2 Типа структур природных систем:

-пространственная – порядок расположения составных частей природной системы, их взаимоотношения и характер взаимосвязи между ними по горизонтали и вертикали;

-временная – проявляется в виде определенных ритмических процессов многолетней перестройки. Изучает структуры, позволяющие выделить устойчивые свойства экосистем и определить оценку нарушенности в результате антропологического воздействия.

Пространственная структура

-по горизонтали: связи осуществляются по потоку вещества и энергии между геосистемами более низкого ранга, а также между геосистемами одного ранга.

-по вертикали: связи, осуществляющиеся между компонентами, входящими в геосистему.

Самые устойчивые (инвариантные) свойства природной системы.

Целостность – внутреннее единство системы, обусловленное тесными взаимосвязями между ее составляющими частями. Изменение одного компонента приведет к изменению других.

Целостность проявляется в:

-проявлении свойств, не присущих отдельным компонентам системы;

-способность продуцировать биомассу, если есть контакт с гидросферой, литосферой и т.д.

Свойства:

1.относительная автономность/изолированность;

2.устойчивость;

3.регуляция элементов.

Устойчивость – свойство природных систем сохранять и восстанавливать свою структуру и функции при воздействии внешних, в том числе антропогенных факторов. Характеризует способность систем нормально функционировать в определенных диапозонных значениях физико-географических условий, техногенных нагрузок и природных факторах.

Устойчивость зависит от:

-от ранга природной системы;

-от интенсивности воздействия того или иного антропогенного фактора;

-интенсивности продолжительности воздействия;

-особенность природной системы, того или иного ландшафта, границ.

Природная система самопроизвольно возвращается будучи выведена из него [устойчивое состояние] за счет механизма саморегуляции.

Изменчивость природной среды – способность системы под действием внутренних и внешних сил переходить из одного состояния в другое. Связана с характеристиками свойств подсистем, входящих в систему.

Изменение входит в:

-функционирование;

-динамику;

-развитие природной системы.

Функционирование – совокупность процессов передачи и превращения вещества и сущ. в системе. Пример: растения и химические процессы, происходящие в них.

Динамика – направленные изменения природной системы, которые совершаются в рамках ее структуры и носят ограниченный характер. Пример: в природе процессы сукцессии.

Эволюция – необратимые направленные изменения природных систем, ведущие к коренной перестройке ее структуры.

Любая система изменяется.

Преобразование солнечной энергии всеми организмами.

2 Основных понятия:

-экотоп;

-биотоп.

Смена сукцессий (последовательная смена растительных сообществ).

Виоленты -доминирующие виды, определяющие биоразнообразие системы

Саморегулирование – способность систем без вмешательств извне поддерживать свое состояние несмотря на действие внешних факторов.

КПД природной системы можно проверить с помощью биол, продукции.

Биологическая активность системы не зависит от внешних условий (один год – много плодов, другой – травы).

Самоорганизация – способность системы к изменению структуры путем перестройки и внутренних связей.

Благодаря саморегулированию и самоорганизации поддерживается экологическое равновесие природных систем.

Экологическое равновесие – сбалансированное соотношение между приходом и расходом вещества и энергии.

Механизмы саморегуляции могут быть недостаточными => изменение системы.

Подрыв потенциала ландшафта

Природные ресурсы – элементы природы, которые при данном уровне развития производительности используются или могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества.

Классификация природных ресурсов по степени исчерпаемости:

1.неисчерпаемые (климатические, глобальные, водные);

2.исчерпаемые

-невозобновимые (полезные ископаемые, земельные ресурсы);

-возобновимые (растительный и животный мир, т.е. биологические ресурсы);

-относительно/не полно возобновимые (продуктивные почвы, леса – не все, имеющие древостой с 1го возраста, региональные водные ресурсы).

Потенциал ландшафта – предельный запас производственных и экологических ресурсов, необходимых для жизни и воспроизводства, населяющих данную территорию организмов. Могут использоваться человеком без единственного нарушения их свойств и функций.

Экологические ресурсы включают преобразующие компоненты природной системы.

Определяет возможность компонентов природной среды составлять целостность, способны к самоочищению и т.д.

Производств.рес. – компоненты и элементы природы, использующиеся в процессе материального производства.

Вертикальные, горизонтальные связи.

Частный потенциал ландшафта.

Не происходит изменения частного потенциала без изменения общего потенциала.

1.Биотический потенциал;

2.Водный;

3.Минерально-ресурсный;

4.Строительный;

5.Рекреационный;

6.Потенциал самоочищения;

7.Природоохранный потенциал.

1.Биотический потенциал – способность природной системы производить биомассу, создавая условия для постоянного повторения этого процесса, для поддержки и восстановления плодородия почв.

2.Водный потенциал – способность природных систем трансформировать полученную из атмосферы влагу таким образом, чтобы она использовалась не только биотой, но и могла бы образовывать относительно замкнутый круговорот воды, может быть использована и человеком.

3.Минерально-ресурсный потенциал – способность элементов аккумулировать/изменять (в течение геологических периодов) отдельные вещества или носители элементов, могут быть использованы для нужд общества.

4.Строительный – наличие в природной системе подходящий природных условий для застройки: грунты, климат, экологическая экспертиза.

5.Рекреационный – совокупность природных и культурно-исторических условий, оказывающих положительное влияние на человеческий организм и обеспечивающих восстановление здоровья работоспособности человека.

6.Потенциал самоочищения – способность природной системы разлагать и выносить загрязнение вещества различного происхождения, устраняя при этом их вредное воздействие на население и хозяйство.

Количественная характеристика потенциала = отношение количественно вынесенных зар. веществ к количеству (внесенных) накопленных в ед. времени.

-с высоким коэффициентом > 1 (системы с промывным режимом почвы);

-со средним коэффициентов 0,5-1 (недостаточно дренированные комплексы, болотные почвы);

-с низким < 0,5 – заболоченные низины, поймы рек, болота, слабо проточные озера.

7.Природоохранный – свойство элементов сберегать или восстанавливать генофонд, биологическое разнообразие и устойчивость природных систем.

Мера антропогенного воздействия – нагрузка. Различают нагрузку на природные комплексы, а также нагрузку на изменение комплекса. Любое антропогенное воздействие на природный комплекс является нагрузкой.

Для измененных, нагрузка – это новое воздействие сверх того, которое испытывалось ранее.

Например, с/х угодья – ежегодное засеивание не является нагрузкой.

Антропогенное воздействие может быть в виде:

-изъятия вещества;

-привнесения вещества;

-перемещения вещества.

1.Эмиссионное воздействие – то, что связано с выбросами/сбросами загрязняющих веществ;

2.Эмиссионно-параметрический –воздействия в виде электромагнитного излучения, тепловое, акустическое поля.

3.Ландшафтно-деструктивное воздействие – не только строительство, но и вырубка лесов, чрезмерный выпас скота; работы, связанные с осушением/ поливом.

4.Предельная/критическая нагрузка – по градиенту изменения того или иного параметра

5.Антропогенная нагрузка – степень прямого и косвенного воздействия людей и хозяйства на природу в целом или на ее отдельные экологические компоненты и элементы (природные воды, биоту)

6.Экологическая нагрузка – нагрузка на природную среду – соотношение силы антропогенного воздействия и степень восстановительных свойств природы.

7.Рекреационная нагрузка – степень непосредственного и косвенного влияния отдыхающих на природный комплекс;

выражается количеством людей или человеко/дней на единицу площади за определенный промежуток времени.

8.Оптимальная нагрузка - не приводящая к нарушению в природе;

9.Предельная – вызывающая нарушения обратимого характера;

10.Деструкционная – приводит к гибели;

7 чел/га – гибельная нагрузка на него;

15 чел/га – ельник черничный (5-7 лет).

Цель: сохранение биологического разнообразия в нормальных условиях функционирования и развития экосистемы.

2 направления:

-оценка допустимых нагрузок на биоценоз, ПК, экосистему, ландшафт.

Предельно-допустимые вредные воздействия:

1.Предельно-допустимая антропогенная нагрузка

Ассимиляционная емкость, устойчивость природных систем к воздействиям. Критерии: экологически обусловленные модификации.

Критерии биоразнообразия (видового), состояние здоровья населения как индикатор показателя предельно-допустимых нагрузок.

2.Другой подход – концентрация вредных веществ в компонентах экосистемы.

Формы экологического нормирования: экологическая экспертиза и мониторинг – экологический контроль.

Геоэкологический менеджмент – мониторинг экологических систем с биотическими и абиотическими компонентами.

Экологический контроль – экспертиза, мониторинг и экологический аудит.

Экологическое нормирование – определение комплексных показателей устойчивости экосистемы и их численных значений, разработка нормативов и регламентов, ограничение неблагоприятных воздействий на окружающую среду со стороны хозяйствующих субъектов.

Цель: обеспечение защиты биологического разнообразия и поддержание антропогенного воздействия на уровне, обеспечивающем сохранение окружающей среды.

Разработка показателей устойчивости для обоснования нормативов ПД антропогенной нагрузки, которые устанавливаются в соответствии с величиной допустимого совокупного воздействия всех источников на природную среду и/или отдельные компоненты природной среды экологической системы в пределах территории или акватории.

Ландшафтный/геоэкологический подход.

ОВОС – оценка воздействия на окружающую среду.

Задача: выявление максимально допустимого вмешательства человека в экосистему с учетом конкретных видов воздействия и условий функционирования экосистемы на данной территории.

Главная особенность ОВОС – реализуется на основе полевых исследований

Принцип дифференцируемости экологических нормативов – обязательна пространственная и временная.

Учет максимально используемых внутрисистемных сил, способных действовать в желательном направлении и компенсировать мгновенное воздействие (принцип Джиу-Джинса?) предполагает проведение масштабных исследований.

Критерии:

-общие показатели биологического разнообразия;

-состояние основных звеньев трофических цепей;

-оценка структурной целостности биоценоза;

-индикаторные

показатели перестройки экосистемы (степень снижения биомассы, снижение численности вида, замена доминирующих видов, колебания внутривидовой численности популяции, демографические сдвиги).

Предельно-допустимая антропогенная нагрузка (4 подхода):

-экосистемные нормативы – регулируют характер и учитывают зональные и азональные характеристики природной среды. Дифференциация экологических нормативов;

-объект исследования – экосистема/биоценоз/видовой уровень (в случае реализации принципа слабого звена);

-современная составляющая биоценоза, за исключением сильно нарушенных систем. Принимается в качестве фонового/эталонного;

-установление нормативов осуществляется главным образом на основе натуральных наблюдений с учетом данных и по биоте, и по абиотической среде.

Классы состояния экосистем:

-нормы;

-риска;

-кризиса – по экологическим критериям начальной стадии нарушения: синетрализации видового состава (увеличение крыс, ворон, мышей), характеризуется нарушением структуры популяции;

-бедствия – исчезновение части ареала или места обитания, массовая гибель разных возрастных групп, резкий рост ксенотропных видов.

Критические нагрузки в атмосфере: сера [г/м2/год]

0.3 г – норма

3-5 г – чрезвычайная экологическая ситуация

5 г и более – экологическое бедствие

то же и для азота

критерии экологической оценки состояния почв – снижение уровня активности микробной биомассы:

-до 5 раз – норма;

-в 50-100 – чрезвычайная ситуация;

-более, чем в 100 раз – бедствие.

Состояние фитотоксичности

Динамические признаки:

-деградация;

-скорость уменьшения годовой прод-ии растительности;

-скорость засоления почв.

Состояние растительности – индикатор экологического состояния среды.

Биологическое разнообразие

27.03.2009

Антропогенные изменения природной системы – изменение состояния, структуры природной системы, режима природных процессов или изменения функций систем, вызванные воздействием человека на природу.

Режим природных процессов, подвергающихся антропогенным воздействиям:

1.перемещение литогенного материала;

2.изменения в местном влагообороте

3.изменения в биологическом круговороте;

4.геохимическом круговороте;

5.тепловом балансе.

1.Перемещение литогенного материала – добыча полезных ископаемых => возникают техногенные формы мезорельефа => формирование новых экосистем. Как правило, такие изменения имеют локальный характер.

2.Изменение в местном влагообороте (2 пути преобразования/влияния):

-прямое воздействие человека на русло рек (создание плотин, водохранилищ), регулирование;

-воздействие на формирование поверхностного стока. Факторы: глубокая вспашка, создание лесозащитных полос, создание снегозадерживающих устройств; орошение, застройка территорий.

3.Биологический круговорот – антропогенные изменения биоценоза, которые приводят к замещению естественных сообществ искусственными:

-вырубки лесов в агроценозах;

-замена естественных на искусственные биоценозы – нарушение почв, их плодородия, уменьшение биологической продукции.

4.Геохимический круговорот – вовлечение несвойственных данной природной системе веществ => нарушается хозяйственное соотношение элементов для данной территории (удобрения, пестициды, отходы).

Условия накопления и удаления зависят от:

-условий увлажненности почв;

-дренажа;

-химического и механического состава почв;

-от характера растительности;

-термического режима;

-рельефа местности.

5.Изменения в тепловом балансе – носят локальный характер.

Изменения растительного покрова, связано с орошением почв.

Изменение температуры городских территорий, изменение альбедо поверхности почв.

Изменение состояния и структуры. Рассматривают степень нарушения природных систем. Необратимые изменения в природных комплексах.

3 степени антропогенных нарушений природных систем (по Емельянову).

1.Частичные нарушения (при сохранении типа и экосистемы) возникают при антропогенных воздействиях на экосистемы. Могут частично изменяться характеристики биоты, т.е. видовой состав, обилие растительности, характеристики почв и водный режим. В случае прекращения антропогенного воздействия, природный комплекс возвращается к исходному состоянию. Подобные изменения происходят при умеренной рекреации, при выпасе скота в лесу – сейчас нет.

2.Существование изменения в компонентах ландшафта. В формировании модификаций исходных комплексов эти изменения не постепенны, могут вернуться к исходному состоянию. Происходит резкая смена фитоценозов. До их смены на другие происходит резкое изменение водного режима, свойств почв. При прекращении антропогенного воздействия может происходить восстановление первичных комплексов, но для этого нужно длительное время.

3.Связь с существующими нарушениями природного комплекса. Приводит к нарушению вторичных систем, что приводит к необратимым изменениям природных систем.

Рассмотрим изменения во времени.

Можно выделить несколько стадий таких изменений и стадий антропогенного изменения природных систем:

1.резкое нарушение исходного состояния;

2.стадия ускоренной трансформации всегда. Всегда наблюдаются высокие скорости изменения природных систем;

3.замедление скорости трансформации;

4.восстановление нового устойчивого состояния.

Период релаксации природных систем. Разный для разных природных комплексов. Он зависит от физико-географических характеристик территории. Этот период очень продолжительный. Минимальное время релаксации – это точка границы между 1-м и 2-м периодами антропогенного воздействия.

Рассмотрим изменения в пространстве. Они происходят в результате горизонтальных связей экосистем с соседними экосистемами.

Зоны влияния инженерных сооружений на окружающую природную среду. Эти зона неоднородны.

Антропогенная зональность. Выделяют пояса влияния, зоны и подзоны влияния. Пояса влияния выделяют по наиболее существенным, направленным изменениям на природные системы, антропогенное воздействие (пояса гидрологического влияния).

Зоны влияния – территории, в пределах пояса, направленность процесса (зона заболачивания).

Подзоны характеризуют степень проявления трансформирующих процессов (подзоны сильного или слабого заболачивания).

Доминирование природной подсистемы: подхозяйственные, лесохозяйственные, рекреационные системы. Функционирование за счет природных процессов.

Свойства природных антропогенных систем:

1.целостность – во многом определяется технологией производства. Формирутеся своеобразный антропогенный обмен веществом и энергией.

2.устойчивость к внешним воздействиям. Способность сохранять и поддерживать то состояние, которое было задано человеком. Степень устойчивости зависит от степени тесноты экосистем. Устойчивость антропогенной системы ниже естественной.

3.иерархичность. Говорят о локальных уровнях (города, промышленные узлы), региональных.

Причины сложности выделения границ антропогенных систем:

1.выделение границ - определяется совокупным выделением антропогенных и естественных факторов;

2.границы антропогенных и …. Могут совпадать лишь в немногих случаях;

3.границы природных антропогенных систем нестабильны, т.е. подвижны – это связано с динамичностью природных факторов.

Способы/варианты классификации природных антропогенных систем:

1.подход – это соотношение преднамеренных и непреднамеренных/косвенных воздействий;

2.подход на основе выполняемых социально-экономических функций;

3.вариант классификации основан на оценке воздействия по сравнению с исходным состоянием (слабоизмененные, сильноизмененные антропогенные системы);

4.по последствиям изменения:

-культурные;

-акультурные;

5.по соотношению процессов саморегулирования и управления – управляющее воздействие со стороны человека.

Последствия антропогенных изменений природных систем:

Изменения в условиях жизни и хозяйственной деятельности населения, происходящие под влиянием измененной человеком природной среды (нежелательные для человека).

2 вида последствий:

1.истощение природных ресурсов;

2.загрязнение окружающей среды и ухудшение условий ввиду жизнедеятельности человека.

1.обращает внимание на земельные, рекреационные ресурсы. Истощение природных ресурсов: уменьшение запасов подземных вод, сокращение земельного фонда, уменьшение плодородия почв; уменьшение видового разнообразия растительности и животных; уменьшение полезных ископаемых.

Земельные проблемы: водная эрозия, вторичное заболачивание, загрязнение почв.

Леса: сокращение площади ценных коренных лесов, их структуры, снижение продуктивности лесных биоценозов.

Рекреация: сокращение отдыха и туризма; лесного хозяйства через загрязнение окружающей среды. Деструктивное изменение почв и растительности, деградация природных систем.

Роль биоты в функционировании биосферы.

Ряд важных функций :

-устойчивость глобальных биогеохимических циклов, круговорот веществ из неорганической среды через биоту опять в неорганическую среду при использовании солнечной и химической энергии;

-синтез кислорода – за его счет поддерживается необходимое количество/концентрация озона в атмосфере;

-разрушение горных пород/выветривание, образование и поддержание плодородия почвы; -участие в глобальном гидрологическом цикле (1/4 всех осадков проходит через биоту).

Современные проблемы биоты :

-чрезмерное изъятие ресурсов;

-проблема биологического разнообразия.