Мониторинг мелиоративных природно-технических систем

Мониторинг особенно актуален для природно-антропогенных систем - комплексов, которые используются в хо­зяйственной деятельности человека и подвергаются его воздействию. К числу таких объектов относятся мелиоративные природно-технические системы - совокупности ландшафтно-экологических, мелиоративно-агротехнических и социально-экономических компонентов, которые, взаимодействуя между собой в границах одной территории, функциониру­ют как единое целое.

Мелиоративные природно-технические системы получили широкое распространение. К 1992 г. в Российской Федерации площадь орошае­мых земель достигла 6,3 млн. га, осушенных земель - 5,3 млн. га. Орошение и осушение ведут к нару­шению многих естественных процессов, что неизбежно отражается на состоянии и функционировании всего природного комплекса. В резуль­тате мелиоративного воздействия изменяются водно-воздушный режим почвогрунтов, направление и скорость протекания основных почвооб­разовательных процессов, строение и свойства почв, состав и продуктивность фитоценозов, возрастает вынос минеральных и органичес­ких веществ с дренажным стоком, изменяется микроклимат территория и т.д. Природно-экологические последствия мелиорации могут иметь как позитивный, так и негативный характер. Во многих случаях пре­образовательный эффект мелиорации снижается из-за проявления в ландшафте процессов и явлений, ухудшающих не только условия про­израстания сельскохозяйственных культур, но и условия труда и от­дыха населения (из-за подъема или снижения уровня почвенно-грунтовых вод выше или ниже критического, подтопления и иссушения, вто­ричного засоления почв и др.). Эффективность ряда мелиоративных систем оказывается недостаточной из-за просчетов в планировании и проектировании мелиорации или снижается со временем. В связи с этим возникает необходимость организации мониторинговых наблюде­ний, как в пределах самих систем, так и на прилегающих к ним тер­риториях.

Главная задача мониторинга заключается в слежении и контроле за состоянием природных комплексов и компонентов, а также их изменением под влиянием мелиоративных мероприятий. Целью наблюдений является своевременное и оперативное предупреждение нежелательных последствий, эффективное использование позитивных изменений гео­систем и экосистем в хозяйственных целях. Учитывая, что мелиорация влияет прежде всего на режим поверхностных и почвенно-грунтовых вод, структуру почвенного покрова и свойства почв, видовой состав и состояние растительности, первостепенное внимание следует уделить фиксации изменений этих компонентов.

Основной путь получения мониторинговой информации - проведение наблюдений на сети природно-мелиоративных стационаров и станций; часть информации может быть получена путем использования дистан­ционных методов исследований. Участок исследований должен представлять хорошо выраженную полузамкнутую территорию, позволяющую фиксировать приход и расход вещества и энергии. Этому условию отвечают бассейны малых и сред­них рек, а также природно-мелиоративные системы, включающие сеть гидротехнических сооружений и зону их влияния на окружающую при­родную среду.

Непосредственными объектами мониторинговых исследований явля­ются природные комплексы в ранге урочищ и подурочищ (мелиорируе­мые, измененные и фоновые).

Программа исследований на точках (площадках) включает: теплобалансовые и воднобалансовые наблюдения (3-6 суточные серии 3-5 раз в течение вегетационного периода), наблюдения за уровнем почвенно-грунтовых вод, влажностью и аэрацией почв (раз в 7-10 дней), снегомернуо съемку (1-2 раза в год), полный агрохимический анализ почв (1-3 раза за вегетационный период), гидрохимический анализ поверхностных, почвенно-грунтовых и дренажных вод (1-2 раза в ме­сяц).

