Екологічна безпека природних і антропогенно модифікованих геосистем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

МОНОГРАФІЯ

Екологічна безпека природних і антропогенно модифікованих геосистем

М.М. Приходько

Івано-Франківськ

«Фоліант»

2013

Рекомендовано до друку вченою радою Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу (протокол № від лютого 2013 р.)

Рецензенти:

Я.О. Адаменко - завідувач кафедри екології Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, доктор технічних наук, професор

І.П. Ковальчук - завідувач кафедри геодезії та картографії Національного університету біоресурсів і природокористування України, доктор географічних наук, професор

К.Й. Кілінська - завідувач кафедри соціальної географії та рекреаційного природокористування Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича, доктор географічних наук, професор

Я.О. Мольчак - завідувач кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності Луцького національного технічного університету, доктор географічних наук, професор

Приходько М. М.

П 75 Екологічна безпека природних і антропогенно модифікованих геосистем: монографія / М. М. Приходько. - Івано-Франківськ: Фоліант, 2013. - 330 с.

Висвітлено теоретико-методологічні засади екологічної безпеки природних і антропогенно-модифікованих геосистем. Обгрунтовано необхідність розвитку наукового напряму конструктивної географії - екологічна безпека геосистем. Здійснено аналіз та оцінено екологічні ризики (антропогенної перетвореності природних геосистем, забруднення атмосферного повітря і поверхневих вод, паводки, зміна клімату). Розглянуто проблеми екологічної безпеки лісових, водних і агрогеосистем. Обгрунтовані система управління екологічною безпекою природних і антропогенно модифікованих геосистем та наукові підходи до планування і конструювання нових екологічно безпечних геосистем.

Для географів, екологів, спеціалістів аграрного, лісового і водного господарства та сфери державного управління природними ресурсами.

Зміст

Вступ

Розділ 1. Теоретико-методологічні засади екологічної безпеки геосистем

1.1 Екологічна безпека геосистем - науковий напрям конструктивної географії

1.2 Геосистема, як об'єкт дослідження

1.2.1 Визначення та формалізація об'єкта дослідження

1.2.2 Геосистема: сутність поняття

1.3 Сучасні наукові парадигми екологічної безпеки геосистем

1.3.1 Геосистемна парадигма

1.3.2 Парадигма територіальної екологічної безпеки

1.4 Закони, правила і принципи екологічної безпеки

1.5 Концепції екологічної безпеки геосистем

1.6 Фактори екологічної безпеки геосистем

1.6.1 Стійкість геосистем

1.6.2 Збалансоване ресурсокористування

1.7 Головні ознаки та критерії екологічної безпеки геосистем

Розділ 2. Екологічні ризики: умови виникнення та оцінювання

2.1 Сутність понять «ризик» і «екологічний ризик»

2.2 Антропогенна перетвореність і денатуралізація навколишнього природного середовища (природних геосистем)

2.3 Екологічні ризики забруднення компонентів геосистем

2.3.1 Забруднення атмосферного повітря.

2.3.2 Забруднення поверхневих вод

2.4 Зміна клімату та її наслідки

2.4.1 Зміна температури повітря

2.4.2 Зміна атмосферних опадів

2.4.3 Наслідки зміни клімату

2.5 Паводки та управління ними

Розділ 3. Екологічна безпека геосистем

3.1 Визначення понять

3.2 Екологічна безпека земельних ресурсів і агрогеосистем

3.3 Екологічна безпека водних геосистем

3.4 Екологічна безпека лісових геосистем

Розділ 4. Система управління екологічною безпекою природних і антропогенно-модифікованих геосистем

4.1 Сутність управління екологічною безпекою геосистем

4.2 Структура системи управління екологічною безпекою геосистем

4.3 Моніторинг - складова частина системи управління екологічною безпекою

Вступ

Суспільство перебуває у фазі розвитку, характерними ознаками якої є глобальні зміни природного середовища. Збереження і відновлення природного середовища (природних геосистем), забезпечення екологічної безпеки геосистем є пріоритетними умовами реалізації панівної суспільної парадигми - сталого (збалансованого) розвитку. Актуальність проблеми екологічної безпеки геосистем зумовлена посиленням антропопресії на природні геосистеми, зниженням стійкості та екологічного потенціалу геосистем, розширенням спектру та зростанням інтенсивності розвитку екологічних ризиків (небезпечних природних і антропогенних процесів).

