Концепция биопродуктивности экосистем, экологический мониторинг и финансирование экологических программ

Вопросы

Концепция биопродуктивности экосистем Экологический мониторинг на территории Саратовской области Динамика популяции Организация мероприятий по предотвращению эвтрофикации водоемов Планирование и финансирование экологических программ

Концепция биопродуктивности экосистем

«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляют собой экологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).

Главным предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества и энергии между биотой и физической средой, т. е. возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в целом. Это позволяет дать обобщенную интегрированную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих отдельных организмов многих видов, так как по биогеохимическим функциям, т. е. по характеру осуществляемых в природе процессов превращения вещества и энергии, организмы более однообразны, чем по своим морфологическим признакам и строению.

В настоящее время концепция экосистемы — одно из наиболее важных обобщений биологии — играет весьма важную роль в экологии. Во многом этому способствовали два обстоятельства, на которые указывает Г. А. Новиков: во-первых, экология как научная дисциплина созрела для такого рода обобщений и они стали жизненно необходимы, а во-вторых, сейчас как никогда остро встали вопросы охраны биосферы и теоретического обоснования природоохранных мероприятий, которые опираются прежде всего на концепцию биотических сообществ — экосистем. Коме того, как считает Г. А. Новиков, распространение идеи экосистемы способствовала гибкость самого понятия, так как к экосистемам можно относить биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания — от пруда до Мирового океана, и от пня в лесу до обширного лесного массива, например тайги. В связи с этим выделяют: микроэкосистемы (подушка лишайника и т. п.); мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и т. д.); макроэкосистемы (континент, океан) и, наконец, глобальную экосистему (биосфера Земли) или экосферу — интеграция всех экосистем мира.

Природные экосистемы — это открытые экосистемы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.

Запасы веществ, усвояемые организмами и, прежде всего, продуцентами, в природе небезграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, то жизнь на Земле была бы вообще невозможна. Такой «бесконечный» круговорот биогенных компонентов возможен лишь при наличии функционально различных групп организмов, способных осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых ими из окружающей среды.

С точки зрения пищевых взаимодействий организмов, трофическая структура экосистемы делится на два яруса: 1) верхний — автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий фотосинтезирующие организмы, создающие сложные органические молекулы из неорганических простых соединений и, 2) нижний — гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс» почв и осадков, в котором преобладает разложение отмерших органических веществ простых минеральных образований. Однако, чтобы разобраться в сложных биологических взаимодействиях в экосистеме, следует выделить ряд компонентов: 1) неорганические вещества (C, N, CO2, P, O и др.), участвующие в круговоротах; 2) органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) воздушную, водную и субстратную среду, включающую абиотические факторы; 4) продуцентов — автотрофных организмов, в основном зеленых растений, способных производить пищу из простых неорганических веществ; 5) консументов, или фаготрофов (пожирателей), -гетеротрофы, в основном животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества; 6) редуцентов, или сапротрофов (питающиеся гнилью), — гетеротрофных организмов, в основном бактерий и грибов, получающих энергию путем разложения отмершей или поглощения растворенной органики. Сапротрофы высвобождают неорганические элементы питания для продуцентов и, кроме того, являются пищей для консументов.

Экологический мониторинг на территории Саратовской области

Экологический мониторинг, проводимый на территории области, включает в себя государственный экологический мониторинг окружающей среды, осуществляемый в соответствии с законодательством Российской Федерации, и локальный мониторинг, осуществляемый на уровне субъектов хозяйственной деятельности.

Основными задачами экологического мониторинга являются:

— наблюдение за фактическим состоянием окружающей среды;

— выявление изменений, обусловленных природными и антропогенными воздействиями;

— оценка изменений и тенденций изменений, появляющихся под влиянием антропогенной деятельности;

— прогноз будущих изменений состояния окружающей среды;

— разработка программ по устранению последствий негативных процессов.

Наблюдение за состоянием атмосферного воздуха на территории области осуществляют следующие лаборатории.

