Вопросы экологии применительно к лесному хозяйству

Полнота сукцессий и видовое разнообразие возможны в случае надежной «работы» круговорота питательных веществ. Только в этом случае можно говорить о стабильности экосистемы, которая достигается в результате преобразования сообщества на основе длительной эволюции видов.

Во избежание экологической катастрофы сельхозугодия и урбанизированные территории (дороги, промышленность, постройки и т. д.) не должны занимать более 1/3 суши, 1/3 должна сохраняться естественно и 1/3 может быть частично изменена хозяйственной деятельностью человека. При этом деятельность должна быть разумной, нельзя, например, снижать полноту ниже 0,67 во избежание возникновения морозобойной ямы из-за неспособности верхнего полога удержать ночью накопившееся за день тепло. Перевод высоковозрастного климаксового леса, где не более 30% территории занято молодняками и средневозрастными, в неустойчивые динамические леса, где самые старые парцеллы не старше 120 лет, высвобождает огромное количество углекислого газа, создающего парниковый эффект в планетарном масштабе со всеми его негативными последствиями. Перечисленного ниже краткого перечня мероприятий достаточно, чтобы понять острейшую необходимость восстановления внешней структуры леса. Возможны следующие мероприятия при недостаточном финансировании:

· отвод площадей по водоразделам под лесозаращивание для соединения отдельных колков леса, с мерами содействия естественному возобновлению;

· переход на котловинные и группово-постепенные рубки в виде окон;

· замена рубок ухода по всей площади на рубки биогруппами;

· оставление резерватов (не менее 10% в квартале) на вырубаемых площадях, размерами 200 x 200 м для сохранения биоразнообразия лесных видов растений и животных;

· выделение особо защитных участков (ОЗУ) - «памятников природы» - на границах распространения ареалов видов, например, лиственницы, пихты, ясеня и т. д., что позволит сохранить генетический фонд и биоразнообразие;

· исключить из расчета главного пользования переходные типы растительности;

· искусственное создание окон путем вырубки для восстановления биоразнообразия мозаично-ярусной структуры в насаждениях всех возрастов. На бедных почвах возможна сплошная вырубка окнами, а на богатых - постепенная - выборочными рубками.

Полным биологическим разнообразием обладает биосфера, которая и является самой стабильной глобальной экосистемой - экосферой. Но биологическое разнообразие, обеспечивающее ее стабильность, - это прежде всего разнообразие стабильных природных экосистем, отличающихся видовым разнообразием естественной биоты.

Вопрос № 38

Математическое моделирование в экологии и в охране окружающей среды.

Системный подход в экологии обусловил формирование целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью - системной экологией. Системный подход - это направление в методологии познания объектов как систем. Система - это множество взаимосвязанных элементов, образующих определенную целостность, единство. Ее состав, структуру и свойства изучают посредством системного анализа, являющегося основой системного подхода и представляющего собой совокупность методологических средств, используемых для решения сложных научных проблем. В эту совокупность средств входит комплекс методов от простых описательных, логических до весьма сложных математических. Технической основой системного анализа являются современные ЭВМ и информационные системы с широким использованием методов математического программирования, теории игр и т.д.

Основными системными принципами являются: целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множественность описания каждой системы. Целостность - обобщенная характеристика системы, свойства которой несводимы к сумме свойств ее элементов и не выводимы из этих свойств (целостность организмов более полной будет в популяции, популяции - в биоценозе и т. д., и свойства каждой системы не сводимы к свойствам нижестоящих). Структурность - установление структуры и взаимозависимости структурных элементов, обусловленности поведения системы ее структурой (структура биоценоза, трофическая структура экосистемы в установление измеримых связей между трофическими уровнями, и др.). Взаимозависимость системы и среды выражается в формировании и проявлении ее свойств в результате этого взаимодействия (взаимодействие биоценоза и биотопа, популяций в биоценозе и т.п.). Иерархичность - это когда каждый компонент системы может рассматриваться как самостоятельная система, а сама исследуемая система является составной частью более широкой системы (уровни биологической организации, вплоть до глобальной системы - биосферы).

Экосистемы - это весьма сложные самоорганизующиеся и целенаправленные, со сложной иерархической структурой системы, требующие множественного описания каждой системы, что требует построения множества моделей, т. е. широкого использования методов моделирования при исследовании.

