Потенціал стійкості природного середовища та його окремих компонентів до техногенного навантаження

Слід зауважити, що величина техногенного навантаження значною мірою залежить від стійкості природного середовища до нього. Наприклад, під час збереження певної величини техногенного навантаження загальний потенціал території буде тим більший, чим більший її потенціал стійкості до нього.

Важливим методом і способом наукового дослідження цієї проблеми є картографування потенціалу стійкості. Як предмет еколого-географічного картографування він має певні особливості. Насамперед, стійкість — це фундаментальна властивість ландшафту, що виступає в діалектичній єдності з його мінливістю. При цьому стійкість відносна, а мінливість абсолютна. Будь-який ландшафт еволюціонує і, очевидно, він повинен мати природну інерційність, що визначає стійкість (або опір) щодо внутрішніх та зовнішніх збурюючих сил. Оскільки є різні ландшафти, то вони мають і різний характер стійкості стосовно зовнішнього техногенного впливу.

Розрізняють стійкість природних, природно-техногенних і техногенних систем. Якщо сутність стійкості природних систем (ландшафтів) розглядають як здатність зберігати під дією зовнішніх чинників набуту ними структуру і характер функціонування, то стійкість інтегральних природно-техногенних і техногенних систем — як їх властивість виконувати під дією зовнішнього впливу соціально-економічні функції відтворення ресурсів і середовища. Стійкість природних систем забезпечується механізмами, які виробились у процесі природної саморегуляції та саморозвитку. Навантаження на геосистему можливе до певних меж, за яких зняття навантаження призводить до повертання цієї системи практично у попередній стан за допомогою саморегулювання.

На відміну від природних систем, стійкість інтегральних систем досягається шляхом поєднання процесів саморегуляції й управління з боку суспільства. Стійкість не може бути однаковою до різних видів впливу, адже вона має оцінюватися стосовно певного виду природокористування (гірничовидобувна промисловість, сільська чи міська забудова, рекреація та ін.) та сукупності впливів. Стійкість інтегральних систем визначається не стільки стійкістю власне підсистем, скільки стійкістю зв'язків між ними. При цьому сутність стійкості зв'язків визначають не лише як їх різноманітність, гнучкість, тісноту тощо, а й як їх часову організованість, тобто своєчасне та швидке виконання кожної операції, суворе дотримання їх послідовності^*177.

*177: {Гавриленко O.T. Геоекологічне обґрунтування проектів природокористування: Навч. посіб. — К.: Ніка-Центр, 2003. — С. 22.}

Мінливість зумовлена як впливом зовнішніх факторів, так і процесами саморозвитку (саморегулювання, самоорганізації); вона може розглядатися як здатність природних систем існувати в різних мінливих станах. Серед компонентів природи найбільше змінюються атмосферне повітря та вода, а найстійкішими є гірські породи та рельєф; проміжне положення займають біота і ґрунти. Зміни можуть бути оборотними та необоротними. Якщо система після певного впливу змінилася, але потім повернулася до початкового стану, це буде зворотна зміна. Природний період повернення в початковий стан називається характерним часом (наприклад, період відновлення лісових біогеоценозі в після вирубки становить 100—150 років). Якщо після порушень попередні характеристики не відновлюються, це незворотна зміна. Мінливість існує завдяки постійним процесам функціонування, динаміки та розвитку в геосистемах, що спричинюють зміни їх стану.

Такі особливості стійкості та мінливості природних систем враховуються під час їх картографічного моделювання. У дослідженнях доцільно використовувати не поняття стійкість, а потенціал стійкості, тобто характеристику його величини. Моделювання здійснюється у два етапи: спочатку створюються карти пофакторної стійкості окремих природних компонентів, а потім синтетична карта стійкості природних комплексів до різних господарських впливів та навантажень. На першому етапі створюються карти, які характеризують співвідношення тепло- і вологозабезпеченості, біокліматичного потенціалу, біологічної продуктивності, інтенсивності біологічного кругообігу, властивості природних компонентів (атмосферного повітря, поверхневих і підземних вод, ґрунтів), що визначають їх здатність до самоочищення і накопичення продуктів техногенезу тощо. Із пофакторних карт стійкості природних компонентів головними є карти біотичного потенціалу і потенціалу самоочищення (див. рис. 13.3).

Біотичний потенціал — це властивість ландшафту (особливо природно-заповідних об'єктів) зберігати або відновлювати генофонд, біологічне різноманіття і стійкість екосистем різного рівня. Його територіальний аспект можна дослідити за допомогою гідротермічного потенціалу продуктивності фітомаси (Яр), що характеризує приріст фітомаси певної екосистеми^*178:

*178: {Методические указания по предупредительному санитарному надзору за районной планировкой. – М.: МЗ СССР, 1990. – С. 38. }

де: W — середньорічне продуктивне зволоження (мм); Р — середній річний радіаційний баланс (ккал/см2 у рік); Т — період вегетації (декада); К корелює з фактичним приростом фітомаси в різних типах ландшафтів. Ця залежність має лінійний характер:

де х — значення К.

