3. Идеология экологизма и антропоцентризма

Первый «закон» экологии: все связано со всем

Этот закон отражает существование тесных связей в биосфере между живыми организмами и физико-химическими свойствами окружающей природной среды. Любое изменение в качестве физико-химического состояния природной среды передается как внутри экосистемы, так и между ними, влияет на их развитие и биосферы в целом. В качестве примера можно привести ситуацию, сложившуюся в экосистеме Азовского моря. Всего полвека назад продуктивность Азовского моря была в 1,5 раза выше, чем Северного, в 8 раз – Балтийского и в 25 раз – Черного. Кроме того, в Азовском море вылавливали ценные осетровые породы рыб. Но в связи с использованием стока Дона и Кубани для орошения и других хозяйственных нужд возросла соленость воды. Это привело к нашествию черноморских медуз, которых раньше здесь вообще не было. Это нарушило экологическое равновесие Азовского моря. Медузы поедали планктон, которым раньше питалась мелкая рыба, бывшая, в свою очередь, пищей для гораздо более крупных рыб. Уловы ценных пород упали с обычных 90000 т до 5700 т. [52].

Второй «закон» экологии: все должно куда- то деваться

Действие этого закона - одна из главных причин экологического кризиса. Огромные количества веществ извлекаются из недр Земли, преобразуются в новые соединения, которые рассеиваются в окружающей природной среде, включаясь в биохимические круговороты. Некоторые их них, химически активные, способны вступать в реакцию с белками, замещать биогенные элементы, влиять на развитие живых организмов. Они очень опасны. Б. Коммонер рассматривает это на примере ртути, содержащейся в использованной батарейке или транзисторе, которая проходит свой путь в окружающей среде: «мусорный контейнер – мусоросжигательная фабрика – атмосфера – водоем – метилирующие ртуть бактерии – зоопланктон – рыба – человек». До конца доходит небольшое количество ртути, но все же доходит, накапливается и оказывает свое воздействие.

Не менее опасны многие сотни органических соединений – ксенобиотиков, которые рассеяны в биосфере, включились в глобальный круговорот, накапливаются во все новых поколениях рыб, птиц, зверей, людей. Например, ДДТ, его содержание в микроводорослях и бактериях в 20 – 100 раз больше, чем в воде, в теле рыб – в 5 - 12 тыс. раз, в теле водоплавающих птиц, питающихся рыбой, – в 30 - 100 тыс. раз. В начале 80-х г. жители разных стран Земли содержали в своем теле от 2 до 5 мг ДДТ на каждый кг веса тела [8].

Третий «закон» экологии: природа знает лучше

Этот закон базируется на результатах возникновения и развития жизни на Земле, на естественном отборе в процессе эволюции жизни. Главный критерий этого отбора – вписанность в биотический круговорот. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент. Человек же вопреки этому закону создал вещества, материалы, изделия, которые не подвержены биологическим повреждениям, биокоррозии и не могут быть обезврежены природой (например, полиэтилен, ДДТ и др.). Таким образом, человечество, воздействуя на биосферу как мощная "геологическая сила" вызывает в ней необратимые процессы, которые могут перерасти в глобальный кризис. Выход один – найти приемлемый для природы и достойный для человечества компромисс. Б. Коммонер в своей лекции "Экология и социальные действия" внес дополнение в формулировку закона: "Природа знает лучше, что делать, а люди должны решить, как сделать это возможно лучше" [по 8].

Четвертый «закон» экологии: ничто не дается даром

Б. Коммонер пишет: "Глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничто не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка слишком затянулась" [35]. Б. Коммонер не стал приводить доказательств этого закона, он основан на многовековом опыте человечества. Глобальная экосистема, т.е. биосфера, представляет собой единое целое, в рамках которого любой выигрыш сопровождается потерями, но в другом месте. Например, при выращивании зерна, из почвы извлекаются химические элементы, и если в нее не вносить удобрения, то урожаи снижаются.

5

принцип целостности природных объектов, подвергающихся обустройству или использованию, которые надо рассматривать как единые геосистемы; объектом природопользования и природообустройства должен быть не отдельный ресурс или компонент природы (поверхностные или подземные воды, почва, растение) и не произвольно выбранная территория (поле севооборота, земли отдельного хозяйства), а геосистема, занятая переустраиваемыми землями и включающая взаимообусловленный набор компонентов природы, развивающихся как единое целое (фация, урочище, местность, ландшафт или их совокупность, речной водосбор, имеющие естественные границы). Такой подход позволяет объективно вычленять территорию, где осуществляют ресурсопользование и проводят обустройство, наиболее полно учесть все связи между компонентами природы, их взаимовлияние, отследить дальние экологические последствия;

принцип сбалансированности хозяйственной деятельности на обустроенной территории с ресурсными и экологическими возможностями природных систем: например, выращивание сельскохозяйственных культур, наиболее соответствующих местным климатическим ресурсам, применение соответствующих систем земледелия, использование технологий природопользования, наиболее органично вписывающихся в функционирование природных систем; этим достигается уменьшение нужды в обустройстве природы, следовательно, вмешательство в природу будет меньше, а пользование ресурсом — дешевле;

принцип природных аналогий, т. е. применение направлений и технологий ресурсопользования и природообустройства, которые по возможности воспроизводят естественные процессы функционирования компонентов природы; например, если черноземные почвы исторически сформировались при увлажнении ливневыми дождями, то и полив их должен быть в виде искусственного дождя, рис же лучше выращивать на пойменных землях и поливать затоплением, так как это соответствует и его изначальным биологическим особенностям, и почвы, на которых он растет, также сформировались при длительном затоплении водами рек или при обильных муссонных дождях; если естественный отток избыточной воды с территории обычно происходит в виде комбинации поверхностного и подземного стока, то и искусственный дренаж территории должен сочетать оба этих способа. Этот принцип созвучен с правилом «мягкого» управления природой в противовес «жесткому». Выполняя этот принцип, можно добиться экосовместимости техники и технологий с природой, наносящих минимальный ущерб окружающей среде;

