Допустимое воздействие и устойчивость экосистем

В настоящее время хозяйственная деятельность человека стала соизмеримой с процессами, происходящими в природе. Совершенно очевидно, что человечество не может бесконтрольно продолжать загрязнять окружающую среду, но оно не может и прекратить или хотя бы снизить темпы хозяйственной деятельности. Единственно приемлемый путь выхода из сложившийся ситуации – установление рациональных отношений с окружающей природой. Рациональные взаимоотношения – это не просто охрана природы, а использование природных ресурсов без ущерба, обеспечение их восстановления. Таким образом, эпоха, в которой мы живем, - это эпоха регламентированных взаимоотношений с природой, обеспечивающих безопасность среды путем экологического нормирования. Определение пределов допустимых воздействий тесно связано со многими областями экологии, прежде всего с экологическим нормированием, оценкой риска, экотоксикологией. К экологическому нормированию относят систему регламентации воздействий на окружающую среду и человека, нормирование состояния объектов окружающей среды, территорий. Понятие экологического нормирования охватывает ряд аспектов – природопользование, охрана природных экосистем и сохранение их экологического благополучия, обеспечение благополучной окружающей среды и здоровья человека. Здоровье человека и в целом «общественное здоровье» выступают в качестве главного приоритета государственной политики во всех странах.

Регламентация антропогенных воздействий основана на установлении нормативов воздействия и концентраций различных веществ в различных средах, воде, воздухе, почве, продуктах питания. В разных странах их называют по-разному: стандарты концентраций, предельно допустимые концентрации, критерии качества, максимально допустимые уровни и т. д. В основе разработки предельно допустимых концентраций лежат взаимосвязи между величиной эффекта и величиной воздействия. В различных сферах природопользования применяют классы опасности веществ, в которых учтены особенности влияния и поведения химических веществ в объектах окружающей среды: воздухе, почве, воде и др.

Разработка нормативов ПДК с целью предотвращения и оценки загрязнения окружающей среды проводится с помощью методов токсикометрии, которая является разделом токсикологии. Токсикология – это наука о вредном воздействии на человека, животных и растения химических веществ, поступающих в окружающую среду. Вредные влияния различных воздействий на живой организм проявляется по-разному. Вещества могут оказаться ядовитыми для организма, вызывать развитие опухолей (канцерогенными), вызывать мутации генетического материала и т.д. Для характеристики функциональной связи между реакцией живого организма на воздействие химического вещества и его концентрацией используют зависимость «доза-эффект». В упрощенном виде эту зависимость можно записать, используя «формулу Хабера» в виде

Е = С×Т,

где Е – эффект, С – концентрация вещества, Т – время действия вещества. Как видно из формулы Хабера, один и тот же отрицательный эффект могут давать малые концентрации если они действуют продолжительное время. На практике зависимости более сложны, чем та, что отражает формула Хабера. Так, реакция на действие некоторых веществ меняет направленность по мере увеличения дозы. Часто на действие малых концентраций организм отвечает стимуляцией жизненных функций, а больших угнетением и гибелью.

Реакция сообществ живых организмов и экосистем в целом, конечно, намного сложнее реакции одного индивидуума. Тем не менее, зависимость ответа от силы и времени действия является общим для всех эффектов и работает на всех уровнях организации живой материи. Изменения в биосфере также подчиняются этому закону.

Для того чтобы сохранить природные экосистемы в условиях хозяйственной деятельности необходимо знать, какие величины антропогенного воздействия не приведут к опасным последствиям и деградации. Для решения такого рода практических задач – определения пределов допустимых воздействий – следует рассмотреть некоторые теоретические выкладки.

Любая возникшая за счет какого-либо воздействия нагрузка в экологической системе, способна вывести ее из естественного (нормального состояния), определяется как экологическая нагрузка. Если экологическая нагрузка не вызовет нежелательных последствий, изменений у обитающих на земле организмов, и в первую очередь у человека, а также не приведет к ухудшению (слабому или существенному) качества природной среды, ее можно считать допустимой.

