Устойчивость и изменчивость агроэкосистем

Оптимизация природной среды — это поиск сбалансированного соотношения между эксплуатацией экосистем (рациональным использованием естественных ресурсов), их охраной и целенаправленным преобразованием. Между тем деятельность человека приводит к значительным и устойчивым изменениям природной среды. В агроэкосистемах, как известно, к таковым относят процессы эрозии и дефляции; загрязнение почв и природных вод химическими веществами, вымываемыми из минеральных удобрений и пестицидов; эвтрофирование водоемов; уплотнение, подкисление и понижение биологической активности почв; изменение видового состава, численности и распределения флоры и фауны и т. д.

В связи с этим очевидна необходимость в системе средостабилизирующих мероприятий. Теоретическим обоснованием разработки системы обеспечения устойчивости агроэкосистем призвана служить формирующаяся экология агроландшафта, которая изучает структуры и особенности функционирования агроэкосистем в конкретных условиях и при антропогенных воздействиях, а также балансы веществ и энергии. При этом необходимо системно учитывать характер взаимосвязей и взаимозависимостей между структурными элементами агроландшафта, иерархические уровни соответствующих структур.

Как отмечал А.Г.Исаченко (1980), охрана и рациональное использование отдельных компонентов природной среды не имеет реального смысла вне оптимизации более сложных целостных территориальных единиц, какой и является ландшафт.

Рассматривая предпосылки формирования устойчивых агроэкосистем, необходимо основываться на ландшафтно-экологическом подходе, который предполагает:

- изучение природных явлений и процессов, а также инвентаризацию их ресурсного потенциала;

-оценку природных систем применительно к возможным видам использования;

- прогнозирование вероятных изменений природных комплексов в результате их использования;

- разработку подходов к управлению процессами изменения природных комплексов из-за антропогенного воздействия, определение путей и способов их регулирования;

- обоснование и разработку рекомендаций по оптимизации агроландшафтов.

Природные системы характеризуются рядом свойств, определяющих их (систем) отношение к внешним воздействиям, таких, как целостность, устойчивость, эластичность, инерция, емкость, допустимые пределы изменений. Кратко охарактеризуем эти свойства.

Целостность - внутреннее единство экосистем, обусловленное тесными взаимосвязями между составляющими их компонентами.

Устойчивость - способность к самосохранению и саморегулированию в пределах, не превышающих определенных критических величин (допустимых пределов изменений). Речь идет о способности экосистем сохранять свою структуру и основные функции при внешних воздействиях (в том числе антропогенных). Особую роль здесь играет биота, которая, трансформируя абиотическую среду, смягчает внешние воздействия.

Различают резистентную и упругую устойчивость. В первом случае имеется в виду свойство системы сопротивляться нарушениям, поддерживать свою структуру и функции, во втором — способность восстанавливать свое состояние (т. е. важнейшие на определенном временном интервале характеристики) после того, как структура и функции системы были нарушены.

Изменчивость - способность экосистем переходить из одного состояния в другое под влиянием внешних сил или факторов саморазвития. По глубине трансформации систем различают изменения в ходе функционирования, динамики и развития. Функционирование - это совокупность процессов передачи и превращения вещества и энергии, поддерживающая систему в определенном состоянии. Здесь происходят небольшие количественные изменения, которые носят ритмичный суточный и сезонный характер. Динамика представляет собой обратимые изменения, которые происходят в рамках структуры системы. К ним, например, относят многолетние периодические колебания, так называемые «восстановительные смены». В процессе динамики происходят более глубокие изменения, чем в процессе функционирования. Но они не ведут к качественной перестройке структуры, а лишь медленно подготавливают ее. Развитие (эволюция) - это необратимые изменения систем с коренной перестройкой структуры и формированием новых ландшафтов, что связано как с внешними воздействиями (природными и антропогенными), так и с внутренними ценотическими (саморазвитие). Такие экосистемы теряют устойчивость.

Эластичность - способность в некоторых пределах менять свое состояние под влиянием внешних факторов и возвращаться в исходное состояние при прекращении их действия.

Инерция - способность природных систем в некоторых пределах противостоять действию внешних факторов без изменения своего состояния.

Емкость - способность абсорбировать без изменения своего состояния чужеродные воздействия внешних факторов (посторонние вещества, избыточную энергию и т. п.).

Допустимые пределы изменений - максимальный и минимальный пределы параметров состояния природной системы, внутри которых она обладает устойчивостью и не разрушается.

В связи с рассматриваемыми свойствами природных систем представляет интерес предложенная Ю. А. Израэлем (1984) графическая схема состояния некоторой системы во времени при различных нагрузках (рис. 22.2).

Как следует из данных, представленных рисунке, чтобы избежать необратимых изменений природной системы, не следует выводить ее за некие пределы, т. е. желательно не выходить из зоны экологического резерва.

Изучение и учет экосистем имеют важное практическое значение, поскольку позволяют более грамотно формировать взаимодействие с окружающей природной средой. Это особенно важно при организации агроэкосистем, отличающихся от экосистем неустойчи­вым природным равновесием. В естественных условиях смена структуры экосистем (например, зарастание озер, заболачивание лесов и др.) происходит постепенно. При неуправляемом же вмешательстве сельскохозяйственного производства изменения могут проходить быстро и приводить к снижению устойчивости агроландшафтов и их деградации.

Хозяйственная деятельность влияет и на перестройку биоценозов в целом. Причем в отдельных регионах нарушение равновесия между материнской породой, стоком и почвой вызывает необратимые отрицательные изменения в ландшафтах. Примером может служить усиление процессов опустынивания.

Очевиден факт, что наряду с действительно целесообразными в природно-хозяйственном отношении антропогенными ландшафтами вследствие существенных экологических просчетов при организации природопользования возникают ландшафтные (в том числе и агроландшафтные) образования противоположного свойства.