Карта біотичного потенціалу природного середовища України є синтетичною за змістом. Синтетичний показник картографування розрахований за кількома величинами згідно з наведеною формулою. Вихідна інформація знята з опублікованих кліматичних карт за інформаційною сіткою, розробленою для карт кліматопогодних умов. Синтетична інформація між точками інформаційної сітки інтерполювалася способом ізоліній з урахуванням форм рельєфу. Найвищий біотичний потенціал природного середовища спостерігається в Карпатах, Прикарпатті, Закарпатті, Поліссі, а також у Кримських горах (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Стійкість ґрунтів України до забруднення та біотичний потенціал природного середовища

 

Потенціал самоочищення — здатність ландшафту переробляти (розчиняти, адсорбувати) або виводити за свої межі забруднювальні речовини. Він значною мірою залежить від швидкості й характеру хімічних перетворень у природних ландшафтах. Багато дослідників вирішальне значення надають живим організмам. Найбільшу здатність до самоочищення мають ландшафти з високою інтенсивністю кругообігу речовин; менше самоочищення відбувається там, де природні процеси повільні або переважають процеси акумуляції та накопичення речовин.

Потенціал самоочищення атмосферного повітря. Самоочисна здатність атмосфери визначається за метеорологічним потенціалом забруднення атмосфери (ПЗА) та метеорологічним потенціалом атмосфери (МПА). ПЗА встановлюється на основі аналізу повторювання метеорологічних характеристик: приземних інверсій, штилів, туманів, опадів, швидкості вітру тощо. МПА — це коефіцієнт (Км), що характеризує переважання тих чи інших процесів (накопичення або розсіювання) протягом року на певній території, він визначається за формулою, запропонованою фахівцями гідрометеослужби:

де Рш — із швидкістю вітру 0—1 м/с; РТ — із туманами; Ро — із опадами 0,5 мм і більше; Рв — із швидкістю вітру 6 м/с і більше. Якщо Км > 1, то переважають процеси, що сприяють накопиченню шкідливих речовин; при Км < 1, навпаки, самоочищенню атмосфери. Це зумовлено тим, що величина ультрафіолетової радіації та кількість гроз впливають на розкладання в атмосфері шкідливих домішок; опади і вітер очищають атмосферу від домішок і продуктів розкладання; рослинність забезпечує біологічну продуктивність, адсорбуючу фітонцидну здатність; форми рельєфу також впливають на накопичення і розсіювання забруднювачів тощо.

Аналіз метеорологічного потенціалу атмосфери свідчить про те, що процеси накопичення переважають у гірських районах Криму і Карпат, долині р. Дністер та інших районах, що зумовлено мікрокліматичними особливостями території. На рівнинній місцевості характерні процеси самоочищення атмосфери.

Стійкість водних об'єктів. Кожне водне середовище може самоочищатися. Інша річ, якими шляхами і з якою швидкістю воно здійснюється. Крім того, самоочисна здатність пов'язана з діяльністю живих організмів. Також на якість і швидкість самоочищення впливає антропогенне забруднення природного середовища. Отже, стійкість водного середовища - - це складний біохімічний і фізичний процес, в якому розрізняють окремі групи факторів, що впливають на самоочищення води: її температурний режим, кольоровість і гідрологічні характеристики.

Температурний режим значною мірою зумовлює процес біотичного самоочищення шляхом мінералізації природних і антропогенних домішок у воді. Експериментальні дослідження свідчать, що під час зниження температури води від оптимальної 20 °С до 16 °С процес самоочищення уповільнюється не більше, ніж на 20 %, що гігієнічно допустимо. Рівень кольоровості води в основному залежить від концентрації гумінових і фульвокислот, які здебільшого потрапляють у водні об'єкти шляхом виносу з ґрунтів. Концентрація їх пропорційна збільшенню кольоровості води. Тому біотична складова потенціалу самоочищення води (Б) визначалась за формулою

де А — кількість днів протягом року з температурою води понад 16 °С; j — індекс кольоровості води, який при кольоровості 0—30° дорівнює одиниці; 30—60° — 0,9; 60—90° 0,8; 90—120° — 0,7; понад 120 — 0,6. Вихідна інформація для цього показника встановлювалася для гідрологічних постів у межах основних басейнів рік України (Дунай, Західний і Південний Буг, Дністер, Дніпро, Сіверський Донець, річки Приазов'я, Криму).