Построение обобщенных моделей, отражающих все факторы и взаимосвязи в системе, является центральной процедурой системного анализа. Понятие «модель» широко используется, например, на бытовом уровне: модель самолетов, кораблей, автомобилей и т. п. Если эти модели не действующие, то они отражают только морфологические особенности объекта, но уже знание этих особенностей позволяет человеку, если он раньше не видел оригинал, узнать этот оригинал по модели. Иными словами, лишь часть свойств объекта позволяют судить об объекте в целом, в данном случае - о форме объекта. Нечто похожее происходит и при научных исследованиях.

Традиционная схема научного исследования: исследователь - объект. Здесь исследователь получает информацию путем непосредственного изучения объекта. Например, биолог изучает видовой состав фитопланктона под микроскопом. Но такое возможно лишь на достаточно простых объектах, но не при исследовании целостной структуры экосистемы, взаимодействия ее компонентов и т. п. В этом случае необходимо моделирование, при котором работает схема: исследователь - модель - объект изучения.

Например, чтобы получить представление об энергетических потоках в экосистеме, необходимо представить себе модель в виде пирамиды энергий или хотя бы пирамиды Элтона и т. п. Здесь появляется промежуточный (вспомогательный) объект изучения - модель.

Модель - это вспомогательный объект, находящийся в определенном объективном соответствии с познаваемым оригиналом и способный замещать его на отдельных этапах познания. Моделирование - это разработка, исследование модели и распространение модельной информации на оригинал (Лиепа, 1982 г.). Достоинства моделирования проявляются там, где возможности традиционного подхода оказываются ограниченными. Именно такой областью познания является экология.

Модель должна соответствовать двум требованиям: 1) она должна отражать лишь те особенности оригинала, которые выступают в качестве предмета познания, и 2) она должна быть адекватна оригиналу (иначе представления о нем будут искажены). Сам процесс моделирования, по И. Я. Лиепа (1982 г.), можно разделить на четыре этапа: качественный анализ, математическая реализация, верификация и изучение моделей.

Первый этап моделирования - качественный анализ - является основой любого объектного моделирования. На его основе формируются задачи, и выбирается вид модели. Этот этап обязан обеспечить соответствие модели двум вышеуказанным требованиям. Вид модели выбирается исходя из способа построения, из характера самого объекта и др.

По способу построения все модели делят на два класса: материальные и абстрактные. Материальные модели по своей физической природе сходны с оригиналом. Они могут сохранять геометрическое подобие оригиналу (макеты, тренажеры, искусственные заменители органов и т. д.), подобие протекания физических процессов с оригиналом - физическое моделирование (гидрологическая модель - течение воды и т. п.) и могут быть природными объектами - прообразами оригинала, т. е. натурными моделями (метод пробных участков). Материальные модели используются обычно в технических целях и мало подходят для экологических проблем. Более подходящими для экологического моделирования являются абстрактные модели, представляющие собой описание оригинала в словесной форме или посредством символов и операций над ними, отражающих исследуемые особенности оригинала. Абстрактные модели подразделяются на три типа: вербальные, схематические и математические.

Вербальные модели - это формализованный вариант традиционного естественнонаучного описания в виде текста, таблиц и иллюстраций (Федоров, Гильманов, 1980 г.). Схематические модели разрабатываются в виде различного рода схем, рисунков, графиков и фотографий, основные их достоинства - наглядность, информативность и простота построения (трофические цепи, пирамида Элтона, схемы структуры, динамики и энергетики экосистем, воздействия экологических факторов, биохимических круговоротов, и др.).

Вербальные и схематические модели - неотъемлемая часть качественного анализа математического моделирования, являющегося наиболее совершенным видом количественного исследования оригинала, позволяющая построить его математическую модель. «Математическая модель» - это математическое описание оригинала, отражающее его целостность, структуру, динамику, функционирование и взаимосвязи оригинала, внешних и внутренних факторов воздействия» (Лиепа, 1982 г.). Это означает, что практически такая модель есть формула или система уравнений и неравенств.

По своему характеру выделяют модели статические и динамические. Статическая модель отражает объект (систему), не изменяющий свое состояние во времени, а динамическая модель отражает объект (систему), изменяющий свое состояние во времени. Подавляющее большинство живых объектов и систем - это динамические системы и могут быть отражены только лишь динамическими моделями.

