными, т.е. созданными деятельностью человека.

Как видим, антропогенные изменения естественных комплексов варьируют в широких пределах - от изменений отдельных элементов и компонентов до полного нарушения их исходной структуры. Соответственно степени нарушения комплексов можно выделить следую­щие типы геоэкосистем: природные (условно неизменные), природно-антропогенные (природно-хозяйственные), антропогенные (антропоген­но-техногенные).

Природные геоэкосистемы - это ландшафты и экосистемы, рас­положенные главным образом в мало- и среднеобжитых человеком регионах. Они функционируют под влиянием естественных факторов и испытывают лишь косвенные антропогенные воздействия (например, глобальное атмосферное загрязнение), которые не приводят к качест­венным изменениям компонентов природы. Значение природных геоэкосистем для целей мониторинга состоит в том, что они служат объектами, в пределах которых ведутся наблюдения за показателями естественного фона и его изменением под влиянием хозяйственной деятельности человека.

Природно-антропогенные геоэкосистемы формируются в резуль­тате взаимодействия природных условий и разнообразных видов дея­тельности населения - сельскохозяйственной, лесохозяйственной, рек­реационной, а в тех случаях, когда существенно не изменяется литогенная основа ландшафтов, также и селитебной, промышленной, транспортной. В разных природно-антропогенных геоэкосистемах ха­рактер и уровень взаимодействия природы и технических средств не­одинаков. Так, например, промышленные, гидротехнические, мелиоративные комплексы функционируют прежде всего за счёт техногенной составляющей. В результате на первый план выступает их техниче­ская сущность, а природная подсистема как бы остаётся в тени. Дру­гие комплексы - сельскохозяйственные, лесохозяйственные, рекреаци­онные - функционируют в основном за счёт своей природной состав­ляющей, а потому их природная сущность выступает на первый план, а техногенная составляющая остаётся в тени.

В группе комплексов с преобладанием техногенной составляющей выделяется класс управляемых природно-антропогенных геоэкосистем - природно-технические (геотехнические) системы. Последние рас­сматривают как образования, у которых природные (как специально созданные человеком, так и естественные, но непреднамеренно изме­нённые в процессе действия техники) и технические части настолько тесно взаимосвязаны, что функционируют в составе единого целого (Дьяконов, 1978). В состав геотехнической системы входят две под­системы - техническая и природная (вместе с зоной влияния техниче­ского объекта), а также блок управления. Управление системой сво­дится к регулированию потоков вещества, энергии и информации с целью поддержания высокой степени сбалансированности прямых и обратных связей между её составляющими и выполнения ею заданных обществом социально-экономических функций. В процессе функциони­рования геотехнические системы способны направленно изменять свойства как отдельных компонентов природы, так и комплексов в целом. К геотехническим системам можно отнести водохранилища, каналы, мелиоративные объекты, нефтедобывающие комплексы и дру­гие подобные образования вместе с зонами их влияния на окружаю­щую природную среду.

Антропогенные геоэкосистемы формируются под влиянием тех­ногенных факторов, действие которых протекает на фоне определён­ных физико-географических условий. Они характеризуются: а) полным или почти полным нарушением не только "вторичных", но "первич­ных" компонентов природы (прежде всего мезорельефа и верхнего слоя горных пород); б) замещением природных компонентов руко­творными сооружениями, созданными как из естественных, так и из искусственных материалов (водохранилищами, каналами, зданиями, дорогами и т.п.). В данную категорию геоэкосистем входят террито­рии крупных городов или агломераций, горных разработок, промышленных районов, зон вдоль больших транспортных артерий. Антропогенные геоэкосистемы, как правило, оказывают глубокое (обычно негативное) влияние на окружающую природную среду и поэтому часто выступают в качестве объектов геоэкологического мониторинга.

Существуют и другие подходы к дифференциации геоэкосистем по степени антропогенного нарушения. А.В. Антипова (1994) разделила территории на неиспользуемые (включая резервные леса), используемые в естественном виде природно-рекреационные, пастбищные и возделываемые земли (пахотные, орошаемые и др.), застроенные земли (промышленные, городские и др.). Б.И. Кочуров (1999) предло­жил ранжировать акватории на неиспользуемые, используемые в естественном виде (рекреационные, промысловые и др.), водохозяйствен­ные (водохранилища, каналы и др.), акватории производственного ис­пользования (транспортные коридоры, морские рейды и др.). Нетрудно заметить, что подходы А.В. Антиповой и Б.И. Кочурова имеют много общего с рассмотренной выше классификацией.

1.2.3. Последствия антропогенной трансформации геоэкосистем. "Последствия" рассматриваются как обратное влияние изменённой природы на человека. Они включают различные изменения в условиях жизни и хозяйственной деятельности населения, связанные с преобра­зованием природных систем. В рамках геоэкологии исследуются в первую очередь нежелательные для общества, т.е. отрицательные, по­следствия. Они проявляются прежде всего в загрязнении окружающей среды, истощении природных ресурсов, деградации естественных ландшафтов. Это соответственно влечёт за собой ухудшение здоровья населения и условий труда, ухудшение условий работы технических средств, ухудшение качества и уменьшение количества продукции различных отраслей природопользования и т.п. Кроме того, с антро­погенными изменениями природы связана потеря генофонда (Оценка влияния..., 1985).

Наиболее существенным (с точки зрения здоровья человека) след­ствием антропогенных изменений природы является загрязнение ок­ружающей среды. Оно рассматривается как привнесение в природ­ную среду чуждых для неё веществ и энергии или свойственных ей, но в таких концентрациях, которые превышают естественные (фоновые) показатели. Различают природные и антропогенные загрязнения. Первые из них связаны с такими явлениями, как извержение вулканов, пыльные бури и др. Антропогенное загрязнение обусловлено производственной деятельностью человека.