ГУ «Саратовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» проводит систематические наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в городах области. Посты условно подразделяются на «городские фоновые» в жилых районах, «промышленные» вблизи предприятий и «авто» вблизи автомагистралей или в районах с интенсивным движением автотранспорта. Наблюдения проводятся три раза в сутки по четырем основным ингредиентам (пыль, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота) и по 13 специфическим показателям: бенз (а)пирен, ароматические углеводороды, оксид азота, гидрофторид, фенол, формальдегид, гидрохлорид, аммиак, растворимые сульфаты, сероводород, сероуглерод, тяжелые металлы, цианистый водород. А также санитарно-гигиенические лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Саратовской области» и ведомственные лаборатории осуществляют наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в санитарно-защитной зоне предприятий.

МОНИТОРИНГ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ Мониторинг поверхностных водных объектов и водохозяйственных систем на территории области осуществляют ГУ «Саратовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», ТУ Роспотребнадзора по Саратовской области, ведомственные лаборатории субъектов хозяйственной деятельности.

Проводятся систематические наблюдения, оценка и прогноз состояния поверхностных вод малых рек области и Саратовского водохранилища, а также сбор, анализ и обобщение гидрологической информации по речной сети области. Сеть ОГСНК по Саратовской области состоит из 20 гидрологических постов, на 9 из них проводятся гидрохимические наблюдения. На гидрологических постах проводятся ежедневные наблюдения за уровнем и температурой воды, скоростью течения, толщиной льда, состоянием водного объекта. На гидрохимических постах ведутся работы по мониторингу загрязнения поверхностных вод малых рек области и Саратовского водохранилища.

Существующая сеть постоянного наблюдения за загрязнением поверхностных водных объектов на территории области составляет всего 18% от необходимого объема. Для получения достаточно полной информации о состоянии поверхностных водных объектов на территории области наблюдения должны осуществляться на 45 гидрохимических и гидробиологических постах на малых реках и на 16 постах на Волгоградском и Саратовском водохранилищах.

МОНИТОРИНГ ЗЕМЕЛЬ На территории Саратовской области организация и осуществление мониторинга земель законодательно закреплены за Управлением Федерального агентства кадастра и объектов недвижимости.

Наблюдения за состоянием почвенного плодородия земель сельскохозяйственного назначения и за рядом негативных факторов, приводящих к образованию нарушенных земель (засоление, закисление, загрязнение тяжелыми металлами, радионуклидами и пестицидами), осуществляются Государственным научным учреждением НИИ Юго-Востока Россельхозакадемии и агрохимической службой области.

Агрохимическая служба области проводит ежегодный агроэкологический локальный мониторинг на реперных участках, заложенных в различных районах и природно-хозяйственных зонах области, а также на техногенно-загрязненных территориях, вблизи транспортных магистралей, Балаковской АЭС. Основу наблюдений составляют систематическое определение содержания основных агрохимических показателей почв, лимитирующих уровень эффективного плодородия, выявление характера и уровня загрязнения почв химическими элементами, в том числе тяжелыми металлами, радионуклидами, остаточными количествами пестицидов.

Результаты мониторинговых исследований позволяют оценить экологическую ситуацию на землях сельскохозяйственного назначения и принять соответствующие меры для улучшения плодородия почв и качества сельскохозяйственной продукции — разработать научно обоснованные рекомендации по применению приемов и технологий восстановления нарушенных земель.

МОНИТОРИНГ ЛЕСОВ В Саратовской области мониторинг лесов осуществляется областными государственными учреждениям лесхозами Министерства лесного, охотничьего и рыбного хозяйства области более чем по 100 показателям. Лесной мониторинг осуществляется по следующим направлениям:

· Общая характеристика лесного фонда;

· Пользование лесом;

· Мероприятия по лесовосстановлению;

· Оценка негативного влияния;

· Изменение площади, покрытой лесом;

· Мероприятия по защите леса от пожаров.

На сегодняшний день из-за недостатка финансовых средств техническая обеспеченность и реализация лесного мониторинга базируется на материалах учета лесного фонда, статической и ведомственной отчетности.

МОНИТОРИНГ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО МИРА Наблюдения за флорой и фауной области проводятся Министерством лесного, охотничьего и рыбного хозяйства области, Саратовским государственным университетом им. Чернышевского, Российским научно-исследовательским противочумным институтом «Микроб», ФГУ «Федеральная территориальная станция защиты растений в Саратовской области» и т. д.

В настоящее время назрела острая необходимость возобновления полномасштабного экологического мониторинга и создания банка данных животных и растительных ресурсов Саратовской области, в том числе лесов и водных биологических ресурсов, основанного на проведении инвентаризации флоры и фауны области.

РАДИАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ГУ «Саратовский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» проводит наблюдения:

— за мощностью экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения на местности;

— за загрязнением атмосферных выпадений.

ТУ Роспотребнадзора по Саратовской области проводит наблюдения в санитарно защитных зонах предприятий и организаций использующих в работе источники ионизирующего излучения. Проводятся спектрометрические исследования строительных материалов на отведенных под строительство участках, при приемке новых зданий и сооружений в эксплуатацию.

Экологический мониторинг в районах размещения радиационно-опасных объектов.

На Балаковской АЭС осуществляется непрерывный контроль радиационной обстановки с помощью системы «SkyLink», предоставляющей собой беспроводную телеметрическую систему, состоящую из датчиков и центрального поста приема и обработки информации. Датчики, размещенные в населенных пунктах зоны наблюдения, контролируют мощность дозы гамма-излучения, температуру окружающей среды и сейсмические параметры.

В районе размещения пункта хранения радиоактивных отходов ФГУП Саратовский зональный спецкомбинат «Радон» осуществляет постоянный радиационный контроль в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения.

Контроль проводит лаборатория радиационного контроля (ЛРК) спецкомбината. Объекты контроля: почва, растительность, грунт, вода и контрольных скважин.

Динамика популяции

Динамика популяции — это процессы изменений динамики основных биологических показателей во времени. При этом особое значение в изучении динамики популяций придается изменениям численности особей, биомассы и популяционной структуры. Подобные изменения могут быть связаны с процессами, спонтанно протекающими внутри самой популяции, вызваны воздействием абиотических факторов или же взаимодействиями между популяциями разных видов в пределах биоценоза.

Естественная среда постоянно претерпевает изменения, которые накладывают отпечаток на численность популяций того или иного вида. Изменчивость климата и количество доступной пищи, оказывая влияние на выживание плодовитость, непрерывно изменяют направление и скорость роста природных популяций. В природе до возраста, близкого к максимальному, доживает ничтожно малое число особей.

В средах, подверженных сезонным изменениям, размножение происходит только при благоприятном сочетании климатических факторов и ресурсов. Сезонные изменения температуры, влажности и запасов питательных веществ, кроме того, оказывают влияние на смертность либо непосредственно, либо косвенно.

Численность популяций регулируется равновесием между двумя противоположными тенденциями: внутренне присущим данной популяции потенциалом роста и ограничениям, накладываемым на этот рост средой.

В принципе любой организм способен увеличивать численность популяции за счет размножения. Однако в природе верхний предел численности практически никогда не достигается по ряду причин. Первая из них кроется в генетической структуре любого организма — это внутренне сопротивление. Оно выражается в том, что при благоприятных условиях выживают дают потомство обычно генетически неполноценные особи. В результате этого уменьшается жизнеспособность популяции в целом и ограничивается ее рост.

Вторым ограничителем роста популяции выступает внешняя среда, включающая всю совокупность абиотических и биотических факторов (особенно сопротивление среды). Каждый из этих факторов действует непосредственно и опосредованно.

В процессе естественного отбора организмы достигают наиболее благоприятного соотношения между энергией, затрачиваемой на рост и жизнедеятельность, и энергией, затрачиваемой на поиск источника пищи. У автотрофов эта эффективность складывается из полезной части световой энергии (преобразуемой в пищу) за минусом энергии, необходимой для поддержания энергоулавливающих структур. Эта величина зависит от времени, в течение которого доступна световая энергия фотопериода. Для животных критическим является отношение разницы между полезной энергией пищи и энергетической стоимостью поиска и поедания пищевых объектов ко времени, необходимому для поиска и поедания. Оптимизация достигается двумя путями: 1) минимизацией времени; 2) максимизацией чистой энергии или одновременным использованием обеих возможностей. Фактически — это отражение разных жизненных стратегий организмов.

Организация мероприятий по предотвращению эвтрофикации

водоемов

Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека.

Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.

Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако, в последние десятилетия, в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась.

Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ — азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отход животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки — несколько десятилетий и менее.

Антропогенное эвтрофицирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводят к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов.