Второй этап моделирования - это математическая реализация логической структуры модели. С точки зрения технологии применения математических методов можно выделить модели аналитические и численные (компьютерные). Аналитическая модель - это построение теоретических концепций с применением строгого математического аппарата, обычно позволяющего вывести общую формальную зависимость. Компьютерные модели П. М. Брусиловский, Г. С. Розенберг (1981 г.) делят на имитационные и самоорганизующиеся.

Имитационные модели отражают представления исследователя о взаимосвязях в экосистеме и как они реализуются. Наилучшие результаты эти модели дают при составлении прогноза изменений в экосистеме. Самоорганизующиеся модели относятся к классу регрессионных уравнений, в них широко используются вероятностно статистические методы расчетов.

Третий этап моделирования предусматривает верификацию модели: проверку соответствия модели оригиналу. На данном этапе необходимо удостовериться, что выбранная модель отвечает второму требованию: адекватно отражает особенности оригинала. Для этого может быть проведена эмпирическая проверка - сравнение полученных данных с результатами наблюдений за оригиналом. Модель может быть признана высококачественной, если прогнозы оправдываются. При отсутствии эмпирических данных проводится теоретическая верификация - по теоретическим представлениям определяется область применения и прогностические возможности модели.

Четвертый этап моделирования - это изучение модели, экспериментирование с моделью и экологическая интерпретация модельной информации. Основная часть этапа - выявление новых закономерностей и исследование возможностей оптимизации структуры и управление поведением моделируемой системы, а также пригодность модели для прогнозирования.

В экологии математические модели экосистем В. Д. Федоров и Т. Г. Гильманов (1980 г.) предлагают разделить на модели популяционного, биоценотического и экосистемного уровней. Популяционные модели описывают особенности отдельных популяций, отражают их свойства и внутренние закономерности: модели, позволяющие оценить динамику численности и возрастного состава популяций в зависимости от рождаемости и смертности, заданных как функции лишь от общей плотности и возрастного состава популяций. Модели биоценотического уровня задаются, как системы уравнений, отражающих динамику биоценоза как функцию плотностей составляющих его популяций. Модели экосистемного уровня представляют собой системы уравнений, в число аргументов которых включены как внутренние переменные состояния, так и внешние факторы воздействия и целостные свойства экосистем. Модели данного уровня учитывают и роль обратных связей в функционировании систем.

При построении любой модели главная задача - создать модель достаточной полноты. Для этого необходимо стремиться учесть все существенные факторы, влияющие на рассматриваемые явления; уделить специальное внимание наличию в ней противоречивых элементов, как одного из признаков полноты модели; учесть возможность появления неизвестных факторов, чтобы в случае необходимости дополнить модель новым элементом.

Биология - одна из первых наук, в которой приоритетное значение приобрел системный подход в изучении природы, впервые в научной форме использованный Ч. Дарвином. Особенно широко используются системные идеи в экологии. На новую, более высокую ступень идеи системного подхода поставлены в учении В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере, где научному познанию предложен новый тип объектов - глобальные системы. Такой глобальной экосистемой и является биосфера, объединяющая на основе иерархического принципа все экосистемы Земли более низких уровней.

Вопрос № 48

Организационная структура системы управления, регулирования, охраны и контроля окружающей среды и природопользования в стране и области. Экологическая экспертиза. Критерии качества окружающей среды. Экологические подходы к нормированию предельно допустимых концентраций, выбросов, нагрузок, сбросов (ПДК, ПДВ, ПДН, ПДС).

Государственные органы управления, контроля и надзора в области охраны окружающей природной среды подразделяются на две категории: органы общей и специальной компетенции.

К государственным органам общей компетенции относится Президент, Федеральное Собрание, Государственная Дума, Правительство, представительные и исполнительные органы власти субъектов Российской Федерации, муниципальные органы. Эти органы определяют основные направления природоохранной политики, утверждают экологические программы, обеспечивают экологическую безопасность, устанавливают правовые основы и нормы в пределах своей компетенции, и т. д. Наряду с охраной окружающей природной среды государственные органы этой категории ведают и другими экологическими вопросами, входящими в круг их полномочий.