В качестве основных объектов загрязнения выступают компоненты природы - воздух, воды, почвы, биота, а в конечном итоге - ландшафт в целом. Выделяют следующие виды антропогенного загрязнения: механическое, физическое (тепловое, радиоактивное, электромагнитное, шумовое, световое), физико-химическое (аэрозольное), химическое, биологическое. Загрязнение вызывает изменение характе­ристик ландшафта и свойств его компонентов, формируя ареалы хи­мического, теплового, радиоактивного и других видов влияния.

Целесообразно различать понятия "источник загрязнения" и "загрязнитель". Под источником загрязнения понимается любой материальный объект производственной деятельности человека, выделяющий в природную среду различные антропогенные загрязнения. К нему можно отнести отдельную точку выброса (трубу, водосбор и т.п.), крупное предприятие с большим числом точек выброса (например, металлургический комбинат), индустриальный район или регион, отку­да загрязняющие вещества могут поступать в соседние регионы (на­пример, из США в Канаду). Под загрязнителями (ингредиентами, поллютантами) понимают любые вещества, физические, химические биологические агенты, которые попадают в окружающую среду и на­капливаются в ней в количествах, превышающих естественные вели­чины.

Главными источниками загрязнения выступают промышленные предприятия, транспорт, сельское и коммунальное городское хозяйст­во. В процессе их функционирования образуются отходы - газообраз­ные, жидкие и твёрдые продукты, не используемые и не подвергаю­щиеся утилизации в данном производстве. Они, как правило, попада­ют в окружающую среду и включаются в биогеохимический кругово­рот веществ в биосфере. В составе отходов содержатся многие токси­ческие вещества - соли тяжёлых металлов (ртути, свинца, кадмия и др.), диоксины, пестициды, бенз-а-пирен, радиоактивные вещества и дру­гие. Несмотря на спад производства, в России ежегодно образуется около 3 млрд. т только твёрдых отходов.

В результате загрязнения окружающей среды значительно ухуд­шаются условия жизни и состояние здоровья населения. Показатели заболеваемости людей, проживающих в экологически неблагополучных районах (и особенно в крупных городах), существенно выше, чем аналогичные показатели в среднем по России. Более высокий уровень патологии в этих районах прослеживается по различным видам забо­леваний (в том числе онкологическим). К настоящему времени накоп­лен большой фактический материал, который показывает, что имеется связь между загрязнением среды и заболеваемостью населения (преж­де всего детского возраста) во многих регионах Российской Федера­ции (Современные проблемы..., 1992; Положение детей..., 1994; Дети Чернобыля..., 1995 и др.).

Истощение природных ресурсов понимается как уменьшение за­пасов и ухудшение качества полезных ископаемых, поверхностных и подземных вод, биоты, сокращение земельного фонда и снижение плодородия почв, снижение доли полезных продуктов в используемых ресурсах, сокращение видового состава растений и животных. Так, за последние 25 лет площадь сельскохозяйственных угодий России со­кратилась на 33 млн. га, несмотря на вовлечение в оборот новых зе­мель. Почти повсеместно отмечается снижение естественного плодо­родия почв и деградация угодий. Основные причины истощения земельных ресурсов - водная эрозия и дефляция, вторичное засоление и заболачивание, загрязнение почв и зарастание угодий кустарником и мелколесьем. Велики масштабы изъятия земель (в том числе пахотных) на сельскохозяйственные нужды - под карьеры, коммуникации, инженерные сооружения и т.п. Ежегодно за счёт поверхностного стока талых и дождевых вод почвы полей теряют около 1,5 млрд т гумусового слоя (только чернозёмы европейской территории России уже потеряли 25% гумуса). Вызывает тревогу состояние пастбищ, особенно в южных районах, где в связи с чрезмерной пастбищной нагрузкой наблюдается сильная деградация растительности. В результате на месте некогда плодородных земель возникли малопродуктивные, а в ряде случаев почти лишённые растительности пространства. Нерациональное использование природных ресурсов и загрязнение среды ведут к деградации ландшафтов. Она выражается в снижении природно-ресурсного потенциала ландшафтов, потере их способности выполнять социально-экономические функции, ухудшении условий жизни и деятельности населения. Неконтролируемая хозяйственная деятельность подрывает механизм саморегулирования ландшафтов и часто приводит к необратимым разрушительным последствиям. Ландшафты утрачивают свои естественные свойства и превращаются в непригодные для использования территории (например, техногенные пустоши в зоне воздействия крупных горно-металлургических предприятий).

Одной из острых форм деградации ландшафтов является антро­погенное опустынивание - резкое уменьшение или уничтожение биологического потенциала ландшафтов, которое обычно приводит к исчезновению сплошного растительного покрова. Главная причина раз­вития этого процесса - чрезмерный антропогенный пресс на природные экосистемы (сведение лесов, перевыпас скота на пастбищах, вто­ричное засоление на орошаемых землях и др.). Опустынивание проявляется во всех природных зонах, но наиболее чувствительными к антропогенным нагрузкам являются тундровые, полупустынные и пустынные ландшафты, имеющие весьма хрупкую структуру и низкий потенциал самовосстановления. Так, за последние 25-30 лет в Калмыкии на месте сухостепных и полупустынных ландшафтов возникла настоящая пустыня площадью 50 тыс. км² - первая песчаная пустыня в Европе. Её территория в результате интенсивного перевыпаса скота ежегодно увеличивается на 15% (Современные проблемы..., 1992).