В усіх регіонах України екологічно необгрунтоване освоєння природних геосистем і використання природних ресурсів, недостатня екологічна захищеність промислово-виробничого сектора економіки та значне антропогенно-техногенне навантаження призвели до деградації (руйнування) природного середовища, зниження екологічного потенціалу, вичерпання природних ресурсів, втрати біотичного і ландшафтного різноманіття, інтенcифікації негативних екзогенних процесів, формування руйнівних повеней, забруднення навколишнього середовища. Відбулись процеси глибокої перебудови структурно-функціональної організації природних геосистем, які супроводжуються втратою адаптивних механізмів стійкості геосистем, виникненням і активізацією екологічних ризиків. Природні й антропогенно модифіковані геосистеми та сформоване ними навколишнє середовище втрачають екологічний потенціал, що призводить до зниження рівня їх екологічної безпеки, погіршення екологічної ситуації та умов життєдіяльності людини.

Екологічна безпека є складовою національної безпеки України і повинна забезпечувати захищеність життєво важливих інтересів суспільства (людини) від реальних або потенційних екологічних ризиків, що створюються природними або антропогенними чинниками. У зв'язку з цим, збереження і відновлення на території України природних геосистем, ренатуралізація антропогенно модифікованих геосистем та забезпечення їх екологічної безпеки набуває особливого значення. Виникає необхідність фундаментальних теоретичних досліджень для обгрунтування заходів, які забезпечують усунення або мінімізацію екологічних ризиків та вироблення системи планування і конструювання нових екологічно безпечних геосистем.

В Україні розроблення теорії екологічної безпеки геосистем знаходиться у стадії формування. Ця проблема має багаторівневий, багатоцільовий, ієрархічний характер і спрямована на вироблення стратегій екологічно безпечного розвитку геосистем. Питанням екологічних ризиків і екологічної безпеки присвячені роботи О. М. Адаменка, Я. О. Адаменка, Л. М. Архипової, В. А. Барановського, Г. О. Білявського, В. О. Бокова, О. І. Бондаря, В. П. Гетьмана, В. П. Горбуліна, Л. Д. Грекова, М. Д. Гродзинського, Г. Г. Дегодюка, Г. І. Денисика, І. П. Дрозда, О. Л. Дронової, В. М. Ісаєнка, А. Б. Качинського, І. П. Ковальчука, В. Б. Мокіна, В. Ю. Некоса, В. М. Петліна, В. П. Руденка, Л. Г. Руденка, Г. І. Рудька, Я. М. Семчука, О. Г. Топчієва, Л. Є. Шкіци, В. М. Шмандія, Є. О. Яковлєва та ін. Однак, вони спрямовані, головно, на вирішення проблем екологічної безпеки екологічно небезпечних об'єктів (підприємств) і техногенних (техноприродних) геосистем.

У сучасних моделях екологічної безпеки геосистем недостатньо визначені фактори екологічно безпечного розвитку природних і антропогенно-модифікованих геосистем, не обгрунтовані нормативи освоєння геосистем, які б забезпечували збереження їх цілісності, природності, здатності до саморегуляції і самовідновлення. Не розроблені теоретико-методологічні засади стратегії досягнення цілей екологічної безпеки, які відповідають принципам збалансованого розвитку, проголошених у „Програмі дій. Порядку денному на ХХІ сторіччя” (Ріо-де-Жанейро, 1992), „Декларації по сталому розвитку” (Йоганнесбург, 2002), вимогам Європейської ландшафтної конвенції (Флоренція, 2000), Водної Рамкової Директиви ЕС (Директива № 2000/60/ЕС), Рамкової конвенції про охорону та сталий розвиток Карпат (Київ, 2003), Законам України „Про охорону навколишнього природного середовища” (1991, із змінами і доповненнями 1993, 1996, 1999, 2000, 2003, 2004), „Про основи національної безпеки України” (2003), „Про Основні засади (стратегію) державної екологічної політики до 2020 року (2010) та іншим законодавчим і програмним документам.

Стратегія екологічної безпеки повинна передбачати цілеспрямовану діяльність (сукупність дій і процесів) щодо попередження виникнення екологічних ризиків, розвитку негативних екологічних ситуацій. До основних проблем у сфері теорії екологічної безпеки природних і антропогенно-модифікованих геосистем належать: 1) недостатня наукова обґрунтованість стратегій, цілей і завдань екологічної безпеки геосистем; 2) недосконалість спрямованих змін функціональних властивостей геосистем та їх структурної організації; 3) відсутність адекватного інформаційно-аналітичного забезпечення щодо планування, конструювання та оптимізації природних і антропогенно модифікованих геосистем, які формують навколишнє середовище.