Государственные органы категории специальной компетенции подразделяются на комплексные, отраслевые и функциональные.

Комплексные органы выполняют все природоохранные задачи или какой-либо их блок. До 2000 г. функция управления природопользованием и охраны окружающей природной среды выполняли Государственный комитет РФ по охране окружающей среды (Госкомэкологии России) и Министерство природных ресурсов РФ (МПР России) и другие ведомства. Указом Президента РФ от 17 мая 2000 г. Государственный комитет РФ по охране окружающей природной среды был упразднен и его функции переданы Министерству природных ресурсов РФ, в структуру которого вошли Государственная служба охраны окружающей среды и Государственная служба контроля в сфере природопользования и экологической безопасности.

К комплексным органам относятся также:

· Департамент Госсанэпиднадзора Министерства РФ (Санэпиднадзор РФ) - координатор деятельности всех ведомств и организаций в области санитарной охраны через систему территориальных органов (санэпидстанций и инспекций);

· Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) - осуществляет экологический контроль за состоянием окружающей природной среды, информирует население об изменениях в окружающей среде с помощью широкой сети наблюдательных пунктов и др.;

· Министерство РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России) - обеспечивает безопасность людей в условиях экстремальной ситуации, стихийных бедствий, производственных аварий и катастроф.

Отраслевые органы (Роскомзем, Рослесхоз, Госкомрыболовство, Минсельхоз России) выполняют функции управления и надзора по охране и использованию отдельных видов природных ресурсов и объектов.

Функциональные органы выполняют одну или несколько родственных функций в отношении природных объектов: Минатом России (обеспечение ядерной и радиационной безопасности); Госгортехнадзор России (контроль за использованием недр); Минздрав России (санитарно-эпидемиологический контроль); МВД России (охрана атмосферного воздуха от загрязнения транспортными средствами, санитарно-экологическая служба муниципальной милиции).

Согласно статье 9 Закона РФ «Об охране окружающей природной среды» в компетенцию краев, областей в сфере охраны окружающей природной среды входят следующие мероприятия:

· определение основных направлений охраны окружающей природной среды и утверждение территориальных экологических программ;

· учет и оценка природной среды, состояния природных ресурсов, учет экологически вредных объектов, ведение кадастровой документации;

· учет и оценка объемов образующихся отходов производства и отработанных продуктов на предприятиях, в учреждениях и организациях, расположенных на территории региона, независимо от их форм собственности и подчиненности;

· планирование охраны окружающей природной среды, финансирование и материально-техническое обеспечение природоохранных программ;

· координация природоохранительной деятельности органов государственного управления, предприятий, учреждений, организаций, содействие добровольному кооперированию средств на выполнение мероприятий по охране окружающей природной среды;

· координация деятельности экологических служб предприятий, учреждений, организаций независимо от форм собственности и подчинения, проведение экологической экспертизы проектов;

· государственный экологический контроль, принятие решений об ограничении, приостановлении, прекращении деятельности объектов, не отвечающих требованиям природоохранительного законодательства;

· запрещение строительства экологически вредных объектов;

· дача разрешений на право использования природной среды и ее ресурсов, на выброс и сброс вредных веществ, размещение, переработку, складирование и захоронение отходов;

· организация сбора и рекуперация производственных и бытовых отходов;

· организация особо охраняемых природных территорий;

· организация экологического воспитания, образования и просвещения;

· обеспечение населения необходимой экологической информацией.

Правовой механизм управления природопользованием и охраной окружающей природной среды включает в себя и такую важную форму предупредительного экологического контроля, как экспертизу. Различают государственную, общественную и иные виды экологических экспертиз.

Под государственной экологической экспертизой понимается проверка представленных материалов специальной комиссией, называемой Госкомэкологии России. Задача экспертной комиссии - оценить соответствие намечаемой хозяйственной или иной деятельности требованиям экологической безопасности.

Объектами государственной экологической экспертизы являются любые проектные и предпроектные документы, новая техника и технология, продукция, сырье и материалы, вещества, а также проекты стандартов и нормативов.

