Методологические основы экологической оценки агроландшафтов
22.5. Методологические основы экологической оценки агроландшафтов
Сельскохозяйственная организация территории должна осуществляться с учетом ее ландшафтно-типологичесш и региональных различий. Одной из важнейших задач рациональной организации территории является формирование такого морфологического облика агроландшафта, который отличался бы не только высокой продуктивностью, но и экологическим разнообразием, эстетической привлекательностью и, кроме того, удовлетворял бы санитарно-гигиеническим требованиям.
Такая организация сельскохозяйственной территории может быть достигнута на основе глубокого изучения, анализа и учета ландшафтной неоднородности земельного фонда, разработки конкретных землеустроительных, лесовосста-новительных, мелиоративных и других проектов, которые должны предусматривать оптимальное сочетание параметров хозяйственной нагрузки в конкретном ландшафте. Важнейшим нормативным критерием здесь является уровень допустимого однообразия агроландшафтов: оптимальное сочетание технологических условий территории (размеры и конфигурация полей и т. д.) и биотических составляющих (участки лесов, полей, лугов, кустарников, болот и т. д.).
448С экологической точки зрения современный ландшафт — это целостная система взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов. Необходимой предпосылкой для грамотного управления процессами использования ландшафта является разработка теоретико-методологических основ решения конкретных практических задач. При этом к вопросам первоочередной важности относится оценка устойчивости современного ландшафта (в том числе и аграрного) и его оптимизации.
В соответствии с приводившейся ранее общей трактовкой понятия «устойчивость», по отношению к ландшафту ее можно рассматривать как способность сохранять свои структуру и функции при внешних воздействиях.
Под оптимальным понимают ландшафт, структуры и функции которого максимально соответствуют возможностям и потребностям нормального сбалансированного развития отдельных его компонентов или определенным целям его использования. В соответствии с этим оптимизация ландшафта — это комплекс мероприятий по сохранению или модификации существующих и формированию новых связей между различными составляющими ландшафта в целях его рационального использования, сохранения полезных свойств (в том числе и природных ресурсов) и предупреждения их возможной утраты, установление максимально полного соответствия природного потенциала ландшафта социально-экономическим функциям, задаваемым ему человеком. В оптимизации техногенных ландшафтов главное место занимает целенаправленное восстановление или реконструкция природно-техногенных комплексов, обеспечивающая возобновление и повышение их продуктивности, природоохранной, хозяйственной, санитарно-оздоровительной и эстетической ценности.
При оценке экологической устойчивости и оптимизации ландшафта рекомендуется учитывать следующие соображения.
1. Оценка состояния и прогнозирование изменений в ландшафтах должны осуществляться на основе системного изучения, так как научно доказано на-
личие биотической саморегуляции и самоорганизации (в той или иной степени) ландшафта как системы, обладающей территориальной устойчивостью и четкой ограниченностью в пространстве.
Рекомендуемые материалы
2. Системный подход к ландшафту позволяет выявить его структуры, а также существенные связи компонентов в пространстве и во времени, отсюда вытекает возможность поиска вариантов, принципов и методов согласования взаимоотношений для различных типов ландшафта.
3. Экологическая стабильность и продуктивность экосистем (агроэкосис-тем) тесно связана с разнообразием абиотических и биотических элементов ландшафта, поэтому особенно важно грамотно оценить сложившиеся ландшафтные структуры и предполагаемые их модификации на основе учета коэффициентов экологического разнообразия.
4. Экологическая устойчивость ландшафта включает как устойчивость к антропогенным нагрузкам, так и гибкость системы в ее реакции на то или иное нарушение, поэтому при оценке вещественно-энергетических и других связей между компонентами необходимо определять потенциальные нагрузки на ландшафт.
5. Для определения оптимальной структуры и функциональных связей отдельных агроэкосистем в соответствии с эколого-экономическим потенциалом агроландшафта следует принимать во внимание первичную биологическую продукцию, пространственно-временное распределение популяций организмов по трофическим цепям, биоразнообразие.
Диагностируя фактическое состояние конкретных ландшафтов и оценивая возможности их использования и развития, нельзя не учитывать (по определению) как особенности состояния природно-территориального комплекса, так и наличествующие техногенные системы. Соотношение тех и других можно рассматривать в качестве критериальной основы для характеристики степени пригодности ландшафта к использованию в сельскохозяйственных целях (для формирования агроланд-
449шафта той или иной направленности). При этом требуется располагать разносторонней обстоятельной информацией, сбор и систематизация которой являются первоочередным этапом последующих разработок.
Агроландшафты являются целостными генетически однородными пространственно-временными единицами, несмотря на то, что определенная часть их естественного растительного покрова заменена агроценозами.