Особливо актуальним є розв'язання проблем екологічної безпеки геосистем в екологічно вразливому регіоні Українських Карпат і прилеглих територій (у межах Закарпатської, Львівської, Івано-Франківської і Чернівецької областей). На відміну від рівнинних територій України, тут ще збереглись природні геосистеми, що мають виняткове значення як еталони первісної природи з унікальним біотичним і ландшафтним різноманіттям. Проте, тривала господарська діяльність без належного врахування законів, правил і принципів природокористування спричинила порушення стабільності функціонування геосистем, зокрема і басейнових геосистем. Частіше стали проявлятися катастрофічні паводки, селі та зсуви, ерозія грунтів, затоплення територій. Це зумовлено зниженням водорегулюючої і водоакумулюючої ємності лісових геосистем унаслідок змін їх породної та вікової структури, зменшенням лісистості водозборів.

Причини невідповідності природокористування (ресурсокористування) у Карпатському регіоні вимогам щодо охорони навколишнього природного середовища досліджені Ф. Д. Гамором, С. А. Генсіруком, М. А. Голубцем, І. Ф. Калуцьким, І. П. Ковальчуком, М. П. Козловським, В. І. Комендарем, Л. І. Копієм, О. І. Кукурудзою, Я. І. Мовчаном, В. С. Олійником, В. І. Парпаном, С. П. Позняком, О. Ф. Поляковим, В. Д. Солодким, С. М. Стойком, Ю. Ю. Туницею, О. І. Фурдичком, Й. В. Цариком, О. І. Шаблієм, П. Г. Шищенком та ін. Проте, при цьому недостатньо враховані вимоги норм екологічної безпеки, збереження і відновлення природних геосистем, а також принципи міжгалузевої співпраці (Монреаль, 2003), що не дає змоги узгодити плани дій усіх суб'єктів господарювання у сфері впровадження принципів екологічної безпеки в регіоні. Саме такі основи розвитку визнано пріоритетними у контексті співробітництва між Україною та Європейським Союзом.

Отже, проблема розроблення теоретико-методологічних засад екологічної безпеки природних і антропогенно модифікованих геосистем і, зокрема, у регіоні Українських Карпат і прилеглих територій є актуальною, особливо у контексті виконання завдань Рамкової конвенції про охорону і сталий розвиток Карпат. Це сприятиме зниженню небезпеки існуючих екологічних ризиків, збереженню і збалансованому використанню екологічного потенціалу, забезпеченню екологічної безпеки природних і антропогенно модифікованих геосистем, покращенню стану навколишнього середовища.

Метою дослідження є розроблення теоретико-методологічних засад екологічної безпеки природних і антропогенно модифікованих геосистем та конструктивно-географічних принципів (системи заходів) планування і конструювання нових екологічно безпечних геосистем, як однієї з фундаментальних передумов сталого (збалансованого) розвитку регіону Українських Карпат і прилеглих територій.

Проблема екологічної безпеки геосистем (природних, антропогенно модифікованих, антропогенних) різнопланова і складна. Розглянути її в одній публікації і дати відповіді на всі питання неможливо. Одні з них розкриті ширше і детальніше, інші потребують подальшого вивчення та пошуків шляхів їх вирішення. Не все з'ясовано щодо будови (структури), принципів планування, конструювання і функціонування екологічно безпечних геосистем. Автор буде задоволений, якщо книга буде використана науковцями і практиками для подальшого розвитку наукового напряму - екологічна безпека геосистем, забезпечення екологічної безпеки природних, антропогенно модифікованих і антропогенних геосистем (лісових, лучних, водних, аграрних), які формують навколишнє середовище.

Автор висловлює щиру подяку науковим рецензентам - професорам Я. О. Адаменку, І. П. Ковальчуку, К. Й. Кілінській, Я. О. Мольчаку за цінні поради і зауваження.

Розділ 1. Теоретико-методологічні основи екологічної безпеки геосистем

1.1 Екологічна безпека геосистем - науковий напрям конструктивної географії

Сьогодні немає важливішої проблеми ні за своїм значенням, ні за масштабами, ніж проблема екологічної безпеки геосистем (природних, антропогенно модифікованих, антропогенних), які формують навколишнє середовище. Збільшення різних форм деструктивного антропогенно-техногенного впливу на природне середовище (природні геосистеми) створює загрози для нормального функціонування біосфери, упорядкованість якої сформувалася упродовж понад 3 млрд. років. Будь-яке втручання людини у природні геосистеми має певні наслідки, які виражаються змінами у їх структурі (просторовій організованості) і функціонуванні, втраті властивостей саморегулювання і самовідновлення. Екологічно необґрунтоване освоєння природних геосистем, наднормативне використання природних ресурсів, значне антропогенно-техногенне навантаження призвели до денатуралізації природних геосистем, виникнення екологічних ризиків і зниження рівня екологічної безпеки природних і антропогенних геосистем [319, с. 221].

Внаслідок екологічно необгрунтованого освоєння території в Україні та її регіонах відбулися значні зміни у структурі первинного (природного) біогеоценотичного покриву, знелісення і гомогенізація ландшафтів. Порушена цілісність і структурно-функціональна організація природних геосистем, які функціонували як стійкі саморегульовані й самовідновні геосистеми. На місці природних геосистем створені антропогенно модифіковані геосистеми - агрогеосистеми, які не мають компенсаторних і саморегулятивних властивостей. Деградація (природне або антропогенне спрощення) геосистем і денатуралізація (зменшення площі природних геосистем) навколишнього природного середовища призводять до зменшення екологічного потенціалу (зниження продуктивності і захисних функцій) геосистем і, як наслідок, виникнення екологічних ризиків, зниження рівня екологічної безпеки та погіршення якості життя (умов життєдіяльності людини) [319, с. 221]. На певному етапі процеси втрати автохтонної „природності”, зокрема природного рослинного покриву, який виконує ключові функції як базового ресурсного компонента (відновного природного капіталу) і як потенціалу відновлення природних біогеохімічних процесів у навколишньому середовищі, стають незворотними.

Виникнення екологічних ризиків пов'язане з активізацією протягом останніх 100 років взаємодії людини з географічною оболонкою (природними геосистемами), визначеної як трансформаційний тип взаємодії. Трансформаційна взаємодія означає активне перетворення природних геосистем, яке розпочалося з розвитком осілого землеробства [220, с. 63]. Головними екологічними ризиками є руйнування людиною природного середовища (природних геосистем) і механізму біотичної регуляції навколишнього середовища [216, с. 25]. Якби негативний антропогенний вплив на природні геосистеми та їх компоненти не був таким масштабним, економічні досягнення суспільства були б значно більшими.

В умовах економіки ринкового типу, мотиваціями якої є, насамперед, інтенсифікація природокористування для задоволення зростаючих потреб суспільства у ресурсах та одержання прибутків, антропогенне навантаження на геосистеми і сформоване ними навколишнє середовище буде зростати. Наслідками цього будуть посилення проявів існуючих і виникнення нових екологічних ризиків та зниження рівня екологічної безпеки геосистем. Тому забезпечення екологічної безпеки і збереження навколишнього природного середовища, невиснажливе використання і відновлення природних ресурсів є пріоритетними складовими національної безпеки України [141а].

Проблема екологічної безпеки геосистем є порівняно новою сферою наукових досліджень, зокрема і конструктивно-географічних. У науковій літературі питання екологічних ризиків та екологічної безпеки викладені в роботах О. М. Адаменка, Я. О. Адаменка, Л. М. Архипової, В. А. Барановського, Г. О. Білявського, В. О. Бокова, О. І. Бондаря, В. П. Гетьмана, В. П. Горбуліна, Л. Д. Грекова, М. Д. Гродзинського, Б. М. Данилишина, Г. Г. Дегодюка, Г. І. Денисика, І. П. Дрозда, О. Л. Дронової, В. М. Ісаєнка, А. Б. Качинського, І. П. Ковальчука, В. Ю. Некоса, В. М. Петліна, В. П. Руденка, Л. Г. Руденка, Г. І. Рудька, Я. М. Семчука, О. Г. Топчієва, Л. Є. Шкіци, В. М. Шмандія, Є. О. Яковлєва та ін. Проте, вони стосуються, в основному, вирішення проблем безпеки екологічно небезпечних промислових об'єктів, а також техногенних (техноприродних) геосистем. У зв'язку з цим, розвиток наукового напряму та розроблення теоретико-методологічних засад екологічної безпеки природних і антропогенно модифікованих геосистем є актуальною проблемою.

Це зумовлено суспільними потребами вирішення виробничо-господарських і природоохоронних завдань, формування екологічно безпечного геосистемно диференційованого навколишнього середовища (середовища життєдіяльності людини).

Відсутність теорії (теоретико-методологічних засад) екологічної безпеки геосистем унеможливлює створення гіпотетичного базису - взаємопов'язаної сукупності гіпотез, положень, концепцій і закономірностей, які визначають сутність цього наукового напряму. Вирішення означеної проблеми вимагає проведення відповідних досліджень, результати яких будуть основою для оцінювання екологічних ризиків, обгрунтування адекватних рішень щодо екологічної безпеки геосистем та сформованого ними навколишнього середовища.

Дослідженнями, які стосуються розроблення теоретико-методологічних засад екологічної безпеки геосистем повинен займатися науковий напрям конструктивної географії - екологічна безпека геосистем, який ми визначаємо як галузь знань, яка вивчає антропогенні зміни структурно-функціональної організації геосистем, екологічні ризики, що виникають внаслідок антропогенного впливу на геосистеми та обгрунтовує наукові засади планування і конструювання нових екологічно безпечних геосистем, як основи сталого (збалансованого) розвитку системи „природа - населення - господарство”. Про необхідність формування цього наукового напряму у конструктивній географії свідчить те, що екологічна безпека природних, антропогенно модифікованих і антропогенних геосистем не є предметом вивчення певної науки. Поряд з науковою потребою теоретико-методологічного упорядкування, існує багато практичних проблем екологічної безпеки геосистем, зокрема, у лісовому, аграрному і водному господарствах, успішне розв'язання яких можливе лише на основі глибоких знань критеріїв і механізмів екологічної безпеки геосистем. Важливим завданням є формування екологічно безпечних наземних і водних геосистем, опрацювання мотивацій і заходів збереження та відновлення природних геосистем

Для будь-якої науки притаманні диференціація та інтеграція наукових напрямів. Підставу для виокремлення вказаного наукового напряму дає поява нових об'єктів, а саме: антропогенно модифікованих геосистем, внаслідок дії на природні геосистеми такого потужного чинника як антропогенно-техногенне навантаження і виникнення, у зв'язку з цим, екологічних ризиків як для геосистем, так і для людини.

Об'єкт дослідження наукового напряму - геосистеми усіх розмірів і ступенів складності, в яких сукупність абіотичних і біотичних компонентів створюють функціональну єдність, завдяки якій відбуваються продукційні процеси, біологічний кругообіг, енергетичний обмін, накопичення вільної енергії, саморегуляція і самовідновлення; антропогенні зміни структурно-функціональної організації геосистем і сформованого ними навколишнього середовища.

Предмет дослідження - наукові засади екологічної безпеки геосистем, параметри масштабів і наслідків антропогенних змін природних геосистем, екологічні ризики, реакція геосистем на прояв екологічних ризиків, конструктивні заходи для забезпечення екологічної безпеки геосистем.

Завдання наукового напряму:

– розроблення теоретико-методологічних засад екологічної безпеки геосистем;

– обгрунтування методології і методик ідентифікації геосистем;

– вивчення структури (вертикальної і горизонтальної будови) геосистем і взаємозв'язку між їх структурними компонентами;

– дослідження функціональних показників геосистем та їх екологічного потенціалу (продукційних, енергетичних, водотрансформаційних, захисних, середовищетвірних, біогеохімічних функцій);

– обгрунтування можливостей і обсягів використання природних ресурсів геосистем для народногосподарських потреб без зменшення або руйнування їх екологічного потенціалу;

– встановлення особливостей і механізмів саморегулювання і самовідновлення геосистем, показників стійкості щодо зовнішніх природних та антропогенних чинників;

– дослідження екологічних ризиків та оцінювання їх негативних наслідків (масштаби антропогенних змін у структурно-функціональній організації геосистем, забруднення, паводки, ерозія, зміна клімату), встановлення рівнів прийнятних екологічних ризиків;

– прогнозування змін геосистем внаслідок виникнення і розвитку екологічних ризиків;

– картографування різнотипних геосистем та екологічних ризиків, які визначають рівень екологічної безпеки геосистем;

– оцінювання стану та рівня екологічної безпеки геосистем;

– наукове обгрунтування системи управління екологічною безпекою геосистем;

– обгрунтування принципів і методів планування та конструювання нових екологічно безпечних геосистем.

Зважаючи на геосистемну організованість ландшафтної сфери та на потребу забезпечення екологічної безпеки геосистем (природних, антропогенно модифікованих, антропогенних) і сформованого ними навколишнього середовища, питання виокремлення наукового напряму - екологічна безпека геосистем стає особливо актуальним.

Щоб мати об'єктивну підставу для визначення тієї чи іншої сукупності знань наукою (науковим напрямом), потрібно довести наявність певних закономірностей функціонування об'єкта. Поряд з цим, повинні бути свій термінологічно-понятійний апарат, теоретичні та методологічні основи, певне світоглядне значення. Проаналізуємо кожну з цих складових.

1.2 Геосистема як об'єкт дослідження

1.2.1 Визначення та формалізація об'єкта дослідження

Кожна наука повинна розглядати проблему через призму об'єкта дослідження. Об'єктом наукових досліджень є: 1) певна частина реальності, на який спрямована увага, і яка опосередкована системою понять і категорій, а також методами дослідження [83, 290, 417]; 2) матеріальні речі, їх відношення та властивості, на які спрямована певна науково-пізнавальна діяльність, у результаті чого він відтворюється як об'єктивна реальність, що існує незалежно від людської свідомості [204].

Об'єкт дослідження має відштовхуватися від поняття «об'єкт природи» - сукупності природних утворень і явищ матеріальної дійсності, що існує поза нашою свідомістю та є узгодженою у часі та просторі з власним функціональним природним оточенням [288]. Обґрунтування об'єкта дослідження потребує окреслення вимог до нього. Такими вимогами є його об'єктивність, комплексність, системність, екологічність і складність [290].

Об'єктивність - це властивість, котра існує поза нашою свідомістю як об'єкт, яка характеризує будь-яке матеріальне явище, що сприймається органами чуттів як дещо, що існує відособлено, як субстанція, містилище будь-яких властивостей і якостей. Об'єктивності належить першість тому, що вона інваріантно відносить певний об'єкт до числа наукових. Відсутність цієї властивості позбавляє об'єкт шансу стати причетним до будь-якого наукового напряму [290]. Комплексність розглядається як: явище, яке охоплює сукупність об'єктів, процесів, дій, властивостей, які становлять комплекс [Великий тлум. словник, 2004]; явище взаємозалежної сукупності компонентів, дій, властивостей, які складають комплекс [290].

Тому об'єктом комплексного дослідження є різноманітні природні територіальні комплекси (геосистеми), їх властивості, взаємозв'язки між властивостями, компонентна структура, взаємозв'язки між компонентно формувальними факторами [287, 288].

Системність як повнота відображення існуючої реальності в предметі дослідження [434] полягає в тому, що динаміка всіх елементів системи скоординована і спрямована на підтримання її існування, відносної замкнутості, цілісності та сфокусована на здійснення інтегральних системних функцій [207]. Вона має об'єктивну й суб'єктивну риси. Об'єктивна - це властивість територіального утворення реалізовувати емерджентну якість, тобто бути системою, суб'єктивна риса - полягає у вмінні бачити в комплексі емерджентне ціле [288, 290]. Об'єкт системного дослідження характеризується не тільки наявністю цілісності, а й системоформувального фактора у вигляді емерджентної властивості, тобто властивості, яка притаманна цілому та відсутня у будь-якому з його складових [290].

Складовою системності об'єкта дослідження є його екологічність - властивість природних систем взаємодіяти з середовищем і відтак підтримувати себе в стані гармонійного (відносно цього середовища) розвитку [286]. Об'єкт стає екологічно обумовленим, якщо суб'єкти (рослини, тварини, біоценози, людина тощо) розглядаються у функціональній залежності (взаємозв'язку) з їх середовищем [62]. У такому разі він перетворюється на об'єкт екологічного пізнання - будь-яка природна, в тому числі антропогенно-модифікована або технічна система, яку вивчають з допомогою екологічного підходу.

Об'єктом дослідження природної реальності є природні територіальні комплекси, які є сукупністю територіальних одиниць, у межах яких компоненти природного середовища (геокомпоненти) тісно взаємопов'язані і являють собою єдине ціле [97].