принцип необходимого разнообразия: квазиприродная система, создаваемая человеком при ресурсопользовании, должна быть возможно максимально разнообразна по своему составу (севообороты, плодосмен, сохранение естественных биогеоценозов на части площади, достаточная экологическая инфраструктура). Это подтверждается «правилом монокультуры» Ю. Одума, согласно которому созданные человеком монокультуры неустойчивы по своей природе; управляющая техногенная система тогда может успешно справиться со своей функцией, когда она будет устроена так же разнообразно, как и управляемая квазиприродная система; например, гидромелиоративная система, созданная человеком для управления водным режимом почвы, должна быть настолько разнообразна, насколько разнообразны условия формирования водного режима в разных частях конкретной геосистемы (разные типы водного питания при осушении, разная потребность в орошении). Этот принцип обосновывает, в частности, необходимость применения комплексных мелиорации, т. е. одновременного регулирования нескольких факторов, формирующих плодородие почвы и продуктивность возделываемых растений, а также сочетания разных приемов мелиорации на разных частях переустраиваемой территории;

принцип адекватности воздействий: управление квазиприродными системами необходимо строить на основе прямых и обратных связей, т. е. оборудовать техногенные системы средствами получения и обработки информации о состоянии природных систем (о развитии культивируемых растений, состоянии почвы, ее влажности, количестве доступных элементов питания; об осадках, испарении, притоке воды к водохранилищу, о водозаборе — при регулировании стока и т. п.), а также блоками по выработке управляющих сигналов и их реализации в зависимости от меняющейся во времени ситуации — это очень важно для управления природными процессами, происходящими при сильной изменчивости и слабой предсказуемости погодных условий;

принцип гармонизации круговоротов: нахождение наилучшего сочетания антропогенного и природного круговоротов веществ и энергии; человек, вмешиваясь в природные процессы, изменяет естественные и создает новые круговороты: например, природа часто выводит из геохимического круговорота токсичные вещества, соли, «захоранивает» их в глубоких пластах или в полузамкнутых геологических образованиях, а человек, интенсифицируя круговорот воды орошением и дренажем, «распечатывает эти склады», что может приводить к засолению почв, загрязнению речных вод;

принцип предсказуемости: природопользование и природообустройство должны опираться как на достоверные количественные долголетние прогнозы изменения функционирования природных систем под действием управляющих воздействий, так и на прогнозы изменения экономической и социальной обстановки. Этому соответствует принцип «обманчивого благополучия», когда первые успехи от преобразования природы и природопользования могут в последующем измениться на неблагоприятные; для объективной оценки мероприятий нужны годы;

принцип одновременной эффективности и безопасности (не навреди!): эффективность может быть экономической — как результативность обустройства природы и последующего природопользования, соотношения между результатами хозяйственной деятельности и затратами труда; она характеризуется производительностью труда, фондоотдачей и материалоемкостью продукции, т. е. количеством исходных ресурсов, которые расходуются на тот или иной вид продукции: чем меньше материалоемкость, тем более рационально используются природные ресурсы (например, изделия, сделанные из вторичного сырья, менее материалоемки, т. е. экономят природные ресурсы).

Социальная эффективность характеризует уровень жизни населения, его здоровье, объем получаемых услуг (отдых, образование, воспитание).

Экологическая эффективность измеряется качеством среды жизни человека и биоты в целом, устойчивостью среды жизни; природопользование и природообустройство не должны наносить вред человеку, биоте и окружающей среде, в противном случае негативные последствия должны быть компенсированы или устранены (загрязняющий платит). Безопасности природопользования и природообустройства можно достичь, соблюдая меру преобразования природных систем (Н. Ф. Реймерс): устанавливая допустимую распашку земель, объемы и площадь орошения, степень осушения, химическую нагрузку на природу, площадь затопления при строительстве крупных водохранилищ и т. п.;

принцип комплексности природообустройства и природопользования: гораздо эффективней всестороннее использование природного объекта, всех его полезностей, например рек — для водоснабжения, энергетики, судоходства, рыборазведения, отдыха, приема очищенных сточных вод, или лесов с глубокой переработкой всей Древесины, или полезных ископаемых с полным извлечением всех полезных веществ. Комплексные мелиорации впервые предложены на кафедре мелиорации МГУП (С. Ф. Аверьянов, В. В. Шабанов). Это одновременное регулирование нескольких факторов, формирующих плодородие почвы и продуктивность возделываемых растений, применение всех доступных способов мелиорации (см. также комплексное обустройство территорий, разд. 12). Помимо этого многие природные объекты выполняют несколько разных функций: социально-экономические, экологические, природоохранные. Поэтому комплексность природообустройства заключается и в одновременной поддержке различных функций. Например, главным объектом мелиорации и рекультивации сельскохозяйственных земель является почва. Для человека она важна своим плодородием, это ее важная социально-экономическая функция. Одновременно почва выполняет ряд важнейших экологических функций: обладает защитными природоохранными свойствами, т. е. способна задерживать, связывать, разрушать вредные вещества, предохраняя другие компоненты природы от загрязнения; она качественно и количественно регулирует питание подземных вод, активно формирует поверхностный сток, оптимизируя соотношение поверхностного и подземного стока. На это обстоятельство обратил внимание И. П. Айдаров. Именно почва создала два механизма стока избыточных вод с водосбора в реки, отличающихся в сто тысяч раз по скорости (поверхностные потоки имеют скорость доли метра в секунду, а подземные — в сутки);