Характеристика агроландшафтов должна содержать объективные сведения об особенностях геологического строения территории и современных геоморфологических процессах (карст, оползни, суффозия); о рельефе и составе почвенных разностей; об агроклиматических и агрометеорологических условиях, о водном балансе, состоянии растительного и животного мира.
Например, для анализа и оценки по-чвенно-мелиоративных условий необходимы данные о площади почв по их основным классификационным единицам, агрохимических характеристиках, площадях, подверженных эрозии и дефляции, оползням, вторичному засолению, заболачиванию и т. д. Должна быть раскрыта причинная обусловленность отрицательных природных процессов и тенденций их развития, разработана система мер борьбы с неблагоприятными явлениями. Очень важно определить перспективные площади для сельскохозяйственного освоения и необходимые для этого мелиоративные работы. Необходимо также оценить потери земельных угодий, вызванные необоснованным отводом земель.
Столь же подробные характеристики должны быть даны и по другим компонентам ландшафта. При этом весьма существенно, чтобы при покомпонентном анализе как основе последующих интегральных обобщений получили должное освещение наиболее значимые особенности компонент, оказывающие как прямое, так и косвенное воздействие на состояние и развитие ландшафта, целесообразные направления его хозяйственного использования, пути и способы модификации и т. д. Так, при рассмотрении морфологической структуры уместно обратить внимание на состав и
450
соотношение урочищ, степень нару-шенности пространственной структуры, а также на межэкосистемные абиотические связи в агроландшафте.
Для соответствующих практических решений представляет интерес предложенный В. М. Фридландом (1967) индекс антропогенной преобразованности конкретной территории (Иат), который определяют по формуле
Иа.т = rg„Jg,
где г— ранг антропогенного преобразования в баллах; g — площадь исследуемой территории, % от общей земельной площади; g— общая земельная площадь.
Региональный же индекс антропогенной преобразованности (Иа ) можно представить как
п i=
При этом
г >И <гтах
'а.т — **а.р — 'а.т •
Равновесное состояние агроландшафтов достигается путем оптимизации круговорота веществ и потоков энергии. Оценка тенденций изменения геохимической активности среды дает достаточно репрезентативный показатель для прогнозирования ее возможной самоочистки. Основную роль в стабилизации биогеоценотического процесса играют почвы, выступающие в качестве своеобразного связующего звена, регулятора и преобразователя различных вещественно-энергетических потоков. Отсюда вытекает первостепенное значение сохранения и поддержания саморегулирующихся свойств почв. Несомненно, что и устойчивость агроландшафтов к антропогенным воздействиям в значительной мере зависит от степени устойчивости обрабатываемых пахотных земель к разнообразным нагрузкам техногенного происхождения.
По данным М. А. Глазовской, регулируя скорость геохимических превращений и интенсивность выноса токсичных веществ из агроэкосистем, можно управлять их устойчивостью, т. е. способностью к самоочищению. При этомдоминирующее значение принадлежит узловым звеньям миграционной структуры территории. Это те геохимические барьеры, от которых в основном зависит степень накопления и выноса техногенных веществ. Так, количественная оценка влияния лесных фитоценозов на окружающую среду позволила выявить их роль как биогеохимического барьера, значимость в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур, способность к воспроизводству чистой воды и кислорода, восстановлению деградированных почв и т. д.
Конечно, нельзя упускать из виду, что устойчивость ландшафта (агроланд-шафта) в первую очередь зависит от метеорологических и климатических условий. В этой связи особенно важен учет факторов, определяющих энергетические процессы в ландшафте. В частности, энергетику основных абиогенных и биогенных процессов в ландшафте, а также скорость и направление геохимических превращений техногенных продуктов определяет радиационный баланс. Нельзя также недооценивать значение режима увлажнения и т. д.
Только комплексный подход, интегрирующий многообразие факторов, взаимосвязей и взаимозависимостей, позволяет грамотно и конструктивно решать задачи формирования устойчивых и оптимальных ландшафтов.
Для характеристики состояния, устойчивости и некоторых других аспектов ландшафтов рекомендуется применять следующие комплексные оценки.
1. Технологические оценки, определяющие степень пригодности агроланд-шафта для конкретного вида хозяйственной деятельности. Здесь целесообразно учитывать природно-ресурсный потенциал и эколого-хозяйственное состояние территории, кадастровые данные о ландшафтах, экспертные и прогнозные оценки, стоимостные показатели.
2. Оценки, отражающие степень понижения устойчивости агроландшафта в зависимости от различных воздействий, в том числе: биоэкологические (по степени неблагоприятных изменений биотической компоненты и ее генофонда); демэкологические (по степени природных изменений, неблагопри-
ятных для здоровья человека и его социального статуса), устанавливаемые посредством использования биоиндикационных методов, различных норм с учетом предполагаемого развития конкретных территорий.
