Оценка степени антропогенных изменений природной среды

Книги / Экология и контроль состояния природной среды. Израэль Ю.А. 1979 г. / Экология и контроль состояния природной среды. Израэль Ю.А. 1979 г / 3.3 ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ АНТРОПОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ БИОСФ

Оценка изменений и тенденций изменений состояния окружающей среды должна дать ответ на вопрос о неблагополучии положения, указать, чем именно обусловлено такое состояние, помочь определить действия, направленные на восстановление или нормализацию положения, или, наоборот, указать на особо благоприятные ситуации (кратковременные или долговременные), наличие природных возможностей, что позволит эффективно использовать имеющиеся экологические резервы природы в интересах человека.

Таким образом, для оценки состояния окружающей природной среды с учетом изменений антропогенного характера необходимо уметь, с одной стороны, определять возможный ущерб от естественного и антропогенного воздействия, а с другой — уметь рас-

познать дополнительные природные возможности для использования их в интересах человека. Для этого нужно знать величину предельно допустимых нагрузок на среду и экологический резерв данной экосистемы. Рассмотрим эти вопросы последовательно.

Можно условно различать ущерб экологический, экономический и эстетический [6]. Нетрудно предположить, что экологический ущерб прямым образом зависит от степени воздействия различных факторов на биосферу; экономический и эстетический ущербы в значительной степени связаны с экологическим.

Рассмотрим вначале вопросы экологического ущерба и резервов экосистемы. Экологический ущерб от какого-либо воздействия определяется величиной отклонения от некоторого состояния (характеризующего границу допустимого) экосистемы, сообщества, популяции под влиянием данного воздействия.

Неблагоприятные явления могут наступить уже при небольшой степени отклонения состояния от оптимального, но с различной вероятностью — с тем большей, чем больше такое отклонение; при переходе через критический уровень — с очень большой вероятностью (за критический уровень можно принять 50%-ную или 100%-ную вероятность появления необратимых изменений).

Для того чтобы лучше понять вопрос об отклонениях состояния от оптимального, введем некоторую функцию состояния экосистемы или другого элемента биосферы (см. гл. 2, разд. 2.1), характеризующую, например, продуктивность, скорость обмена вещества и энергией в системе, или комбинацию этих или других аналогичных факторов, соответствующих структурным или функциональным показателям экосистемы [9]. Эта функция η(R, t), меняющаяся в пространстве и времени, может быть записана для экосистемы в целом или любой популяции и рассмотрена затем в допустимых для нее пределах.

В работе [15] обсуждаются вопросы стабильности переменных. Для оценки устойчивости экосистемы вводится универсальная функция, названная мерой

гомеостаза, равная отношению функциональных показателей экосистемы к структурным.

Очевидно, можно определить критические и предельно допустимые значения функций % и т]д, которые должны отличаться друг от друга (иногда возможно совмещение этих уровней) . В большинстве случаев функция η _к (так же как и т]д) имеет два множества значений — максимальные и минимальные, а интервал допустимых значений (и оптимальные значения) лежат между ними; изменение η во времени обусловлено изменением внешних природных условий (температуры среды, влагообеспеченности и т.п.).

Очевидно, что любое отклонение экосистемы от фактического под действием внешних факторов определяется степенью воздействия этих факторов на л-экосистему.

Тогда можно записать [аналогично формуле (2.4)], что под влиянием данного воздействия А _псостояние экосистемы из первоначального (фонового или уже несколько измененного по сравнению с фоновым), характеризуемого функцией η ₀, переходит в фактическое (измененное) состояние, характеризуемое функцией

Экологический ущерб связан с таким отклонением, которое наносит обратимый или необратимый ущерб экосистеме; в этом случае признаком экологического ущерба являются возможные «поломки», изменения на популяционном уровне, уровне сообщества.

Разница между фактическим и предельно допустимым (а иногда и критическим) состояниями экосистемы может быть названа экологическим резервом этой экосистемы.

Если рассматривать воздействия на биотическую составляющую биосферы, то, очевидно, что экологический ущерб зависит от того, каким дозам, с какой интенсивностью, каким воздействиям, какое количество организмов (и каких) будет подвергнуто.

Можно утверждать, что степень воздействия на живую составляющую биосферы зависит от интенсивности

I воздействующего на биосферу фактора (концентрации загрязняющего вещества, интенсивности излучения и т.п.), эффекта биологически вредного воздействия ε (например, токсичности для данной популяции и экосистемы), который может зависеть от I нелинейно, количества организмов N_nm m-популяции n-экосистемы, подвергающихся воздействию, и чувствительности K_m m-популяции в экосистеме к данному воздействию [8]. При оценке воздействия нужно учитывать одновременное воздействие всех факторов, действующих в различных средах.