принцип нравственности, предложенный профессором В. В. Шабановым: безопасность природообустройства и природопользования с первого взгляда можно обеспечить соответствующими правилами, юридическими нормами (кодексами, законами, штрафами, поощрениями), но этого недостаточно, особенно в сфере воспитания, образования. Все больше ученых считают, что таким критерием самоконтроля деятельности человека может быть нравственность — один из самых важных факторов личной жизни, общественного развития и исторического прогресса. Она заключается в добровольном самодеятельном согласовании чувств, стремлений и действий членов общества с чувствами, стремлениями и действиями сограждан, их интересами и достоинством, с «интересами и достоинством» всего биотического сообщества, а также с косной природой в целом. По Канту, нравственность — чувство некоторой ощущаемой зависимости частной воли от общей воли, Принцип нравственности можно сформулировать как внутреннюю установку человека делать добро и не делать зла для природы в целом. В соответствии с этим нравственное природообустройство и природопользование можно рассматривать как систему взаимоотношений человека и природы, при которой человеку не бывает стыдно за свои действия;

принцип интеграции знаний: природопользование и природообустройство должны иметь свою собственную научную базу, которая использует знания наук о природе, социально-экономических наук и прикладных наук, обосновывающих инженерно-технические мероприятия, вместе с тем эти виды деятельности, синтезируя знания других наук, создают свои собственные знания (закон увеличения наукоемкости природопользования и природообустройства, по Н. Ф. Реймерсу).

Сама логика развития человеческого общества ставит перед ним принципиально новые задачи, приводит к появлению новых наук, необходимости в новых специальностях, внесению новых компонентов в воспитание и образование человека. Этим как раз и объясняется необходимость создания общей теории природопользования и природообустройства, выработки новых технологий ресурсопользования и обустройства. Перечисленные принципы должны реализовываться при обосновании методов и способов природообустройства на конкретных территориях.

6

Фация. Это самая простая предельная категория геосистемной иерархии, характеризующаяся наибольшей однородностью природных условий. В фации на всей территории сохраняются одина­ковая литология поверхностных пород, одинаковый рельеф и ув­лажнение, один микроклимат, одна почвенная разность и один биоценоз. Фация— первичный функциональный элемент ландшафта и основной объект стационарных ландшафтных исследова­ний. С фации как первичной геосистемы начинают изучать круго­вороты вещества, биогеохимические перемещения и трансформа­цию энергии. На уровне фации исследуют вертикальные связи в ландшафте и его динамику. Накопление информации о структуре, функционировании и динамике фации как сопряженной системы низового уровня дает возможность изучать горизонтальные пото­ки вещества, энергии и территориальные связи в геосистемах. Фа­ция — открытая геосистема, которая функционирует во взаимодействии с соседними фациями разных типов. Фация — динамич­на, неустойчива и недолговечна как незамкнутая система. Она за­висит от прихода основных внешних потоков вещества и энергии, поступающих из смежных фаций и уходящих от нее. Ландшафт и фация несоизмеримы по долговечности. У них разные масштабы как во времени, так и в пространстве. Недолговечность и относи­тельная неустойчивость фации означают, что связи между ее ком­понентами (при однородной территориальной распространеннос­ти в границах фации) изменчивые.

Наиболее активный компонент фации — биота. Воздействие биоты на абиотическую среду в границах фации проявляется ощутимее, чем в границах ландшафта. Например, лесные и болотные сообщества фаций трансформируют их микроклимат, но не влия­ют на климат ландшафта. Или локальное увеличение оврага при водной эрозии и отсутствии растительности приводит к трансфор­мации фации, но не изменяет природного характера ландшафта.

Подурочище.Представляет собой природный территориальный комплекс, состоящий из одной группы фаций одного типа, тесно связанных генетически и динамически, расположенных на одной форме элемента рельефа, одной экспозиции (рис. 2). Поскольку фации не оригинальны, а всегда типично повторяются по территории, нет смысла изучать каждую фацию отдельно. Достаточно изучить основные типы фаций. Далее ограничиваются выделени­ем сопряженной группы фаций, приуроченных к определенному элементу рельефа: склону или вершине холма, плоской поверхно­сти террасы определенного уровня. Все фации, входящие в состав определенного подурочища, по условиям миграции химических элементов относятся к одной группе.

Примерами подурочищ являются: склон моренного холма юж­ной экспозиции с дерново-подзолистыми суглинистыми почвами, коренной склон долины реки, литологически сложенный различ­ными породами.

Выделяют следующие типы подурочищ: склон, вершина холма, плоский водораздел, плоская терраса, долина реки, часть поймы, оврага.

Урочище.При выделении ландшафта «снизу», т. е. на основе его морфологического строения, опираются в основном на изучение урочищ. Урочище— основная единица изучения и картирова­ния характерных пространственных сочетаний ландшафтного ис­следования. На ландшафтной карте исследуемой территории оконтуривают все урочища. Только изучив особенности характерных сочетаний урочищ, можно оконтурить и площадь конкретного ландшафта.

Урочищем называют сопряженную систему генетически, динамически и территориально связанных фаций или их групп — подурочищ. Подурочище — группа фаций одного типа, выделяемая в пределах одного урочища на склонах разных экспозиций (рис. 3).