Федеральным законом «Об экологической экспертизе» (1995 г.) установлены следующие принципы государственной экологической экспертизы: обязательность ее проведения, научная обоснованность выводов, независимость и вневедомственность - широкая гласность, привлечение общественности, а главное, презумпция потенциальной экологической опасности любой намечаемой хозяйственной и иной деятельности.

Государственная экологическая экспертиза, как правило, предшествует принятию хозяйственного решения. Это позволяет еще на стадии планирования и проектирования выявить допущенные ошибки, оценить их последствия и дать рекомендации по их устранению. Финансирование работ по всем проектам и программам открывается только при наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы.

Кроме государственной существуют и другие виды экспертиз - общественная, научная и другие, которые проводятся обычно на добровольной основе и носят рекомендательный или информационный характер.

Правовой основой экологической экспертизы служит Федеральный закон «Об экологической экспертизе» (1995 г.), а также постановления, указы и другие природоохранные акты. Нормативной базой являются стандарты, нормы, правила и т. д., обобщенные в специальных справочниках для экспертов.

Об эффективности государственной экологической экспертизы свидетельствует тот факт, что только в 1997 году из 55 тысяч рассмотренных материалов было отклонено и отправлено на доработку около 15 тысяч.

Экологическая экспертиза становится одной из важных функций государственной экологической политики. Сейчас уже невозможно представить превентивное правовое регулирование хозяйственной деятельности без экологической экспертизы, нацеленной на снижение экологического риска при принятии решений. Еще более глубоким и объемным вариантом проведения экологической экспертизы в последние годы служит - оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС). Здесь учитывается уже и трансграничный перенос загрязняющих веществ, информации, энергии и др.

Под качеством окружающей природной среды понимается степень соответствия ее характеристик потребностям людей и технологическим требованиям. В основу всех природоохранных мероприятий положен принцип нормирования качества окружающей природной среды. Этот термин означает установление нормативов (показателей) предельно допустимых воздействий человека на окружающую природную среду.

Согласно природоохранному закону Российской Федерации (1991 г.) соблюдение экологических нормативов, т. е. нормативов, которые определяют качество природной среды, обеспечивает:

· экологическую безопасность населения;

· сохранение генетического фонда человека, растений и животных;

· рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития.

Чем меньше пороговая величина экологических нормативов, тем выше качество окружающей природной среды. Однако более высокое качество требует соответственно больших затрат, эффективных технологий и высокочувствительных средств контроля. Поэтому нормативы качества окружающей природной среды по мере подъема уровня развития общества имеют тенденцию к ужесточению.

Основные экологические нормативы качества и воздействия на окружающую природную среду:

санитарно-гигиенические:

· предельно допустимая концентрация вредных веществ (ПДК);

· допустимый уровень физических воздействий (ПДУ) (шума, вибрации, ионизирующих излучений и др.);

производственно-хозяйственные:

· предельно допустимый выброс вредных веществ (ПДВ);

· предельно допустимый сброс вредных веществ (ПДС);

· допустимое изъятие компонентов природной среды;

· норматив образования отходов производства и потребления;

комплексные показатели:

· предельно допустимая антропогенная нагрузка на окружающую природную среду (ПДН).

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - представляет собой количество загрязнителя в почве, воздушной или водной среде, которое при постоянном или временном воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства. В последнее время при определении ПДК учитывается не только степень влияния загрязнения на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнений на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

В настоящее время в нашей стране действуют более 1900 ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500 для атмосферного воздуха и более 130 для почв. ПДК устанавливают на основании комплексных исследований и постоянно контролируют органами гидрометеорологической службы Госкомсанэпиднадзора. ПДК не остаются постоянными, их периодически пересматривают и уточняют. После утверждения норматив становится юридически обязательным.

Для нормирования содержания вредного вещества в атмосферном воздухе установлены два норматива - разовый и среднесуточный ПДК. Максимально разовая предельно допустимая концентрация (ПДК м. р.) - это такая концентрация вредного вещества в воздухе, которая не должна вызывать при вдыхании его в течение 30 минут рефлекторных реакций в организме человека (ощущение запаха, изменение световой чувствительности глаз и др.). Среднесуточная предельно допустимая концентрация (ПДК с. с.) - это такая концентрация вредного вещества в воздухе, при которой на человека в течение неопределенно долгого (многолетнего) периода не оказывается прямое или косвенное вредное воздействие.