Середньорічні дані кольоровості води на території України в основному коливаються від 0 до 30°; значно менше показників від 30 до 60; більше 60 мають деякі річки басейну Південного Бугу, Десни, Прип'яті та ін. Проведені розрахунки свідчать, що біотичний потенціал поверхневих вод для рівнинних річок України в середньому становить 0,36, тобто він понижений, а для гірських і малих річок — ще нижчий. Тому високе антропогенне забруднення річок, особливо малих, створює певний екологічний ризик для живих організмів водних об'єктів. Цей ризик значною мірою залежить від гідрологічних характеристик водних об'єктів, що визначають величину розбавлення забруднювачів, зокрема, середня багаторічна витрата води (м³/с).

Потенціал стійкості або самовідновлення водних об'єктів вираховується шляхом множення показника біотичного потенціалу на коефіцієнт витрати води. Таким чином одержуються показники картографування стійкості поверхневих вод України до забруднення. За допомогою методу лінійної інтерполяції (в межах басейнів основних річок) між водомірними постами проводяться ізолінії рівних значень потенціалу стійкості поверхневих вод. Вододільні лінії основних басейнів річок приймаються за нульове значення.

Наприклад, малі річки України характеризуються мінімальним і дужо низьким потенціалом самовідновлення, а великі середнім, високим і дуже високим. Високий потенціал мають Дунай і Дніпро. Отже, найчутливішими до антропогенного впливу є малі річки України. Саме тому на їх охорону і відтворення потрібно спрямовувати основні зусилля.

Стійкість ґрунтів характеризує їх властивість зберігати нормальне функціонування і структуру незалежно від різноманітних фізичних, хімічних і біологічних впливів. Стійкість це також здатність ґрунтів до саморегуляції, яка залежить від багатьох чинників, найважливішими серед них є крутизна схилів, питомий опір, структурність, механічний склад, тип водного режиму, вміст гумусу, кислотність ґрунтів, залісненість території, ємність поглинання, інтенсивність біогенного кругообігу, господарська освоєність земель тощо.

Ранжування перерахованих показників за їх інтенсивністю дало змогу скласти шкалу бальної оцінки стійкості ґрунтів. Бали з кожного показника підсумовано за такою формулою:

де С — оцінка стійкості земельної ділянки під час техногенного впливу, %; с — бали з кожного показника; Q — максимально можлива сума балів (у цьому дослідженні 53). Величини С — показники картографування стійкості ґрунтів до техногенного навантаження (рис. 13.4).

Картографування здійснюється в межах природно-сільськогосподарських районів України, що пов'язано з його широким використанням для наукових і практичних цілей, значною перевагою площі сільськогосподарських угідь порівняно з іншими землями тощо. Одиницями картографування є природно-сільськогосподарські райони, в межах яких згідно з наявною шкалою оцінювання відбувається аналіз і синтез вихідної інформації. Це дає змогу виконувати зонування території за стійкістю ґрунтів до техногенного забруднення.

Карти екологічної стійкості окремих компонентів природного середовища (біотичного потенціалу, метеорологічного потенціалу атмосферного повітря, стійкості до техногенного навантаження поверхневих вод і ґрунтів) можуть бути основою для складання синтетичної карти стійкості природного середовища (рис. 13.4). З цією метою зведений статистичний ряд інформації оцінюється за допомогою методу математичної статистики шляхом визначення середнього арифметичного значення нормованого і масштабованого рядів, а також середнього квадратичного відхилення від цієї величини.

Оцінювальна шкала потенціалу стійкості природного середовища України до техногенного навантаження розробляється у такому вигляді: низький (менше 1,80); нижчий середнього (-1,80 до -0,50 і менше); середній (від -0,49 до 0,80); вищий середнього (від 0,81 до 2,10); високий (2,11 і більше). Показники зі знаком "+" характеризують потенціал стійкості природного середовища до техногенного навантаження вище середнього рівня, а зі знаком — нижче середнього.

 

Отже, зробимо такі висновки. За реакціями різних природних компонентів на певні види техногенних впливів можна передбачати ймовірність порушення динамічної рівноваги у природних ландшафтах. Тому результати територіального аналізу стійкості природного середовища є важливими для оцінювання екологічних ризиків, прогнозування стану природного середовища, нормування антропогенних навантажень, моніторингу стану навколишнього середовища, раціональної організації природокористування на території України тощо. Порівнюючи антропогенне, особливо техногенне, навантаження і стійкість природного середовища, виявимо екологічний потенціал території, що важливо у процесі розробки концепції сталого (збалансованого) розвитку України та її окремих регіонів.