Наиболее ярко урочища выражены в условиях чередования выпуклых и вогнутых форм рельефа: холмов и котловин, гряд и лож­бин, межовражных плакоров и оврагов или сформировавшихся на основе таких мезоформ рельефа, как балки, овраги, плоские водо­раздельные равнины, надпойменные террасы однообразного стро­ения и уровня, моренные холмы, замкнутые западины между мо­ренными холмами, одиночные камы. За исходное начало урочищ принимают систематику форм мезорельефа, их генезис, условия естественного увлажнения и дренажа, систему местного стока. Об­щая направленность физико-географических процессов, приуро­ченных к одной мезоформе рельефа, выражается в местной цирку­ляции атмосферы, характерных процессах стока, миграции хими­ческих веществ, почвенно-растительных покровах.

Местность.Это наиболее крупная морфологическая часть ландшафта, состоящая по структуре из особого варианта, характерно­го для данного ландшафта, сочетания урочищ. В морфологии лан­дшафта местность занимает более высокий ранг в сравнении с урочищем. Эта морфологическая единица представляет законо­мерно повторяющийся набор одного из вариантов основных уро­чищ. Например, на территории одного ландшафта вместо распро­страненных урочищ, состоящих из сухих балок, встречаются уро­чища с мокрыми балками и оползнями на склонах. Особенности разных состояний таких урочищ объясняются варьированием гео­логического фундамента в пределах ландшафта.

7.

Пространственная организация. Она может быть горизонтальной и вертикальной.

Горизонтальную организацию начинают изучать с рассмотрения морфологической структурыландшафтов. Для этого рассматривают комплексы более низкого ранга, чем ландшафт: фации, подурочиша, урочища, местность. Пространственная организация комплексов включает: сочетание фаций, подурочищ, типов урочищ и местностей, пропорции площадей, закономерности чередования, неравенство и группы комплексов, характер их границ и соседство, связи между комплексами низшего ранга. Выявляют характерные черты горизонтальной структуры, зависящие от сформировавших их условий: зональные, азональные, пойменные, террасовые, моренные и т.д. Устанавливают воздействие осадков на внутриландшафтные процессы: поверхностный, внутрипочвенный, грунтовый сток и связанное с ним перемещение вещества. Представление об иерархии в горизонтальной структуре и горизонтальных связях между комплексами помогает раскрыть механизм формирования и возможности сохранения и управления организацией ландшафтов. Учитывая направления связей в моделях с односторонним или двусторонним перемещением вещества, можно объяснить и упорядочить комбинации горизонтальной территориальной организации ландшафтов, их границ и границ, выполняющих функции мембран или барьеров (частью или полностью). Горизонтальную систему внутренних связей природных комплексов в ландшафтоведении определяют как межсистемную, характеризующую взаимное расположение частей и способы их соединения.

Вертикальная организация ландшафтов выражается в ярусном расположении компонентов в соответствии с плотностью слагающего их вещества. Контактное взаимопроникновение и взаимодействие атмосферы, гидросферы, литосферы и биоты обеспечило формирование производного компонента – почв. В механизмах вертикальной организации ландшафтов большое значение имеют круговороты веществ и энергии, вертикальные потоки тепла и влаги, движение почвенных растворов, миграция органики и т.д.

Временная организация ландшафтов. Существование пространственных элементов ландшафта распространяется и на время. Изменения в ландшафте происходят с некоторой устойчивой повторяемостью, ритмичносгью и цикличностью. У человека создается впечатление постоянства объекта, хотя часть его состояний изменяется ежедневно и ежечасно (внутрисуточные изменения). Ландшафт как сложное образование формируется за счет связей и процессов. Совокупность устойчиво повторяющихся процессов перемещения обмена и трансформации вещества и энергии, связей и состояний называют функционированием.

При расчленении всех временных изменений, происходящих в ландшафте и с ландшафтом, выделяют три временные группы: краткопериодичные (функционирование), среднепериодичные (динамика), длиннопериодичные (эволюция). Разномасштабные процес сы и явления: функционирование, динамика, эволюция, объединяются общим понятием «изменение».

8.

Культурный ландшафт – это одна из классификационных категорий антропогенных ландшафтов. Культурный ландшафт создается человеком путем изменения естественных ландшафтов в нужном для хозяйственных целей направлении. Понятие культурный ландшафт близко к понятию оптимизированный ландшафт. Противоположностью культурного ландшафта является акультурный ландшафт. Понятие культурный ландшафт имеет ту же историю что и понятие о ландшафте вообще. Нередко понятие культурный ландшафт используют как синоним антропогенному ландшафту. Культурный ландшафт представляет собой улучшенную модификацию естественного ландшафта. По Исаченко А.Г. культурному ландшафту д.б. присуще два главных качества: 1) высокая производительность и экономическая эффективность; 2) оптимальная экологическая среда для жизни людей. По словам Арманда Д.Л. истинно культурный ландшафт д.б. не только производительным и здоровым, но и красивым.

Цели формирования культурного ландшафта:

1. обеспечения максимальной производительности возобновимых природных ресурсов, главным образом биологических;

2. эффективное использование возобновимых неисчерпаемых незагрязняющих среду источников энергии;

3. предотвращение нежелательных стихийных процессов как природного так и техногенного происхождения ( смыв почв, эрозия, заболачивание, наводнение, обмеление рек, сели, загрязнение воды, воздуха, почв и т.п.;

4. оптимизация санитарно-гигиенических условий природной среды, включая биогеохимическую ситуацию и причины возникновения природно-очаговых болезней;

5. обеспечение наилучших природных условий для воспитания и культурного развития человека, а также для научного исследования природных комплексов.

Некоторые специалисты подходят к проблеме оптимизации природной среды с позиции пантехницизма и предлагают заменять природный ландшафт искусственной или полуискусственной средой, насыщенной инженерными сооружениями.