Значения ПДК наиболее часто встречающихся загрязнений атмосферного воздуха указаны в таблице 3.

При содержании в воздухе нескольких загрязняющих веществ, обладающих суммацией действия (синергизмом), например, диоксидов серы и азота; озона, диоксида азота и формальдегида, сумма их концентраций не должна превышать при расчете единицы:

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + … + С_n/ПДК_n < 1,

где С₁, С₂, …, С_n - фактические концентрации вредных веществ в воздухе или воде; ПДК₁, ПДК₂, …, ПДК_n - максимально разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ, которые установлены для их изолированного присутствия, мг/м³.

Таблица 3

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов, мг / м³

Под предельно допустимой концентрацией вредного вещества в почве (ПДК, мг/кг) понимается такая максимальная концентрация, которая не может вызвать прямого или косвенного влияния на среду, нарушить самоочищающую способность почвы и оказать отрицательное воздействие на здоровье человека.

Для водной среды ПДК загрязняющих веществ означает такую концентрацию этих веществ в воде, выше которой она становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования. ПДК загрязняющих веществ устанавливаются отдельно для питьевых вод (таблица 4) и рыбохозяйственных водоемов.

Требования к качеству вод в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, специфичны и в большинстве случаев более жестки, чем таковые для водных объектов хозяйственно-бытового назначения. Так, рыбохозяйственные ПДК для ряда моющих веществ в три раза ниже санитарных норм, нефтепродуктов - в шесть раз, а тяжелых металлов (цинка) - даже в сто раз. Объяснить это ужесточение требований к качеству воды в рыбохозяйственных водоемах не трудно, если вспомнить, что при переходе вредных веществ по пищевой (трофической) цепи происходит их биологическое накопление до опасных для жизни количеств.

Допустимый уровень радиационного воздействия на окружающую среду - это уровень, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда. ПДУ определяется на основании норм радиационной безопасности (НРБ - 76/87), основных санитарных правил (ОСП - 72/87) и санитарных норм проектирования(СП -254-71).

Установлены также предельно допустимые уровни (ПДУ) воздействия шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий.

Допустимый выброс или сброс (ПДВ) и (ПДС) - это максимальное количество загрязняющих веществ, которые в единицу времени разрешается выбрасывать данному конкретному предприятию в атмосферу или сбрасывать в водоем, не вызывая при этом превышения в них предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.

Таблица 4

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в питьевых водах, мг/л

Нормативами установлено, что если в воздухе городов или других населенных пунктов, где расположены предприятия, концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значения допустимых выбросов по объективным причинам не могут быть достигнуты, вводится поэтапное снижение выброса вредных веществ до значений, обеспечивающих ПДК. При этом могут быть установлены временно согласованные выбросы (ВСВ) на уровне выбросов предприятий с наиболее совершенной или аналогичной ей технологией.

В настоящее время в России на нормативах допустимых выбросов работают лишь 15-20 % загрязняющих производств, на ВСВ (временно согласованных выбросах вредных веществ) - 40 - 50 %, а остальные загрязняют среду на основе лимитных выбросов и сбросов, которые определяют по фактическому выбросу на определенном отрезке времени.

Основным комплексным нормативом качества окружающей природной среды является допустимая норма антропогенной нагрузки.

Допустимые нормы антропогенной нагрузки на окружающую среду (ПДН) - это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.

Для оценки общей устойчивости экосистем к антропогенным воздействиям используют следующие показатели: 1) запасы живого и мертвого органического вещества; 2) эффективность образования органического вещества или продукции растительного покрова и 3) видовое и структурное разнообразие.

Ученые-экологи установили, что стабильность среды обитания не только растительного, но и животного мира, а в конечном счете и человека определяется в первую очередь, массой живого органического вещества и его основной части - фитомассы (древесина, травянистая растительность и др.). Чем значительнее эта масса, тем стабильнее среда. Главенствующее значение при этом имеют фотосинтезирующие организмы, так как они являются основным источником биомассы, а также определяют пищевые условия для всех остальных звеньев экосистемы и в значительной мере состав атмосферного воздуха.