3. Оценки, характеризующие степень изменения агроландшафтов путем сравнения показателей фактических или прогнозируемых состояний с показателями нормативов как для абиотической, так и для биотической составляющей (ГОСТы, ПДЭН, региональные и местные нормы, индикаторы и др.).
С позиций системного подхода, учитывающего особенности формирования и функционирования ландшафтов, представляются возможными следующие предпосылки оптимизации агроландшафтов.
Во-первых, формирование и поддержание на оптимальном уровне структуры и функционирования земельных угодий, обеспечивающих необходимое разнообразие и устойчивость агроландшафта. При этом необходимо основываться на геоэкологическом мониторинге ландшафтного фонда, что позволяет объединить различные типы агроэкосистем, урочищ и фаций в гомогенные по утилитарно-экологическим функциям группы.
Во-вторых, экологическая оптимизация агроландшафтов должна обеспечивать восстановление и сохранение местного генетического фонда живой природы, а также восстановление и сохранение естественных ценозов.
В-третьих, восстановление и сохранение обводненности территории, которая должна соответствовать естественному фону данного ландшафтного образования. В этом отношении важны стабилизация и поддержание природно-обусловленного уровня поверхностных и грунтовых вод, возрождение утраченных водотоков и родников. Достаточно значимы экспертиза проводимых водохозяйственных мероприятий и функционирующих гидротехнических сооружений, установление экологических критериев регулирования и использования местного и транзитного стока поверхностных вод.
В-четвертых, экологическая оптимизация агроландшафтов обеспечивается
451целенаправленным развитием сети охраняемых природных территорий различных рангов и статуса (от микрозаказников до заповедников). При этом необходимо учитывать как ландшафт-но-географические (уровни организации и иерархию ландшафтов), так и биоэкологические (наличие природно-миграционных русел, транзитных коридоров, очагов выживания) предпосылки.
Учету и сохранению подлежат также эстетические и этические ценности, рекреационно-культурные ресурсы аг-роландшафта.
Рассматривая вопросы устойчивости и оптимизации ландшафтов, очень важно располагать системой количественных оценок и характеристик изучаемых процессов. В этой связи заслуживает внимания возможность оценивать степень экологической устойчивости ландшафта с помощью коэффициента экологической стабилизации (КЭСЛ), интегрирующего качественные и количественные характеристики абиотических и биотических элементов ландшафта.
Согласно В. А. Баранову, первый метод оценки с помощью этого коэффициента основан на определении и сопоставлении площадей, занятых различными элементами ландшафта, с учетом их положительного или отрицательного влияния на окружающую среду:
YF КЭСЛ] =-~: ,
2-i * НСТ
1=1
где F„— площади, занятые стабильными элементами ландшафта — сельскохозяйственными культурами и растительными сообществами, оказывающими на него положительное влияние (леса, зеленые насаждения, естественные луга, заповедники, заказники и пахотные земли, занятые многолетними культурами: люцерной, клевером, травосмесями); FHCJ — площади, занятые нестабильными элементами ландшафта (ежегодно обрабатываемые пашни, земли с неустойчивым травяным покровом, склонами, площадями под застройкой и дорогами, зарастающими или заиленными водоемами, местами добычи полезных ископаемых, другими участками, подвергшимися антропогенному опустошению).
Оценку ландшафта производят по следующей шкале:
452
КЭСЛ) Характеристика ландшафта
< 0,5 Нестабильность хорошо выражена
0,51...1,00 Состояние нестабильное
1,01...3,00 Состояние условно стабильное
4,51 и более Стабильность хорошо выражена
Биотические элементы ландшафта оказывают неодинаковое влияние на его стабильность. Для оценки необходимо учитывать не только их площадь, но и внутренние свойства, а также качественное состояние (влажность и профиль биотопа, структура биомассы, геологическое строение, местоположение и морфология поверхности):
п
КЭСЛ2=^-----,
где ^ — площадь биотического элемента; К33-коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов (например, площадь застройки —0; пашня —0,14; виноградники — 0,29; хвойные леса — 0,38; сады, лесные культуры, лесополосы — 0,43; огороды — 0,5; луга — 0,62, хвойно-широколиственные леса —0,63; пастбища — 0,68; водоемы и водотоки—0,79; лиственные леса— 1,0); ^ — коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа (1,0 — стабильный, 0,7 — нестабильный, например, рельеф песков, склонов, оползней); FT — площадь всей территории ландшафта.
Оценку ландшафта производят по следующей шкале:
КЭСЛ2
<0,33 0,34...0,50 0,51...0,66 Более 0,66
Характеристика ландшафта
Нестабильный Малостабильный Среднестабильный Стабильный
Расчеты по КЭСЛ! и КЭСЛ2 дают основную информацию о степени экологической устойчивости исследуемого ландшафта, необходимую для выбора соответствующих мероприятий по его защите и переформированию.
22.6. УСТОЙЧИВОСТЬ АГРОЭКОСИСТЕМ
Современные агроэкосистемы — один из ключевых факторов формирования и развития биотехносферного пространства и незаменимое средство жизнеобеспечения человечества, поэтому они играют важную функциональную роль в процессах, происходящих вживаться на устойчивом уровне биотой экосистем.
Параметрами устойчивости агроэко-системы являются функции, режимы и свойства почвы; структура, организация и продуктивность агрофитоценоза; структура и организация микробного сообщества; интенсивность и сбалансированность биогеохимического круговорота.
Для количественной оценки устойчивости экосистемы учитывают связь воздействующих факторов (тип, интенсивность, длительность, количество возмущений и др.), а также связь экосистем с основными параметрами, ответственными за ее устойчивость, и областями (зонами) устойчивого состояния. Таких зон может быть от одной до нескольких.
Изменение структуры экосистемы или переход ее параметров в область неустойчивого состояния обусловливают потерю устойчивости. Если переход от одной области устойчивого равновесия в другую сопровождается сохранением внутренних связей экосистемы, проявляется свойство ее упругости, т. е. при переходе из одной области устойчивого равновесия в другую внутренние связи экосистемы сохраняются. Способность экосистемы вернуться в прежнюю область устойчивого равновесия после временного воздействия природного или антропогенного фактора характеризует ее стабильность. Названные категории пригодны и для характеристики антропогенных экосистем. Основная проблема в этом случае заключается в качественной и количественной формализации соответствующих категорий применительно к особенностям агроэкосистемы.
Несомненно, что в ряду параметров, ответственных за устойчивость и стабильность агроэкосистемы, первостепенное значение имеет продуктивность агроценозов, падение которой по самым разным причинам (например, дефицит или избыток элементов минерального питания, засуха или переувлажнение, деградация почвы и т. п., рис. 22.4) ниже заданного уровня свидетельствует о переходе агроэкосистемы в неустойчивую область. Однако снижение урожайности — это уже
конечная фаза реакции агроэкосистемы на имеющиеся возмущения, которой предшествуют изменения других параметров, таких, как и активность микробного сообщества, сбалансированность биогеохимических циклов элементов, уровень плодородия почвы.
Контроль за названными параметрами позволяет выявить скрытые формы нарушений устойчивости и достаточно оперативно поддерживать стабильность агроэкосистемы, т. е. сохранять заданные характеристики параметров в течение определенного промежутка времени. Следовательно, устойчивость и стабильность агроэкосистемы недостаточно рассматривать в виде простой функциональной зависимости между каким-либо воздействующим фактором и одним из параметров, ответственных за устойчивость, как это распространено в большинстве современных моделей.
Более объективную оценку могут дать комплексные почвенно-агрохими-ческие, эколого-физиологические и эколого-токсикологические исследования с применением методов системного анализа и математического моделирования. Наибольшая трудность заключается в выделении зон устойчивости агроэкосистемы, определении их границ и времени сохранения или достижения нового устойчивого состояния при наличии кратковременных или постоянных воздействий, поскольку эти вопросы еще не разработаны в полной мере даже в концептуальном плане.
В лекции "6.3. Расширения программ просмотра" также много полезной информации.
Рассмотрим некоторые закономерности отклика основных слагаемых агроэкосистемы, которые одновременно являются и параметрами ее устойчивости (микробное сообщество, агрофито-ценоз, почва), на действие аграрных форм антропогенного фактора.
22.7. РЕАКЦИЯ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА НА АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
Микробное сообщество, которое в основном определяет биохимические свойства почвы, представляет собой совокупность совместно обитающих орга-
454
низмов разных видов, составляющих определенное экологотрофное единство. Из всех биотических компонентов экосистемы микробное сообщество наиболее чувствительно к изменениям экологической обстановки, происходящим в ходе сельскохозяйственного освоения экосистем, и наличию других форм антропогенного воздействия, в том числе и загрязняющих веществ. В ответ на возрастающие антропогенные нагрузки микробное сообщество претерпевает структурно-функциональные изменения, выражающиеся в последовательной смене четырех адаптивных зон. Каждой из них свойствен определенный интервал воздействующей нагрузки, определяющий совокупность изменений активно функционирующего в почве микробного сообщества, обеспечивающих его приспособление к данным условиям.
В первой адаптивной зоне (зона го-меостаза), характерной для низкого уровня нагрузки, происходит изменение общей биомассы микробного сообщества при постоянстве его состава и организации (табл. 22.4).