Культурный ландшафт остается природным комплексом и развивается по природным законам. Это еще отмечали классики ландшафтоведения Неуструев, Полынов. Основным критерием оптимальности является относительная устойчивость культурного ландшафта. При проектировании культурного ландшафта необходимо ориентироваться на оптимизацию его структуры и функции. Это означает необходимость воздействия на обе главные системы его внутренних связей: 1) связи между подчиненными геосистемами морфологического уровня; 2) система между компонентами ландшафтов (твердым субстратом, водой, почвой и т.д.). Практически это осуществляется путем организации территории ландшафта, регулирования его естественных функций, т.е. процессов, вытекающих из взаимодействия компонентов. Под организацией территории подразумевается научно обоснованное размещение площадей с различным хозяйственным или другим функциональным назначением и режимом использования. Научная организация территории основывается на морфологии ландшафта.

Основные принципы организации территории культурного ландшафта:

• культурный ландшафт не д.б. однообразным.

• в культурном ландшафте не д.б. антропогенных пустошей, свалок, заброшенных карьеров и др. «неудобных» земель. Всех их следует подвергнуть рекультивации.

• из всех видов использования земель приоритет отдается зеленому покрову, учитывая его особые функции в ландшафте.

• в некоторых ландшафтах для поддержания природного равновесия целесообразно экстенсивно (приспособительно) использовать землю.

• в проектах организации территории необходимо предусмотреть полное изъятие некоторых земель из хозяйственного использования и введение ограничений на использование других земель. Существуют разные категории охраняемых территорий: 1) заповедники, 2) национальные и природные парки, природные резерваты и заказники, 3) в интенсивно осваиваемых ландшафтах желательно выделить охраняемые территории на уровне отдельных урочищ и их групп, для которых устанавливается режим природных резерватов или специализированных заказников.

• Разработка рациональной планировочной структуры культурного ландшафта должна сопровождаться его внешним благоустройством, поддержанием или формированием высоких эстетических качеств.

• При организации территории культурного ландшафта необходимо учитывать всестороннюю сопряженность фаций и урочищ и их связей по гравитационному каналу через циркуляцию воздушных масс и сток.

• Рациональное размещение земель и научно обоснованный режим их использования и охраны необходимо сочетать с мерами, направленными на повышения их потенциала путем мелиорации.

10.

Техноприродные системы природообустройства. Природообустройство — это сложное дорогостоящее ресурсо- и энергоемкое мероприятие, проводимое длительное время, для его осуществления необходимо создание комплекса сложных инженерных сооружений и устройств, надежно функционирующих в разнообразных природных условиях, часто экстремальных, при переменных погодных условиях. Поэтому на больших площадях строят инженерные системы природообустройства, т. е. комплекс сооружений, устройств, машин и оборудования, предназначенных для достижения той или иной цели. Инженерные системы природообустройства по своей сути являются техноприродными системами или природно-техногенными комплексами. При их создании необходимо руководствоваться принципами природообустройства.

К инженерным системам природообустройства относят:

-мелиоративные, предназначенные для реализации требуемого мелиоративного режима земель;

-экологические, предназначенные для восстановления естественной самоочищаемости загрязненных территорий, сокращения поступления на них загрязняющих веществ и их удаления, локализации очага загрязнения;

-природоохранные;

-противостихийные, предназначенные для борьбы с наводнениями, подтоплением, размывом берегов, с оползнями, селями и т. п.;

-регулирования поверхностного стока, необходимые при комплексном использовании водных ресурсов;

-водоснабжения, обводнения и водоотведения.

У биологических систем возвращение в исходное состояние может происходить как за счет внутренних возможностей, так и за счет ресурсов других экосистем, что имеет принципиальное значение при оценке устойчивости системы. В последнем случае устойчивость биоценоза оказывается в жесткой зависимости от устойчивости экосистемы высшего ранга, в конечном счете — от состояния биосферы (Н.М. Марфенин, 1990).[ ...]

При географических исследованиях часто пользуются понятием устойчивости геосистем. Термин «геосистема» введен в 1963 г. Сочавой и означает фундаментальную структурную единицу географического ландшафта, которая объединяет геоморфологические, климатические, гидрологические элементы и экосистемы на определенном участке земной поверхности. Говоря о геосистемах, нередко включают в них системы расселения, территориально-производственные комплексы.[ ...]

Наиболее детально теория и показатели устойчивости геосистем и почв к техногенному воздействию разработаны МЛ. Глазовской, Н.П. Солнцевой, В.Д. Васильевской, А.Д. Армандом.[ ...]

Под устойчивостью геосистем к техногенному воздействию понимают их способность к самоочищению от продуктов техногенеза, зависящую от скорости химических превращений и интенсивности выноса этих продуктов из геосистем.[ ...]

При оценке устойчивости геосистем опираются на ряд важнейших понятий: вероятность сохранения объекта в течение некоторого времени; стабильность состояния во времени; способность восстановления прежнего состояния после антропогенного воздействия (или любого стресса); способность адаптироваться к изменяющимся условиям, глушить внешние сигналы, не реагировать на сигналы; способность к длительному накоплению вредных веществ без видимого вреда; способность сохранять производительные функции в социально-экономической системе; легко пропускать загрязняющие вещества; отсутствие или быстрое затухание колебаний в системе; способность сохранять траекторию развития, направление тренда.[ ...]

При анализе влияния загрязняющих веществ на биосферу особо важное значение приобретает устойчивость биогеоценозов, т. е. способность сохранять и восстанавливать присущую им структуру, обеспечивающую определенное функционирование и выраженную через поток вещества и энергии с учетом их динамики и развития, возраста, соответствия их структуры динамике зонально-региональных условий.[ ...]