При интенсивном сельскохозяйственном использовании земельного фонда, когда равновесие в агроэкосистемах поддерживается искусственно, необходимо знать и учитывать структуру агроландшафтов, их системообразующие свойства. Основным «целевым свойством» ландшафта является экологический потенциал — интегральная предпосылка его использования. Он характеризует способность ландшафта соответствовать требованиям, предъявляемым ему человеком. Во всех случаях организация агроэкосистем должна быть дифференцирована по типам и видам ландшафтов, основываться на зонально-провинциальных особенностях, типологических и индивидуальных свойствах.

Особенно важно, чтобы регуляция намечаемых хозяйственных нагрузок на агроэкосистемы осуществлялась в соответствии с их природной структурой. В противном случае, особенно в агроэкосистемах с неустойчивым природным равновесием, несоответствие сложившейся специализации сельского хозяйства потенциальным возможностям ландшафтного ресурса приводит к возникновению и развитию негативных процессов — потере агроэкосистемами устойчивости, нарушению ландшафтно-экологического равновесия на данной территории и т. д. Поэтому необходимо сопоставлять существенные функциональные структуры ландшафта и его потенциал, определять целесообразные направления рационального его использования.

Для этого необходимо оценить направление и скорость естественного развития каждого элемента ландшафта; изменение как отдельных компонентов, так и всей агроэкосистемы под влиянием производственной деятельности; вероятное развитие форм использования природного потенциала. Ландшафтное прогнозирование предполагает функциональное разграничение ландшафтных образований (процесс пространственного дифференцирования деятельности человека, придающей структурным участкам определенные функции). Например, в агроландшафте главной должна быть функция охраны и воспроизводства потенциала почвенного плодородия, в зависимости от которой решаются вопросы размещения сельскохозяйственного производства, формирования инфраструктуры и др.

Важным условием повышения устойчивости экосистем (и особенно агроэкосистем) служат разработка, совершенствование и строгое соблюдение экологических нормативов, стандартов, правил и других регламентов, регулирующих хозяйственную деятельность по использованию ландшафтов.

Наиболее распространенными показателями загрязнения природной среды являются предельно допустимые концентрации (ПДК) поллютантов, устанавливаемые по степени вредности веществ или рефлекторной реакции на них организма.

Однако ПДК, ПДВ (предельно допустимые выбросы) и другие аналогичные показатели далеко не всегда учитывают особенности трансформации загрязняющих веществ в природе, их способность накапливаться в биоте в конкретных физико-географических условиях. Установленные для отдельных природных компонентов, они не дифференцированы по регионам и малопригодны для ландшафтов в целом. В качестве более приемлемых экологических нормативов могут служить предельно допустимые экологические нагрузки (ПДЭН), которые более полно отражают внутренние свойства и потенциальные возможности экосистем. ПДЭН как совокупность внутреннего и внешнего воздействия, которая либо не меняет качество окружающей среды, либо меняет его в допустимых пределах, характеризует подверженность компонентов экосистемы воздействию факторов, изменяющих ее устойчивость, а также силу и активность этих факторов. Под качеством окружающей среды подразумевают возможность устойчивого существования природной или антропогенной экосистемы в данном месте при отсутствии неблагоприятных последствий для любой (но в первую очередь человеческой) популяции. Из-за разнообразия антропогенных факторов, действующих на компоненты реальной агроэкосистемы, практически невозможно предложить единый показатель допустимой нагрузки. Поэтому для каждого типа воздействия устанавливают свои требования к регламентам, которые могут преследовать природоохранные, социально-экономические, гигиенические, медицинские или другие цели. Например, уровень техногенного загрязнения ландшафтов считают допустимым, если не нарушаются газовые, концентрационные и окислительно-восстановитель­ные параметры, от которых зависит жизнедеятельность организмов, регулирующих биогеохимическое самоочищение, не изменяется биохимический состав продукции, что могло бы вызвать нарушение жизненных функций орга­низмов в пределах трофических цепей, не снижается биологическая продуктивность экосистем, сохраняется генофонд, необходимый для существования системы (Глазовская, 1988). ПДЭН как комплексный показатель устойчивости экосистем и ландшафтов характеризует структуру и функционирование систем через продуктивность, видовое разно­образие, интенсивность процессов и другие параметры, а также максимально допустимые пределы вмешательства в экосистемы при условии сохранения ими основных природных и экономических функций (антропогенные изменения экосистем и ландшафтов не должны выходить за некие пределы есте­ственных колебаний их параметров).

Одна из распространенных в настоящее время точек зрения заключается в том, что конечной целью экологического нормирования является стремление сохранить естественное течение сукцессионных процессов на основании определения норм состояния объекта посредством анализа параметров агроэкосистемы и интервалов их естественных колебаний, а также установления соответствующих пороговых и критических пределов. Этот этап называют экологической регламентацией. Следующий этап - это собственно экологическое нормирование, т. е. определение экологических нормативов на основании экологических регламентов.

Использование системы наиболее общих и симптоматичных интегральных параметров агроэкосистем позволяет оценивать отклонения от некоторого состояния, условно принимаемого за норму, а следовательно, и наблюдающуюся степень нарушенности. При таком подходе анализу подлежит триада: фактор воздействия - свойства агроэкосистемы (устойчивость) - степень воздействия (измененность).

При выборе параметров состояния агроэкосистем для целей экологического нормирования важно учитывать такие особенности, как достаточно высокая степень интегрированности и универсальности параметра; адекватность его реакции на разные формы и интен­сивность воздействия того или иного фактора на данную систему; высокая степень информативности. Кроме того, выбираемые методы определения параметра не должны вносить существенных изменений в агроэкосистему.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: