Биолого-экологическая оценка территории

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Департамент образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Факультет

Биолого-экологическая оценка территории

Аспиранта кафедры экология и природопользование

Введение

На урбанизированных территориях, испытывающих высокую техногенную нагрузку, важную роль в защите окружающей природной среды играют зеленые насаждения, поэтому их необходимо преобразовывать и сохранять с учетом функциональной роли городских насаждений.

Современное состояние городских зеленых насаждений на различных типах и категориях озеленения показывает высокую степень воздействия негативных антропогенных факторов, присущих урбанизированным территориям, закономерно приводящих к ослаблению древесной растительности, преждевременному старению, поражению болезнями и вредителями, и к гибели насаждений.

Сбор и систематизация информации о степени загрязнения почвы и грунтовых вод токсичными элементами и соединениями, а также реакции на них древесных растений в городских условиях являются актуальной экологической проблемой урболандшафтов.

Рациональное природопользование предполагает управление природными процессами, т.е. запрограммированное воздействие на природные объекты с целью получения определенного хозяйственного эффекта.

Чтобы управление было достаточно эффективным, необходимо иметь данные о динамических свойствах этих объектов, их изменении в результате антропогенного воздействия, предвидеть последствия вмешательства человека в ход естественных процессов.

Управление природными процессами должно опираться на надежную и достоверную информацию о прошлых, настоящих и будущих состояниях природных и природно-антропогенных систем.

За последнее десятилетие накоплен большой материал по изменению природы. Однако он не содержит данных о динамике развития процессов. В связи с этим встал вопрос об организации специальных наблюдений за состоянием окружающей природной среды и ее антропогенными изменениями с целью их оценки, прогнозирования и своевременного предупреждения о возможных неблагоприятных последствиях, т.е. о введении постоянной действующей службы наблюдения мониторинга.

экологический мониторинг фитоценоз

Экологический мониторинг

Способ познания, основанный на относительно длительном целенаправленном и планомерном восприятии предметов и явлений окружающей действительности, издавна применялся в различных видах научной и практической деятельности человека. Блестящие образцы организации наблюдений за природной средой описаны еще в первом веке нашей эры в "Естественной истории" Гая Секунда Плиния (старшего). Тридцать семь томов, содержавших сведения по астрономии, физике, географии, зоологии, ботанике, сельскому хозяйству, медицине, истории, служили наиболее полной энциклопедией знаний до эпохи средневековья

Экологический мониторинг - это система наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния природной среды под влиянием естественных и антропогенных факторов. Слово «мониторинг» образован от латинского слова «монитор»- наблюдающий (так называли вперед смотрящего матроса на парусном судне). (Гуляева В.И, 1999)

По Трофимовой В.Л. (2002) экологический мониторинг - это система регулярных длительных наблюдений в пространстве и времени, дающая информацию о состоянии окружающей среды с целью оценки прошлого, настоящего и прогноза в будущем параметров окружающей среды, имеющих значение для человека.

Сам термин «мониторинг» впервые появился в рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1971 году, а в 1972 году уже появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга окружающей среды (Стокгольмская конференция ООН по окружающей среде). (Венецианов Е.В. и др.,2003) Общие подходы к формированию систем мониторинга окружающей среды для наблюдения, оценки и прогноза состояния окружающей среды сформулированы в 70-90-е годы прошлого столетия в трудах И.П. Герасимова (1975, 1977), Н.К. Гасилиной с соавт. (1977), Ю.А. Израэля (1977, 1984), А.Д. Фейерклафа (1977), В.Е. Соколова, Н.Н. Смирнова (1980), Р.Е. Манна (1980), К.С. Бурдина (1985), Б.В. Виноградова (1991), Г.И. Швебса (1993), А.Д. Викторова, В.М. Кутузова (1994), S. Rippon (1994) и других исследователей.

Экологический мониторинг включает прогноз антропогенных изменений биосферы и ответных реакций экосистем, а также изменений, связанных с загрязнением среды обитания, урбанизацией, сельскохозяйственным использованием земельных ресурсов. Эти идеи базировались на общесистемных представлениях о закономерностях функционирования экосистем и экологической оценке качества среды, обоснованные в трудах Н.Ф. Реймерса (1983, 1990), В.Г. Горшкова (1995), В.И. Данилова-Данильяна с соавт. (1997). После принятия Постановления Правительства РФ «О создании Единой государственной системы экологического мониторинга» (1993) мониторинг рассматривается как одна из составляющих общенациональной системы экологической безопасности (Егоренков, 1994; Беляев, 1996). Ряд исследователей систему мониторинга понимал не только как процесс наблюдения, но и как систему управления состоянием окружающей среды, осуществляемую в различных масштабах и в том числе глобальном. Например, И.П. Герасимовым (1975, 1977) была предложена трехступенчатая содержательная иерархия мониторинга: 1) биоэкологический (санитарно-гигиенический) мониторинг; 2) геоэкологический (природно-хозяйственный) мониторинг, включающий наблюдения за состоянием природных экосистем и преобразованием их в природно-технические; 3) биосферный (глобальный) мониторинг. Более активная, управленческая концепция мониторинга нацеливала на выявление и контроль вредных экологических факторов, экологически неблагополучных регионов, создание экологически ориентированной экономики и активное международное сотрудничество. Исходной базой для создания региональных систем мониторинга окружающей среды служат оценочные экологические исследования, направленные на изучение ответных реакций экосистем на антропогенные воздействия и оценку риска для здоровья населения, связанного с загрязнением окружающей среды (Прохоров, 1991; Ревич, Гурвич с соавт., 1995, 1996; Экологический мониторинг..., 1995). Для оценки состояния окружающей среды было предложено использование физических, химических и биологических показателей. В этой связи возникла проблема определения допустимых экологических нагрузок и соответствующего ограничения (нормирования) существующих антропогенных нагрузок с учетом совокупности возможного вредного воздействия многих факторов, а также возможных экологических, экономических и социальных последствий.

Мониторинг включает следующие основные направления деятельности:

- наблюдения за факторами, воздействующими на окружающую природную среду и за ее состоянием;

- оценку фактического состояния природной среды;

- прогноз развития состояния природной среды и оценку этого развития.

Следует принять во внимание, что сама система мониторинга не включает деятельность по управлению качеством среды, но, в идеале, является источником информации необходимой для принятия некоторых экологически значимых решений. (Чупахин В.М., 1989).

Существуют различные подходы к классификации экологического мониторинга: по характеру решаемых задач, по уровням организации, по природным средам, за которыми ведутся наблюдения и т.д.

Один из вариантов классификации представлен на рис. 1.

Рис.1. Общая классификация систем мониторинга (Израэль, 1984, Родзевич Н.Н., 2003)

Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях:

· импактном (изучение сильных воздействий в локальном масштабе, направленное, например, на оценку сбросов или выбросов конкретного предприятия);

· региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экосистем в масштабе региона);

· фоновом, осуществляемом в рамках международной программы "Человек и биосфера" на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность (имеет целью зафиксировать фоновое состояние окружающей среды, что необходимо для дальнейших оценок уровней антропогенного воздействия).

· Локальный направлен на слежение за природными процессами в пределах какого-то района.

· Глобальный осуществляется в области сбора сведений о развитии общемировых процессов

По своему структурно-функциональному составу мониторинг окружающей среды объединяет в себе все необходимые компоненты: приборно-аппаратное обеспечение, систему организации измерений и совокупность методик анализа результатов наблюдений, необходимые для реализации функций, представленных на рис 2.

Рис.2. Функции мониторинга состояния окружающей среды (Бурдин, 1985)

Поскольку сообщества живых организмов замыкают на себя все процессы, протекающие в экосистеме, ключевым компонентом мониторинга окружающей среды - см. рис.3 - является мониторинг состояния биосферы или биологический мониторинг, под которым понимают систему наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения (Федоров, 1974; Израэль, 1977) и проявляемых на организменном, популяционном или экосистемном уровнях.

Рис. 3. Подсистемы экологического мониторинга

Наиболее универсальным подходом к определению структуры системы мониторинга антропогенных изменений является его разделение на блоки: "Наблюдения", "Оценка фактического состояния", "Прогноз состояния", "Оценка прогнозируемого состояния".

На рис. показаны отдельные блоки описываемой системы, а также прямые и обратные связи между этими блоками.

Блоки "Наблюдения" и "Прогноз состояния" тесно связаны между собой, так как прогноз состояния окружающей среды возможен лишь при наличии достаточно репрезентативной информации о фактическом состоянии (прямая связь). Построение прогноза, с одной стороны, подразумевает знание закономерностей изменений состояния природной среды, наличие схемы и возможностей численного расчета этого состояния, с другой - направленность прогноза в значительной степени должна определять структуру и состав наблюдательной сети (обратная связь).

Экологический мониторинг можно разделить по целям (например, научно-исследовательский, диагностический, проектировочный), методам ведения (дистанционный, с помощью биоиндикаторов). По объектам наблюдения условно различают мониторинг окружающей человека среды (атмосферного воздуха, почвы, воды) и биологический (флоры и фауны). Различают также мониторинг изменений состояния окружающей среды и мониторинг воздействия на окружающую среду.

По месту сбора информации выделяют наземный и аэрокосмический мониторинг:

· наземный- с использованием специальных приборов следят за концентрацией в воде, воздухе почве или продуктах питания вредных веществ.

· аэрокосмический - изменения, происходящие в экосистемах, оценивают с помощью приборов на спутниках и самолетах, которые учитывают состояние лесов и посевов, степень эрозии почв, содержание в атмосфере загрязнителей. (Миркин Б.М., Наумова Л.Г., 1995)

Любой из видов мониторинга должен иметь определенный отрезок времени: от нескольких дней до нескольких лет.

Мониторинг биоразнообразия - одна из ведущих подсистем экологического мониторинга в целом. Мониторинг биологических ресурсов региона позволяет анализировать процессы, происходящие в биосфере под влиянием антропогенной деятельности, прежде всего, ответные реакции живых организмов. Существенный прогресс в обосновании этих представлений был достигнут после принятия Международной конвенции по биоразнообразию (1992), Пан-Европейской стратегии по биоразнообразию (1995) и Национальной стратегии сохранения биоразнообразия России (2001), где обоснованы принципы и уровни охраны биологических ресурсов планеты, конкретных регионов. Среди различных аспектов этой проблемы большое внимание уделяется формированию региональных систем особо охраняемых природных территорий (ООПТ) как основы формирования экологических каркасов регионов (Негробов, Шевченко, 1988; Двуреченский с соавт., 1990; Федотов, Григорьевская, 2000; Агафонов, 2002; Григорьевская, 2003).

Основные цели экологического мониторинга состоят в обеспечении своевременной и достоверной информацией, позволяющей:

· Оценить показатели состояния и функционирования экосистем и среды обитания человека;

· Выявить причины изменения этих показателей;

· Создать условия для определения мер по истреблению возникающих негативных последствий;

· Организовать мероприятия по улучшению качества окружающей среды

Основные задачи экологического мониторинга:

· Наблюдения за источниками антропогенного и природного воздействия;

· Наблюдения за состоянием природной среды и процессами происходящими под влиянием антропогенного воздействия;

· Оценка фактического состояния природной среды;

· Прогноз изменения состояния природной среды. (Аргунова М.В и др.2008)

В систему мониторинга должны входить следующие основные процедуры:

выделение (определение) объекта наблюдения;

обследование выделенного объекта наблюдения;

составление информационной модели для объекта наблюдения;

планирование измерений;

оценка состояния объекта наблюдения и идентификации его информационной модели;

прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;

представление информации в удобной для пользователя форме и доведение ее до потребителя

Данные, характеризующие состояние природной среды, полученные в результате наблюдений или прогноза, должны оцениваться в зависимости от того, в какой области человеческой деятельности они используются (с помощью специально выбранных или выработанных критериев). Оценка подразумевает, с одной стороны, определение ущерба от воздействия, с другой - выбор оптимальных условий для человеческой деятельности, определение существующих экологических резервов. При такого рода оценках рассчитываются возможные значения допустимых нагрузок на окружающую природную среду.

Информационная система мониторинга антропогенных изменений, являются составной частью системы управления, взаимодействия человека с окружающей средой (системы управления состоянием окружающей среды), поскольку информация о существующем состоянии природной среды и тенденциях ее изменения должна быть положена в основу разработки мер по охране природы и учитываться при планировании развития экономики. Результаты оценки существующего и прогнозируемого состояния биосферы в свою очередь дают возможность уточнить требования к подсистеме наблюдений (это и составляет научное обоснование мониторинга, обоснование состава, структуры сети и методов наблюдений).

На рисунке 2 показано место мониторинга в системе управления (регулирования) состоянием окружающей природной среды. На схеме условно совмещены энергетические и информационные потоки.

Элемент биосферы с уровнем состояния Б, подвергаясь воздействию (А), меняет свое состояние (Б ' Б').

С помощью системы мониторинга (М) получается "фотография" этого измененного, а по возможности и первоначального состояния, производится обобщение данных, анализ и оценка фактического и прогнозируемого состояния. Эта информация передается в блок управления (У) принятия решения. На основании этой информации в зависимости от уровня научно- технических разработок (Н) и экономических возможностей (Э), с учетом эколого-экономических оценок; принимаются меры по ограничению или прекращению антропогенных воздействий, по профилактическому укреплению или последующему "лечению" элемента биосферы. Также возможна комбинация перечисленных подходов. Совершенствуется и система мониторинга (указанные действия показаны на схеме штриховыми линиями).

Следует отметить, что, поскольку оценка фактического и прогнозируемого состояния природной среды является составной частью мониторинга, то некоторые авторы идентифицируют эту часть мониторинга с элементом управления состоянием природной среды.

Наблюдения за состоянием окружающей природной среды должны включать наблюдения за источниками и факторами воздействия (в том числе источниками загрязнений, излучений и т.п.). За состоянием элементов биосферы (в том числе за откликами живых организмов на воздействие, за изменением их структурных и функциональных показателей.

Фитоценоз и влияние на него загрязнений

Городская флора является одним из важнейших компонентов городской среды и фактором ее формирования. Зеленые растения влияют на микроклимат города, смягчая летнюю жару и сухость, защищают от палящего солнца и сильны ветров. Городская растительность способствует повышению ионизации воздуха - явлению, благотворному для человека. Так содержание легких ионов в лесном воздухе составляет 2-3 тыс. см 3, в городских парках - около 800-1200 тыс. см 3, а в закрытых многолюдных помещениях-25-100 тыс.(по данным Камериловой Г.С., 1997) Хорошо известен противошумовой эффект зеленых насаждений, связанный с большой звукоотражательной способностью листвы деревьев.

В настоящее время исследования городской среды и связанные с ними теоретические и прикладные экологические проблемы необычайно актуальны, так как города становятся основной средой обитания человека. В последние десятилетия наблюдается интенсивное насыщение атмосферы городов газообразными и пылевидными отходами транспортных средств и промышленных предприятий (Воскресенская, 2004). Они вызывают ухудшение условий существования человека и других организмов, создавая угрозу здоровью населения, нарушению климата в локальных и глобальных масштабах (Калверт, 1988). В связи с этим остро ощущается потребность в научно-обоснованных и рациональных мероприятиях по предотвращению загрязнения атмосферы и сохранению нормальных условий жизни, труда и отдыха людей и биосферы в целом (Илькун, 1978).

Среди компонентов живого вещества биосферы наиболее существенным фактором нейтрализации газообразных токсикантов является растительность и особенно древесно-кустарниковые насаждения и естественные лесные массивы (Сергейчик, 1984). Поэтому одним из перспективных подходов для биологической характеристики воздушной среды является оценка состояния древесных растений по степени их газоустойчивости к промышленным выбросам (Соловьева, 2001).

Выполняя санитарно-гигиенические, архитектурные, хозяйственно-экономические и другие функции, зеленые насаждения несут огромную нагрузку (Рунова, 2004). Возможности их многогранны, но это совсем не значит, что они беспредельны. Растения отрицательно реагируют на наличие в воздухе даже в малых дозах токсических веществ. Они гораздо сильнее реагируют на те концентрации вредных веществ, которые у людей и животных не оставляют видимых явлений отравлений. Таким образом, они выполняют индикаторную функцию (Сергейчик, 1984).

В зонах повышенной загазованности, запыленности и перегрева атмосферного воздуха выявлена повсеместная повреждаемость растений. Установлено, что велика повреждаемость растений дымом со значительной концентрацией двуокиси серы, окиси азота и углерода, сероводорода, аммиака и других (Битюкова, 2004). Многие из этих соединений, растворяясь в воде, образуют вредные для растений кислоты (Майснер, 1981).

Растения в условиях урбанизированной (техногенной) среды, сохраняя внешне неизменный вид, претерпевают значительные изменения биохимического состава и физиологических процессов (Илькун, 1978). Промышленные газы и аэрозоли могут оказывать на растения комплексное и индивидуальное воздействие. Но нередко эффект повреждения вызывается одним, преобладающим в среде, соединением (Майснер, 1981).

Для оценки и прогноза состояния древостоя необходима ранняя диагностика нарушения жизнедеятельности древесных растений, подвергнутых воздействию газовых токсикантов. В первую очередь повреждения проявляются на физиолого-биохимическом уровне, затем распространяются на ультраструктурный и клеточный уровни и лишь после этого развиваются видимые признаки повреждения - хлорозы и некрозы тканей листа, опадание листьев, торможение роста (Горышина, 1991).

У древесных растений в течение филогенеза и онтогенеза вырабатываются механизмы, способные контролировать поступление и удаление некоторых элементов посредством физиологических реакций (Тойкка, Петахина, 1980, Ковальский, 1984). Тяжелые металлы в растениях играют активную роль в метаболических процессах, но они могут также сохраняться в виде неактивных соединений в клетках и на клеточных мембранах.

Непосредственное поступление тяжелых металлов в листья осуществляется через кутикулу. Этот процесс тесно взаимосвязан с кутикулярной транспирацией, которая в свою очередь взаимосвязана с содержанием воды в тканях листовой пластины (Смит, 1985).

Наличие разнообразных путей поступления тяжелых металлов в растения предполагает существование двух ведущих факторов формирования элементного химического состава растений: генетического и экологического. Долевое участие каждого меняется в зависимости от изменений условий среды. При соответствии геохимической обстановки фитоценозов трофическим требованиями растений их элементный состав в основном отражает работу генетического контроля. В таких условиях выдерживается избирательное и характерное для данного вида поглощение ионов металлов растительными тканями (Ильин, 1985). Экологический фактор препятствует этому в тех случаях, когда среда обитания обогащена подвижными формами тяжелых металлов (Ильин, 1991).

Антропогенный фактор влияет на биоразнообразие как природных, так и антропогенно трансформированных ландшафтов, приводя к исчезновению различных видов. При этом одной из наиболее чувствительной к загрязнению среды и уязвимой группой организмов являются лишайники, для большинства из которых на сегодняшний день не разработаны механизмы их охраны и восстановления. При изучении и анализе лихенобиот урбанизированных территорий были выявлены определенные закономерности (Закутнова, Зайсунова, 1997; Малышева, 2003). Для ряда городов России отмечены изменения лихенобиот в динамике в соответствии с увеличением уровня загрязнения. На территории некоторых городов происходят существенные изменения в видовом составе и характере распределения лишайников, наблюдается перестройка комплексов лихеносинузий, выпадение отдельных видов или снижение их встречаемости. Отмечается обеднение видового состава лишайников техногенных местообитаний по сравнению с естественными экосистемами. Таким образом, на сегодняшний день встает проблема сохранения лихенобиоты в первую очередь городских территорий, которые характеризуются высоким уровнем атмосферного загрязнения. Установлено, что ведущим фактором, приводящим к исчезновению видов лишайников на определенной территории, является антропогенное загрязнение среды. Но различные виды лишайников проявляют неодинаковую чувствительность к воздействию такого загрязнения. Это принимается во внимание при выделении устойчивых и чувствительных групп лишайников. Именно чувствительные виды наиболее остро нуждаются в разработке мероприятий по их сохранению. (Сионова Н.А., Криворотов С.Б., 2008)Размещено на Allbest.ru