Устойчивость почв к химическому загрязнению. При оценке устойчивости экосистем к химическому загрязнению особое значение имеет устойчивость почв. Это связано с тем, что почвы являются практически невосполнимым ресурсом жизнеобеспечения на планете, кроме того, именно почвы могут выполнять защитную (протекторную) роль по отношению к природным водам, атмосфере и растительности. Но в то же самое время, выполняя защитные функции, почвы могут стать основным источником многих химических веществ, загрязняющих природные воды и опасных для растений. В их числе избыточные концентрации нитратов и фосфатов, пестициды, тяжелые металлы, фториды.[ ...]

Почвы существенно различаются по устойчивости к химическому загрязнению. Аккумуляция поступающих в них химических веществ зависит от таких свойств почвы, как содержание гумуса, механический состав, карбонатность, реакция среды, емкость поглощения. Очень большое влияние оказывает водный режим. Устойчивость к загрязнению существенно зависит от строения почвенного профиля, от наличия почвенно-геохимических барьеров, способных задерживать загрязняющие вещества.[ ...]

12

При природообустройстве возникает необходимость в течение сравнительно продолжительного времени и на большой территории оказывать управляющие и изменяющие воздействия на компоненты природы для их полезности, восстановления, очистки, защиты. Это приводит к необходимости создания разнообразных инженерных систем природообустройства:

1. Инженерная мелиоративная система (ИМС) – комплекс сооружений и мероприятий для создания оптимального мелиоративного режима на землях различного назначения. К ним относятся оросительные и осушительные системы на землях сельскохозяйственного назначения, специальные дренажные системы на городских землях и землях транспорта, землях обороны и других

2. Инженерно-экологическая система (ИЭС) – комплекс сооружений и мероприятий по восстановлению естественной самоочищающей способности компонентов геосистем, снижению до допустимых норм поступления в них загрязняющих веществ, локализации и удалению этих веществ, обеспечению экологически безопасного существования биоценозов и человека. К ним относятся системы очистки земель от загрязнения нефтепродуктами, тяжелыми металлами и другими веществами.

3. Инженерная природоохранная система (ИПС) – комплекс сооружений и мероприятий для защиты территории от негативных последствий природопользования и природообустройства. Назначение таких систем – защита поселений, промышленных и сельскохозяйственных районов, особо охраняемых природных территорий, рекреаций от побочного негативного влияния деятельности вблизи границ объекта

4. Инженерная противостихийная система (ИПСС) – комплекс сооружений и мероприятий для защиты территории от неблагоприятных природных воздействий: селей, наводнений, подтопления, размыва берегов, оползней, эрозии, заморозков.

6. Инженерная система рекультивации земель (ИСРЗ) – временно действующий комплекс сооружений и мероприятий, который применяется для создания оптимального рекультивационного режима на землях различного назначения. Особенность систем в том, что они создаются на сравнительно короткий срок – 10…20 лет, т.е. на период рекультивационных мероприятий, после которого проект завершается, земли переводятся в другой фонд и передаются землепользователям.

7. Системы водоснабжения, водоотведения, обводнения – комплекс сооружений и мероприятий, обеспечивающих потребности в воде требуемого качества, а также удаляющих использованные воды (с очисткой и размещением их в водоприемнике). Это повсеместно распространенные системы, повышающие полезность территории для человека и потому относящиеся к ПТК природообустройства.

8. Система хранения отходов (СХО) – комплекс сооружений и мероприятий, обеспечивающих длительное экологически безопасное хранение отходов потребления и производства. К ним относятся полигоны твердых бытовых отходов (ТБО), устройство которых позволяет компактно, экологически и пожаробезопасно хранить ТБО, контролируя и управляя процессом их разложения.

13

При создании ПТК природообустройства надо последовательно решить ряд задач, которые удобно рассмотреть по стадиям жизни проекта.

Период проектирования.Обоснование необходимости природообустройства. Природообустройство дорогая и потенциально экологически опасная деятельность, поэтому обосновывать его необходимость нужно особенно аккуратно. При обосновании необходимости природообустройства человек во многом руководствуется своим опытом, анализируя успехи и неудачи предшествующих проектов, проводит научные исследования, выполняет комплекс расчетных или модельных исследований, показывающих существенную необходимость вмешательства в природу

Выбор конкретного варианта реализации ПТК и его эколого-экономическое обоснование. На данном этапе необходимо сформулировать задачу оптимизации, целевая функция которой – экономическая эффективность ПТК Эколого-экономическое обоснование позволяет еще на предпроектной стадии сравнить методы управления для выбора наилучших. Непременным для данного этапа является изучение различных вариантов параметров инженерных систем природообустройства.

Решение этих задач позволяет сформулировать техническое задание для проектирования и требования к точности и объемам предпроектных изысканий.

Предпроектные изыскания.Требование информационного обеспечения реализуется на всех этапах предпроектной стадии. При этом нужно иметь необходимую и достаточную для принятия решений информацию об изменяемой геосистеме, экономической и социальной ситуации. Ввиду уникальности ПТК необходимо научное сопровождение проектов, т.к. типовые решения и сооружения без адаптации к конкретной геосистеме, как правило, не обеспечивают эффективного управления ПТК.

Требуемая степень изучения экономической и социальной сферы зависит от правового статуса ПТК, размеров, сложности и времени жизни проекта, стоимости и источника финансирования, потенциальной экологической опасности и пр.

При проектировании системы нужно назначить параметры сооружений, техники и технологий, применяемых в ПТК. Необходимо рассчитать требуемую мощность ПТК (размеры плотин, каналов, диаметры трубопроводов, мощность насосных станций, количество дрен и т.п.), его состав и конструкцию, время жизни проекта. При прочих равных условиях для осуществления принятых решений следует использовать технику и технологию, обеспечивающую ресурсосбережение, высокий кпд, требуемую локализацию воздействия, возможность модернизации и адаптации, сниженное влияние человеческого фактора.