1.2.2 Геосистема: сутність поняття

Щоб підкреслити системний характер природного територіального комплексу В. Б. Сочава [377] ввів термін «геосистема», як основну категорію ландшафтознавства і фізичної географії. За В. Б. Сочавою, геосистема являє собою особливий клас керованих систем; земний простір усіх розмірностей, де окремі компоненти природи знаходяться в системному зв'язку один з одним і як певна цілісність взаємодіють з космічною сферою та людським суспільством [379, 380].

Геосистемна організація властива як наземним, так і аквальним територіям. До наземних геосистем належать лісові і лучні геосистеми, агрогеосистеми, селитебні геосистеми; до водних (аквальних) геосистем належать геосистеми річок, озер, ставків, водосховищ. Їх ідентифікація (визначення меж) в натурі має особливо важливе значення, насамперед. для обгрунтування виду (типу) господарського використання та планування організації території з урахуванням вимог екологічної безпеки геосистем.

Геосистема - дуже складна за структурою і функціонуванням система. В літературних джерелах немає прикладу будови (структури) і функціональної специфіки екологічно безпечної антропогенно модифікованої геосистеми.

Геосистема розглядається як динамічна матеріальна система, яку складають географічні компоненти, взаємопов'язані й взаємообумовлені у своєму розвитку і просторовому розміщенні. В якості синонімів геосистеми використовуються «географічний комплекс» (геокомплекс), «природний географічний комплекс» [290].

B.C. Преображенський [304] геосистемою вважав множину земних елементів (компонентів природи або людського суспільства, земних об'єктів, об'єктів природно-історичного або антропогенного характеру тощо), які перебувають у зв'язку або відношеннях і складають ті чи інші цілісні утворення. Тобто це будь-які територіальні утворення (природні, техногенні або суспільні), які характеризуються певною (будь-якою) однорідністю (гомогенністю).

На думку А. Д. Арманда [11], геосистема - це територіальний природний комплекс, обмежений тільки приналежністю до Землі і має відносно тісні зв'язки у власних межах. Тобто геосистемами можуть бути лише природні територіальні утворення.

М. Д. Гродзинський [101, с. 16] дає таке визначення геосистеми - клас полігеокомпонентних природних систем, які виділяються з реального тривимірного фізичного простору як його певний об'єм (реальний чи уявний), у межах якого протягом деякого інтервалу часу природні елементи й процеси завдяки існуючим між ними та з зовнішнім середовищем відношенням певного типу (генетико-еволюційним, позиційним, речовинно-потоковим та ін.) упорядковуються у відповідні цим відношенням структури з характерними інваріантними ознаками та динамічними змінами.

До геосистем відноситься будь-який природно-територіальний комплекс (рангу фацій, урочищ, місцевостей, ландшафтів), який функціонує як цілісна саморегульована і самоорганізована енергетична система з емерджентними властивостями, носієм організованості якої є жива (біотична) речовина [83, с. 71; 405, с. 5]. Біота не лише визначає динамічний стан геосистеми, але й безпосередньо і механізм її розвитку. Лише в живій речовині та в органічних продуктах зафіксована вільна енергія, наявність якої дає змогу геосистемам зберігати стійкість і стабільність, відновлюватися після руйнівних зовнішніх збурень, удосконалювати структуру й функціональні параметри [82, с. 24]. При цьому стійкість (властивість геосистем відновлювати свої структурно-функціональні параметри після зовнішнього впливу природних або антропогенних факторів) і стабільність (здатність геосистем зберігати стійкість протягом тривалого часу) є факторами екологічної безпеки геосистем [326, с. 36].

Узагальнюючи, слід зазначити, що основними положеннями, розробленої В. Б. Сочавою та його послідовниками геосистемної концепції, є: геосистема - матеріальний об'єкт; її складають природні елементи, а антропогенні та людина розглядаються як зовнішнє середовище; геосистемою вважається як елементарна ландшафтна одиниця (фація), так і геосфера в цілому; геосистема виділяється як об'єм простору, в межах якого геокомпоненти мають специфічний характер усіх типів зв'язків; геосистема - категорія динамічна і проявляється за деякий проміжок часу.

Важливий імпульс для розвитку концепції геосистеми дав вихід у 1971 р. книги Р. Чорлі та Б. Кеннеді «Фізична географія: системний підхід». У ній було проголошено ідею про множинність типів систем. До цих типів вони віднесли системи морфологічні, каскадні, системи типу «процес - відгук», керовані (контрольовані). Геосистеми в трактуванні школи В.Б. Сочави за цим поділом належать до типу морфологічних.