В свою очередь, концентрация загрязняющих веществ, меняющаяся в пространстве и во времени I_il (R, t) (или интенсивность воздействия какого-либо фактора), является функцией источников Q_i(R, t) и зависит от рассеивания и перемещения, т.е. от гидрометеорологических или физических характеристик среды

где υ_R, w_R υ _z — скорость ветра, коэффициент турбулентной диффузии, скорость гравитационного осаждения соответственно.

где q_ij— количество i-го вещества, выбрасываемого отдельными j-источниками. От их распределения в пространстве существенным образом зависит распределение I_i(R).

При оценке степени воздействия предполагается знание закономерностей превращения данного ингредиента i-го класса в другой (i+1)-й класс и знание закономерностей перехода из одной среды в другую (l → l + 1)

где ω _i и μ _l — коэффициенты соответствующих превращений или переходов.

Таким образом, степень (величина) воздействия А_п в общем виде может быть записана для n-экосистемы (сообщества) в определенном регионе (районе)

где v_{i,i + k} характеризует эффект одновременного воздействия i-го, (i +k)-гo (и любого другого) ингредиентов; ζ_m,m+k , — коэффициент, учитывающий эффект одновременного воздействия на m-ю, (m + k)-ю (и любую другую) популяцию данной экосистемы; С_ilт — геометрический фактор, учитывающий воздействие на данный организм (элемент биосферы) фактически распределенного во времени и пространстве I. Этот фактор учитывает, например, соотношение распределений концентрации i-го вещества во внешней среде и в организмах m-популяции.

Если А_п оценивается в абсолютных значениях экологического ущерба для данной экосистемы, сообщества, то в формулу вводится коэффициент K_m, характеризующий значимость (или в некоторых случаях чувствительность или критичность) m-популяции в данной экосистеме, при этом 0 ≤ K_m ≤ 1; при K_m = 0 данная популяция не является значимой для данной экосистемы и может выпасть или быть заменена какой-либо другой популяцией. Для уникальных экосистем для любой популяции K_m > 0.

Коэффициент K_m равен единице для важнейших популяций и в первую очередь для человеческой. Для каждой экосистемы могут быть выделены важнейшие популяции. Так, для полярных экосистем такой популяцией является популяция лемминга (по утверждению академика С.С. Шварца); для экосистемы оз. Байкал — зоопланктон эпишура.

Формула (3 6) справедлива и для абиотических элементов биосферы (в этом случае т обозначает

номер любого элемента биосферы). Более того при общей универсальной оценке степени воздействия и экологического ущерба в формуле (3.6) должны учитываться как биотические, так и абиотические составляющие биосферы.

Формулой (3.6) можно воспользоваться для оценки состояния биосферы, оценки экологического ущерба. Эта формула может быть полезной и при оценке экономического ущерба, а также при обосновании системы мониторинга состояния окружающей природной среды Она является слишком сложной для практического использования, но может быть существенно упрощена путем выделения важных, наиболее значимых, входящих в эту формулу компонент.

Для многих случаев можно положить v_{i,i + k}, ζ_m,m+k , т.е. пренебречь дополнительным усилением или ослаблением суммарного воздействия при одновременном действии нескольких ингредиентов (отсутствие синергизма или антагонизма) или одновременном действии какого-либо ингредиента на несколько популяций в экосистеме.

Можно рассматривать только такие популяции, для которых можно считать K_m ≈ 1.

Рассматривая степень воздействия в каждый момент времени для какой-либо среды l, можно записать в указанных выше предположениях

Данная формула более проста для практического использования

Для того чтобы практически оценить общее воздействие разнообразных и разнородных факторов и определить таким образом экологический ущерб, наносимый данной экосистеме, величину b_ilm = I_ilC_ilmε _ilm в подынтегральном выражении формулы (3 6) или (3.7) необходимо выражать в сравнимых единицах, например, в величинах предельно допустимых b_ilm (0) или критических b_ilm (mах) значений данного фактора воздействия, остальные величины —

в относительных единицах или нормированном виде. Обозначим при этом А_п через А_п (0) и А_п (тах) соответственно. Распределение численности данной популяции следует выражать в нормированном виде

Сравнение значений А_п за различные интервалы времени позволит определить тенденции в изменении состояния отдельных экосистем (в случае, если состояние экосистемы существенным образом определяется степенью воздействия и зависит от воздействия одинаковым образом во времени).

Величину воздействия А_п условно можно считать для экосистемы допустимой, если, например, соблюдаются следующие условия:

Источник