Период прогнозирования должен быть больше времени жизни проекта для оценки критических по природным условиям лет, чтобы заранее иметь сценарии разрешения кризисных ситуаций.

Время жизни проекта определяется физическим износом основных сооружений и устройств, а также моральным износом проекта ПТК в целом. При износе ПТК наступает их реконструкция, для чего нужны специальные проекты.

Время жизни проекта отличается от срока окупаемости, т.е. времени, когда возвращаются затраты в инвестиционный проект природообустройства и проект начинает приносить прибыль, для объектов природообустройства он значителен, срок окупаемости часто превышает 10 лет.

Предпроектная документация и проекты строительства и реконструкции природно-техногенных комплексов и инженерных системы природообустройства подлежат обязательной государственной экспертизе на предмет соответствия исходным данным, техническим условиям и требованиям нормативной документации по проектированию и строительству. Осуществляется она федеральными органами исполнительной власти. Помимо этого проводится

государственная экологическая экспертиза. В проектах обязательно должен быть раздел оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС)

Период строительства.На этой стадии прежде всего разрабатывается проект организации и технологии строительства. Поскольку ПТК природообустройства – часто большие и сложные объекты, практикуют деление всего периода строительства на очереди, что позволяет постепенно сдавать в эксплуатацию отдельные участки, осваивать их и одновременно доводить мощность системы до проектной. Это реализуется в календарных планах строительства. Далее подбираются способы строительства отдельных элементов инженерных систем, машины и механизмы, разрабатываются технологические карты. В процессе строительства осуществляют постоянный контроль качества строительства, а также контролируются и документально оформляются завершение строительства отдельных объектов. Строительные работы проводят с учетом охраны окружающей среды, они должны завершаться обязательной рекультивацией земель, нарушенных в процессе строительства.

Период эффективного использования. Основной на стадии эксплуатации является задача управления ПТК. Ввиду крайней неоднородности свойств природы и нелинейности природных процессов, а также изменчивости погодных условий, нужно, ориентируясь на средние, среднемноголетние величины неуправляемых факторов (осадков, величины температуры воздуха, стока рек), создавать предварительную схему действий на водохозяйственный год, которые позволят достичь определенных проектом ПТК пределов регулирования управляемых параметров. При управлении ПТК кроме стратегического управления (в многолетнем разрезе) необходимо и оперативное управление.

При управлении существует ряд рисков: из-за аварий (их можно скомпенсировать созданием запаса элементов, запчастей, стройматериалов), из-за изменчивости погодных условий (решается оптимизационная задача максимизации эффекта от принятых решений; например при распределении водохозяйственной системой ограниченного количества воды потребителям). Риски по причине форс-мажорных обстоятельств нужно оценивать расчетами и страховать.

Задачей эксплуатации инженерной системы природообустройства также является, плановые предупредительные текущие и капитальные ремонты.

Непременный элемент управления ПТК – мониторинг природных и техноприродных процессов, т.е. система повторных наблюдений за компонентами природы в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленными программами. Мониторинг обеспечивает обратные связи в управлении ПТК

15

мелиоративные мероприятия - проектирование, строительство, эксплуатация и реконструкция мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений, обводнение пастбищ, создание систем защитных лесных насаждений, проведение культуртехнических работ, работ по улучшению химических и физических свойств почв, научное и производственно-техническое обеспечение указанных работ;

мелиорируемые земли - земли, недостаточное плодородие которых улучшается с помощью осуществления мелиоративных мероприятий;

мелиорированные земли - земли, на которых проведены мелиоративные мероприятия;

мелиоративные системы - комплексы взаимосвязанных гидротехнических и других сооружений и устройств (каналы, коллекторы, трубопроводы, водохранилища, плотины, дамбы, насосные станции, водозаборы, другие сооружения и устройства на мелиорированных землях), обеспечивающих создание оптимальных водного, воздушного, теплового и питательного режимов почв на мелиорированных землях;

Мелиорация земель осуществляется в целях повышения продуктивности и устойчивости земледелия, обеспечения гарантированного производства сельскохозяйственной продукции на основе сохранения и повышения плодородия земель, а также создания необходимых условий для вовлечения в сельскохозяйственный оборот неиспользуемых и малопродуктивных земель и формирования рациональной структуры земельных угодий.

Обоснование необходимости мелиорации можно сформулировать следующим образом: определить вероятность несовпадения условий внешней среды с оптимальным диапазоном требований растений в каждый момент вегетации.

16

Таким образом, на современном этапе развития общества основные цели мелиорации:

− Улучшение неблагоприятных природных условий используемых территорий, придания мелиорируемым землям новых качеств в соответствии с требованиями конкретных землепользователей.

− Разработка эффективных современных техническихрешений и мероприятий, направленных на коренное изменение свойств мелиорируемых земель.

− Приоритет охраны земли перед ее использованием, максимально возможное сохранение природных ресурсов, целостности экологических структур при проведении мелиорации территорий.

− Обеспечение надежности проектируемых сооружений и безопасности применяемых мелиоративных мероприятий для человека.

 

Различают три основные задачи мелиорации:

− Улучшение земель, находящихся в неблагоприятных условиях водного режима, выражающихся либо в избытке влаги, либо в ее недостатке по сравнению с тем количеством, которое считается необходимым для эффективного хозяйственного использования территории.

− Улучшение земель, обладающих неблагоприятными физическими и химическими свойствами почв (тяжелых глинистых и иловатых почв, засоленных, с повышенной кислотностью и пр.).

− Улучшение земель, подверженных вредному механическому воздействию, т. е. водной и ветровой эрозии, выражающейся в образовании оврагов, оползней, развеивании почвы и пр.

17

Мелиорацию квалифицируют по двум основным признакам: по направленности в народно-хозяйственном использовании территорий и по способам реализации.

По направленности в народно-хозяйственном использовании территорий выделяют шесть основных видов мелиорации почв:

• - агрономические;

• - биологические (фитомелиорация);

• - химические;

• - гидротехнические;

• - культуртехнические;

• - тепловые.

Эта классификация отражает главным образом состав мелиорации при сельскохозяйственном и лесохозяйственном использовании территории [14]. Каждый вид мелиорации направлен на решение определенных задач. Так, например, агрономическая - решает задачи эффективного изменения рельефа местности и физических свойств почв; биологическая (фитомелиорация) улучшает состояние почв с помощью рационального использования травянистой и древесной растительности; химические - решают задачи улучшения химических свойств почв и вод; культуртехнические - создают благоприятные технические условия на поверхности почв и в пределах корнеобитаемой толщи; гидротехнические - решают задачи подачи, аккумуляции и сброса ирригационных и дренажных вод для водоснабжения, а тепловые - обеспечивают решение задач по оптимизации температурного режима почв.

Под агрономической мелиорацией (агромелиорацией) понимают комплекс мероприятий, направленных на изменение (улучшение) рельефа и физических свойств почв. Задачи этого вида мелиорации решают путем планировки поверхности, профилирования, грядования, гребне- вания, узкозагонной пахоты.

К агромелиоративным мероприятиям относят приемы изменения физических свойств подпахотных горизонтов с помощью глубокого рыхления или кротования. Агромелиоративные мероприятия обеспечивают организацию и ускорение поверхностного стока, улучшают распределение влаги на поверхности орошаемого поля. К этой группе мероприятий относят и плантажную глубокую пахоту, а также песчанносмешанный, покровный и смешаннослойный способы земледелия на торфяных почвах, щслсванис.

При биологических (фитомелиорация) используют возможность улучшения свойств почв и их режимов путем применения адаптированной к конкретным условиям травянистой и древесной растительности. К фитомелиорации относят залесение песков (например, занесение подвижных песков Центральной Азии посадками черного саксаула), создание лесных полос, наделенных транспирируюшей способностью деревьев понижать уровень грунтовых вод, закрепление склонов, откосов, тальвегов посевами многолетних трав. Биологические особенности ряда растений могут быть использованы для рассоления поверхностных слоев профиля. Растения-сидерагы улучшают структуру почвы, способствуют борьбе с их солонцеватостью.

Химическая мелиорация направлена на изменение неблагоприятных химических и физических свойств почв и оросительных вод. Она включает внесение крупных доз извести при глубоком мелиоративном рыхлении на всю глубину обработки, а также гипса при борьбе с солонцеватостью или при профилактике этого явления в процессе промывок засоленных почв от избытка водорастворимых солей. Химическая мелиорация также может быть связаны с необходимостью изменения свойств оросительных вод. Так, например, внесение в поливные воды кальция (обычно гипса) повышает их щелочность, а воды, обогащенные бикарбонатом натрия или разбавленной серной кислотой повышают их кислотность. К химической мелиорации относят мероприятия по кислованию почв содового засоления, усилению окислительной способности оросительных вод путем их предварительного насыщения кислородом и др.

Кулътуртехническая мелиорация - комплекс технических мероприятий, обеспечивающих приведение в благоприятное состояние поверхности и корнеобитаемых горизонтов для возделывания культурных растений. Это достигается путем уборки поверхностных и внугрипоч- венных камней, удаления кустарника, пней, кочек, мелколесья, засыпки ям, разборки валов выкорчеванной древесины, извлечения погребенной древесины и др.

Гидротехническая мелиорация обеспечивает подведение к мелиорируемой территории поливных вод, необходимых для регулирования водного режима почв, аккумуляцию влаги в необходимом количестве и в нужное время, сброс избыточной гравитационной влаги за пределы орошаемых или осушаемых территорий. Гидротехническая мелиорация имеет своей основной задачей регулирование водного режима почв. Она достигается орошением, осушением, двусторонним регулированием водного режима почв, обводнением территории, строительством водохранилищ или защитных дамб.

Тепловая мелиорация направлена на изменение теплового режима почв с помощью мероприятий по трансформации гранулометрического состава поверхностных горизонтов (например, внесение мелких камней в пахотные слои северных почв с целью уменьшения их теплоемкости и повышения температуры, систематического снегозадержания, мульчирования поверхности и др.).

По способу реализации видов мелиорации их классифицируют на:

• - гидротехнические;

• - химические;

• - физические;

• - агромелиоративные.

Различия между отдельными видами мелиорации носят несколько условный характер, однако принятое деление позволяет более четко ориентироваться в сложной системе современных мероприятий, направленных на улучшение свойств и режима почв.

Так как мелиорация - это система определенных технических и иных мероприятий, направленных на улучшение свойств и режимов почв, то обычно наибольший эффект удастся достигнуть при комплексном применении различных видов мелиорации. Например, при осушении тяжелых заболоченных почв - сочетанием агромелиорации, гидротехнических и культуртехнических видов мелиорации, при орошении засоленных почв - биологических, химических и гидротехнических видов мелиорации и т. д.

18

Оптимальный водный режим почвы, определенный требованиями сельскохозяйственных растений, характе­ризуют следующие показатели: оптимальная влажность почвы, норма осушения, допустимая продолжительность затопления почвы и критическая глубина залегания уровня грунтовых вод.

19,20,21