26. Принципы и требования к содержанию и организации мониторинговых наблюдений. Главная задача мониторинга - получение объективной информации о состоянии компонентов и комплексов природной среда, его оценка и прогноз развития в пространстве и во времени. Решение этой задачи предъявляет определенные требования к содержанию и организации мо­ниторинговых наблюдений.
а) Наблюдения должны носить комплексный характер, т.е. охватывать всю совокупность природных объектов (атмосферный воздух, воду, почвы, биоту, литосферу, экосистемы и геосистемы в целом) и воздействующие на них факторы (антропогенные и естественные), учитывать различные процессы, происходящие в природе (физические, хими­ческие, физико-географические и др.), использовать весь арсенал методов, которые дают возможность получить необходимую информацию о состоянии окружающей среда. Весьма желательна сопряженность проведения наблюдений, т.е. охват одновременно всех или нескольких природных компонентов в пределах одного объекта (территории), хотя во многих случаях это пока нереально.
б) Следующее требование - систематичность слежения за состоянием среды и оперативность получения информации. Этому требованию в наибольшей степени отвечают режимные наблюдения - регулярная с определенной периодичностью фиксация хода природных и природно-антропогенных процессов во времени. Полученные данные могут синхронно поступать в банк геоинформации и выдаваться потребителю в нужное для него время.
в) Репрезентативность (представительность) объектов (территорий) мониторинговых наблюдений. При выборе объектов необходимо учитывать типичность (а в ряде случаев, наоборот, - уникальность) физико-географических условий, направления и степени антропогенного воздействия как на региональном, так и на локальном уровнях.
г) Целесообразность проведения одновременных наблюдений по одной и той же программе на измененной человеком территории и участ­ках с ненарушенной природой. Такая синхронность необходима для сравнения изучаемых объектов и получения оценки антропогенных изменений природной среда.
С учетом этих требований должна строиться сеть мониторинговых наблюдений. В настоящее время слежение и контроль за состоянием окружающей природной среды ведутся на постоянных и временных пунктах наблюдения, расположенных на измененных человеком территориях и на участках, не затронутых хозяйственной деятельностью. Послед­ние используются для фиксации фоновых (т.е. естественных, полу­ченных без учета влияния локальных факторов) показателей природных объектов. В сеть наземных мониторинговых наблюдений входят:
- стационарные пункты слежения и контроля за естественным сос­тоянием и загрязнением природных компонентов и комплексов по физическим, химическим; биологическим и другим показателям;
- специализированные пункты наблюдений (периодических или постоянных) на конкретных объектах (например, в зоне влияния крупного промышленного предприятия, участке загрязнения водоема и т.п.);
- временные объекты полустационарных или маршрутных наблюдений на участках, не охваченных указанными выше пунктами слежения и контроля.
Комплекс наземного слежения включает различные методы наблюдений. С их помощью в настоящее время получают большую часть информации, используемой для оценки и прогноза состояния окружающей природной среды. В последние 10-15 лет постоянно возрастает роль дистанционного зондирования (аэрокосмического мониторинга). Оно позволяет получать динамическую информацию о состоянии природы для любых по площади территорий. По мере изучения пространственного ас­пекта антропогенного воздействия и развития экологического картографирования важным источником мониторинговой информации становится карта (картографический мониторинг). Наконец, для получения прогнозной информации все шире используется моделирование.
Таким образом, система мониторинговых наблюдений включает четыре основные подсистемы: комплекс наземных методов слежения, аэрокосмический мониторинг, картографический мониторинг, моделирование природных объектов. Рассмотрим наиболее важные методы получения информации в рамках этих подсистем.

27. Концепция мониторинга антропогенных изменений биосферы Ю.А. Израэля Ю. А. Израэль (1977, 1984 и др.) одним из первых обратил внимание на необходимость регулярного слежения за последствиями антропогенного воздействия на природную среду. По его мнению, мониторингом правильнее называть систему наблюдений, позволяющую выделить изме­нения состояния (и, прежде всего, загрязнение) биосферы под влияни­ем деятельности человека. Подобную систему он определил как мони­торинг антропогенных изменений окружающей природной среды. Основ­ная цель ее создания - предупреждение негативных последствий воз­действия человека на природу. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: а) определить источники воздействия, а также причины антропогенных изменений; б) оценить фактическое сос­тояние природной среда; в) выявить тенденции изменения, дать прог­ноз и оценку будущего состояния биосферы.

Важнейшей составной частью мониторинга антропогенных изменений биосферы выступает экологический мониторинг - совокупность наблю­дений за геофизическими и биотическими компонентами биосферы с целью выявления, оценки и прогнозирования ответных реакций природных экосистем на антропогенные воздействия (Израэль, 1984). Его функционирование связано с решением двух основных задач: а) оценкой критических проблем, возникающих в результате сельскохозяйственной деятельности и землепользования; б) обнаружением в экосистемах изменений антропогенного характера (прежде всего в результате загрязнения). Для оценки критических проблем необходимо перио­дическое картографирование городских районов, вырубок и лесонасаждений, сельскохозяйственных земель и других используемых террито­рий. Важное значение имеет регулярное слежение за состоянием возобновляемых ресурсов.

В соответствии с задачами и основными направлениями деятельности в структуре системы мониторинга выделяются четыре главных блока: наблюдения, оценка фактического состояния, прогноз изменения биосферы, оценка прогнозируемого состояния. Логически они тесно связаны между собой (рис. I). Так, прогноз состояния окружающей природной среды возможен лишь при наличии достаточно представительной информации о ее фактическом состоянии. С другой стороны, направлен­ность прогноза в значительной степени определяет структуру и сос­тав наблюдательной сети.

Рисунок 1 - Блок-схема системы мониторинга (по Израэлю, 1984)

Наблюдения должны включать постоянное слежение за источниками воздействия (особенно источниками загрязнения), факторами воздейст­вия (нагрузками на ландшафты и др.), состоянием компонентов биосферы (прежде всего биотических), изменением их структурных и функ­циональных показателей.

Для оценки данных, полученных в результате наблюдений и прогнозирования, необходимо знать исходное, а также фоновое состояние изучаемых объектов (т.е. их характеристики в местах, удаленных от факторов антропогенного воздействия). Оценка позволяет, с одной стороны, определить ущерб, связанный с вмешательством человека, а с другой - выбрать оптимальные условия для хозяйственной деятель­ности, выявить существующий экологический потенциал.

Как видим, по Ю.А.Израэлю, мониторинг включает наблюдения, оценку и прогнозирование состояния биосферы, но в его функции не вхо­дит управление качеством окружающей среды и деятельностью человека. Однако весь смысл слежения за состоянием среды состоит в получении информации необходимой для принятия управленческих решений.