Под допустимым антропогенным воздействием на окружающую природную среду следует понимать воздействие, которое не влияет на качество окружающей природной среды или изменяет природу в допустимых пределах, т. е. не разрушает экосистему и не вызывает неблагоприятных последствий у важнейших популяций, в первую очередь у человека.

Понятие допустимого воздействия на экосистему и окружающую среду в целом связано с представлением о качестве окружающей среды. Качество окружающей среды – это совокупность показателей, характеризующих состояние окружающей среды. Понятие качества окружающей среды не является абстрактным, а рассматривается с точки зрения природопользования. Для того, чтобы знать, какие воздействия не вызовут неблагоприятных последствий, не повлияют существенно на качество окружающей среды необходимо иметь информацию о том:

какие показатели и параметры соответствуют высокому и приемлемому качеству среды;

какие показатели и параметры соответствуют критическим показателям экосистем;

какие колебания являются допустимыми.

Такие показатели и параметры должны быть установлены для отдельных организмов, популяций, сообществ, экосистемы и биосферы в целом. При установлении этих характеристик принимают во внимание два уровня воздействия вредных факторов на природные системы:

уровень критического воздействия (начиная с которого может иметь место гибель или необратимая деградация данной системы);

уровень допустимого воздействия, существенно отличающегося от критического.

Допустимые воздействия могут приводить к сравнительно небольшим изменениям качества природной среды, не влияющим на нормальное развитие экосистем и отдельных популяций, на экологическое благополучие и устойчивость систем.

Экологическое благополучие – это такое состояние экосистемы, которое характеризуется нормальным воспроизводством ее основных звеньев. Так, например, экологически неблагополучным считается водоем, который характеризуется преобладанием смертности над рождаемостью в популяциях гидробионтов, в особенности среди высокоорганизованных форм жизни. Каждый более высокий уровень организации отличается меньшей устойчивостью к неблагоприятному воздействию, чем предыдущий. Экосистеме угрожает катастрофа тогда, когда все буферные системы более низких уровней организации будут сработаны, а буферная емкость экосистемы исчерпана.

Под буферной емкостью экосистемы понимают то количество загрязняющих веществ, которое может принять экосистема и которое не приведет к негативным последствиям. Употребляется также термин экологическая ассимилирующая способность экосистемы, т.е. способность принять, трансформировать, использовать в биологическом круговороте или перевести в биологически инертное состояние определенное количество загрязняющих веществ.

Проблема экологического благополучия связана с понятием устойчивости экосистем. Для того, чтобы поддерживать состояние экологического благополучия необходимо, чтобы допустимое воздействие соответствовало допустимой нагрузке, а экосистема сохраняла устойчивость. Устойчивость – самостоятельное понятие, которое нельзя путать со стабильностью. Устойчивость экосистемы определяют как соотношение между величиной отклонения системы от нормального и величиной воздействия. Для измерения устойчивости экосистемы необходимо знать, в каком состоянии находилась экосистема до начала взаимодействия, т. е. какие ее параметры в нормальном состоянии.

Величина допустимого воздействия зависит от того, какие пределы колебаний характеристик считать допустимыми. Последнее, определяется целями, которыми задается человек в различных сферах природопользования. Подходы по определению допустимых воздействий, а, следовательно, и допустимых нагрузок на сообщество, экосистему отличается от санитарно-гигиенического подхода. При выработке нормативов ПДК для человека предусматривается весьма жесткий критерий – отсутствие у него в настоящем и в будущем каких-либо отклонений от нормы в состоянии здоровья и любых заметных реакций на воздействие. Задачей экологического нормирования состояния природной среды, являющегося этапом стратегии регулирования ее качества, является защита природных экологических систем и биосферы в целом. Для разработки нормативов допустимого воздействия необходимо провести комплекс работ по изучению характера и закономерности распространения, накопления, деструкции, биоаккумуляции, трофических превращений загрязняющих веществ, их трансформации в экосистемах, перехода из одной среды в другую в локальном, региональном и глобальном масштабах. Нормы допустимого воздействия не могут быть едиными для любого типа экосистем, а также для любых климатогеографических условий.