Во время массового отмирания водорослей на дне водоемов могут отлагаться сотни тонн разлагающихся остатков. Продукты распада водорослей поглощают кислород воды, причем некоторые из них токсичны. Распад водорослей происходит не только в результате гниения, но и брожения. Образующиеся органические вещества используют как пищу некоторые бактерии, грибы, выделяющие в воды различные ароматические соединения; последние способствуют появлению в воде запахов и привкусов и благоприятствуют образованию на подводных предметах и растительности обрастаний (грибов, некоторых видов бактерий, водорослей, простейших).

Вследствие недостаточности наших знаний о закономерностях эвтрофикации и ее природы применяемые методы борьбы с этим явлением пока несовершенны. Используемые для этих целей медный купорос, некоторые пестициды, коагулянты, полиакриламид токсичны для рыб и водных организмов, поэтому не могут быть рекомендованы для борьбы с цветением воды на рыбохозяйственных объектах.

Наиболее целесообразным является сбор сине-зеленых водорослей путем их засасывания из поверхностных слоев воды при помощи плавучих насосных установок и транспортировки массы на поля фильтрации лили в бассейны для отстоя. После освобождения от избытка воды они могут быть использованы в качестве удобрений в сельском хозяйстве.

Планирование и финансирование экологических программ

До недавнего времени в нашей стране отсутствовали действенные экономические рычаги, воздействующие на сохранение и рациональное использование окружающей природной среды. Ныне в России создан и функционирует экономический механизм охраны окружающей среды. Его главная особенность — ориентация не на плановое централизованное финансирование из государственного бюджета, а в основном на экономические методы регулирования.

Согласно Закона Российской Федерации об охране окружающей природной среды (1991) основными задачами экономического механизма являются:

— планирование и финансирование природоохранительных мероприятий;

— установление лимитов использования природных ресурсов, выбросов и сбросов загрязняющих веществ;

— установление нормативов платы и размеров платежей за использование природных ресурсов, выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов и другие виды вредного воздействия;

— предоставление налоговых, кредитных и иных льгот при внедрении малоотходных и ресурсосберегающих технологий и нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране окружающей природной среды;

— возмещение вреда, причиненного окружающей среде и здоровью человека.

Платность природных ресурсов — важнейший элемент нового механизма финансирования.

Закон Российской Федерации об охране окружающей природной среды предусматривает плату не только за загрязнение окружающей природной среды, но и за использование природных ресурсов.

Платность природных ресурсов несомненно повышает материальную заинтересованность природопользователя в сохранении ресурсов и их рациональном использовании.

Закон Российской Федерации об охране окружающей природной среды предусматривает плату не только за загрязнение окружающей природной среды, но и за использование природных ресурсов. Плата за природные ресурсы взимается: а) в пределах установленных лимитов, б) за сверхлимитное не нерациональное использование природных ресурсов, в) на их воспроизводство и охрану.

Законом Российской Федерации предусмотрена плата за загрязнение окружающей природной среды. Плата за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ и размещение отходов как в пределах, так и сверх установленных лимитов. В первом случае платежи производятся за счет себестоимости продукции предприятия, во втором — за счет прибыли, которая полечена предприятием-загрязнителем. При этом из общей суммы 90% платежей перечисляют во внебюджетные экологические фонды, а 10% - в доход федерального бюджета.

Для реализации различных природоохранных задач: восстановления потерь в природной среде, компенсации вреда здоровью граждан, строительства очистных сооружений, материального обеспечения эколого-просветительного направления и т. д. создана единая система внебюджетных государственных экологических фондов.

Экологические фонды способствуют также развитию таких прогрессивных механизмов финансирования природоохранной деятельности, как:

— вложение средств в формирование начального капитала предприятий, создаваемых для производства продукции природоохранного назначения;

— выдачу гарантий коммерческим банкам по ссудам и кредитам предприятиями на реализацию природоохранных проектов.

1) Коробкин В. И., Передельский Л. В. «Экология», изд-во «Феникс», 2001

2) Ручин А. Б. «Экология популяций и сообществ», издательский центр «Академия», 2006

3) Справочник «Охрана природы» под редакцией К. П. Митрюшкина, 1987 г.

4) С. И Калмыков, Ю. М. Мохонько «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», 2007

5) Доклад о состоянии и об охране окружающей среды в Саратовской области в 2006 г.