Устойчивость и изменчивость агроэкосистем

22.2. 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 агроэкосис-темах, как известно, к таковым относят процессы эрозии и дефляции; загрязне­ние почв и природных вод химически­ми веществами, вымываемыми из мине­ральных удобрений и ядохимикатов; эв-трофирование 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 ландшафт-но-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.

Рекомендуемые материалы

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 временнбм интервале характеристики) после того, как структура и функции си­стемы были нарушены.

Изменчивость — способность экоси­стем переходить из одного состояния в

437

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 ценоти-ческими (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

h=f(t) А

Время (t)

Рис. 22.2. График функции состояния элементов

некоторой системы во времени h{t) при различных

нагрузках (Израэль, 1979):

/ и 7— нижний и верхний критические пределы измене­ний; 2 и 6— нижний и верхний пределы допустимых из­менений (пределы воздействия на систему); 3 — функция фактического состояния системы при антропогенном воздействии; 4— нормальное состояние системы; 5— возбужденное состояние системы. Интервалы ме фактическим состоянием (кривая 3) и верхним (6) и нижним (2) допустимыми пределами воздействия харак­теризуют «экологический резерв» воздействия

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.

438

е.

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 аг-роландшафтные) образования противо­положного свойства.

При интенсивном сельскохозяй­ственном использовании земельного фонда, когда равновесие в агроэкосис-темах поддерживается искусственно, необходимо знать и учитывать структу­ру агроландшафтов, их системообразу­ющие свойства. Основным «целевым рвойством» 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 агроэко-системах с неустойчивым природным равновесием, несоответствие сложив­шейся специализации сельского хозяй­ства потенциальным возможностям ландшафтного ресурса приводит к воз­никновению и развитию негативных процессов — потере агроэкосистемами устойчивости, нарушению ландшафт -но-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 антропоген-

Рекомендация для Вас - 16 Венская конвенция 1961 года о дипломатических сношениях.

439

ной 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 агроэкосисте-мы, 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 сукцес-сионных процессов на основании опре­деления норм состояния объекта по­средством анализа параметров агроэко-системы 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 агро-экосистемы (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.