Способность экосистем в минимальные сроки восстановиться в случае антропогенного нарушения определяется другим показателем - эффективностью образования продукции растительного покрова в результате вторичной сукцессии. Чем выше структурное и видовое разнообразие экосистемы, тем большее число комбинаций структурных элементов может создать она в ответ на внешнее антропогенное воздействие. Структурное разнообразие экосистемы можно оценить, сравнивая запасы фитомассы и зоомассы (хищники, копытные, грызуны и т. д.).

Потенциальная способность природной среды перенести ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем определяется термином «емкость природной среды», или экологическая емкость территории.

Понятие о предельно допустимой антропогенной нагрузке на природную среду должно лежать в основе всего природопользования. В связи с этим различают экстенсивное и равновесное природопользование. Экстенсивное (расширяющееся) природопользование - это когда рост производства осуществляется за счет возрастающей нагрузки на природные комплексы, причем эта нагрузка растет быстрее, чем увеличивается масштаб производства. Экстенсивное природопользование может привести к полному разрушению природного комплекса и подобно тому, как безграничный рост биологической емкости популяции приводит к ее краху, крах потерпит и техносфера. Равновесное природопользование - это когда общество контролирует все стороны своего развития, добиваясь того, чтобы совокупная антропогенная нагрузка на среду не превышала самовосстановительного потенциала природных систем.

Отсюда вытекает важный вывод о том, что регулирование качества природной среды должно начинаться с определения нагрузок, допустимых с экологической точки зрения, а региональное природопользование должно соответствовать экологической «выносливости» территории.

Пренебрежение основным экологическим комплексным нормативом в инженерно-хозяйственной практике чревато серьезными экологическими просчетами. В 1990 году тогдашний руководитель Госкомприроды Н. Н. Воронцов отмечал: «Конечно же, нужно улучшать фильтры пыле- и газоуловителей, очищать сточные воды. Но не было у нас до сих пор главного - идеологии ресурсосбережения, определения экологической емкости, биосферного подхода».

При формировании территориально-производственных комплексов, развития промышленности, строительства, реконструкции городов и т. д. применение допустимых норм антропогенной нагрузки предусматривается в обязательном порядке. Региональные допустимые нормы антропогенной нагрузки устанавливают предельную хозяйственную нагрузку на территориальные природные комплексы. Отраслевые - на отдельные виды природных ресурсов, например, предельное число домашнего скота на единицу пастбищных угодий, предельное число посетителей в национальном парке и т. д.

Список литературы

1. Гальперин М. В. Экологические основы природопользования: Учебник. 2-е изд., испр. - М.: ФОРУМ: ИНФРА - М, 2005. - 256 с.: ил. - (Профессиональное образование).

2. Одум Ю. Экология / Пер. с англ. Т. 1 - 2. - М.: Мир, 1986. Стр. 328, 376.

3. Шамилева И. А. Экология: Учеб. пособие для студ. пед. вузов. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2004. - 144 с.: ил.

4. Арустамов Э. А., Баркалова Н. В., Левакова И. В. Экологические основы природопользования: Учебник. - 2-е изд. перераб. и доп./ Рук. авт. колл. Э. А. Арустамов. - М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К`», 2005. - 320 с.

5. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология / Изд. 8-е. - Ростов н/ Д. Феникс, 2005. - 576 с. (Высшее образование).

6. Степановских А. С. Охрана окружающей среды. Учебник для вузов / - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 559 с.

7. Татаринов К. П. Экология и охрана природы. Методические указания для студентов-заочников лесохозяйственного факультета специальности 260400/ НГСХА, Нижний Новгород, 2003. - 23 с.

Лимитирующие факторы

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например, фосфор содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р. Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая температуру, влажность, освещенность и т. д.

Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и т. д. Но, несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, но один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света, и т. д.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от - 5 ^о С до 25 ^о С, т. е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называются стенотермными («стено» - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур - эвритермными («эври» - широкий).

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят: организм стенобионтен по отношению к влажности, или эврибионтен к климатическим факторам, и т. п.

Диапазон толерантности организма не остается постоянным - он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т. е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже - на видовом уровне.

Такая компенсация факторов обычно создает условия для физиологической акклиматизации вида - эврибионта, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, экотип, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы.

Итак, в природных условиях организмы зависят от состояния критических физических факторов, от содержания необходимых веществ и от диапазона толерантности самих организмов к этим и другим компонентам среды.