К. М. Дьяконов [131] запропонував вважати за геосистеми території, в межах яких діє односпрямований потік певної речовини, наприклад води, тобто надає їм тільки каскадного змісту. У такому трактуванні, як геосистеми розглядаються окремі схили, улоговини, річкові басейни.

В. Б. Сочава, пропонуючи термін „геосистема” для використання в географічній науці, вважав елементами геосистеми виключно природні компоненти [380]. Однак у роботах інших вчених (Я. Демек, В. Пащенко, В. Преображенський, Ю. Саушкін та ін.) поняття „геосистема” набуло ширшого значення. До складу геосистеми введені соціально-економічні показники (антропогенні елементи), що зумовлено значним ступенем впливу людської діяльності на природне середовище. У зв'язку з цим, геосистема - це родовий термін щодо будь-яких територіальних систем як складених виключно природними елементами, так і виключно антропогенними, а також „інтегральних”, що включають і природні, і антропогенні елементи [271а].

Геосистема є поліструктурним утворенням (складається із певної множини пов'язаних між собою і зовнішнім середовищем різними типами зв'язків), в якому може бути виділено стільки структур, скільки в ньому є типів зв'язків, оскільки саме зв'язок породжує структуру[101]. Геосистеми наділені властивостями, спільними для всіх систем.

До основних властивостей геосистем належать: територіальність - просторовість, поліструктурність, складність, цілісність, відкритість, динамічність, стійкість, стохастичність, функціонування [97, 101].

Територіальність-просторовість - це особливість геосистем, яка відрізняє їх від багатьох систем інших класів. Із зовнішнього середовища геосистеми виділяються як певні ділянки території. Кожну геосистему можна описати метричними показниками (площею, лінійними розмірами) і топологічними (характеризують положення даної геосистеми щодо інших геосистем або об'єктів іншої природи). Територіальність геосистем дає змогу використовувати картографічні методи при їх виділенні, зображенні та аналізі.

Геосистеми виділяються не стільки як територіальні, скільки як просторові системи. Структурні, динамічні та інші особливості геосистеми залежать від того, яку саме ділянку земної поверхні (території) вона займає. До геосистем належать системи лише певного просторового інтервалу. Лінійні розміри геосистем найменших рангів - декілька метрів, а географічної оболонки -10⁷-10⁸ м по горизонталі та - 10³-10⁴ м по вертикалі.

Як геосистему можна розглядати і географічну оболонку в цілому, і ландшафтну зону (біом), і невеличку ділянку земної поверхні (наприклад, схил чи його частину). При цьому, аналіз геосистем як територіальних об'єктів залежить від їх розміру. Геосистеми неоднакових розмірів відрізняються факторами, які визначають їх виділення з простору та внутрішню територіальну структуру, основними підходами та методами дослідження, характером наукових та практичних завдань досліджень.

За цими ознаками виділяються різні рівні територіальної розмірності геосистем. Я. Демек [108], виділяє чотири рівні - планетарний, регіональний, хоричний та топічний. В. Б. Сочава [380], А. Г. Исаченко [148] виділяють три рівні - планетарний, регіональний та локальний (топічний), об'єднуючи хоричний та топічний в один - локальний. М. Д. Гродзинський [97] виділяє шість рівнів: глобальний (планетарний), субглобальний, регіональний, хоричний, топічний і субтопічний.

Поліструктурність. Під структурою системи здебільшого розуміють характер поєднання її елементів певного типу відношеннями. Оскільки в тій самій системі можуть бути відношення різних типів, то й поєднання ними елементів також буде неоднаковим, тобто в одній системі може бути кілька різних структур. Визначення типу відношень, які вважаються структуроформуючими, тобто відносно яких виділяється структура геосистеми, залежить від аспекту аналізу останньої. Найбільш загальними аспектами аналізу геосистем є: 1) вертикальний (синонім - топічий), де елементами виступають різні фізичні тіла геокомпонентів, а відношеннями - вертикальні потоки різних речовин та енергії; 2) територіальний (синонім - хоричий), елементами якого є геосистеми нижчого рангу, ніж досліджувана, а відношеннями - горизонтальні потоки між ними, позиційні залежності, генетико-еволюційні та ін.; 3) часовий (синонім - динамічний), елементи якого виділяються як окремі інтервали часу, а відношення - як послідовність їх змін. Відповідно виділяються вертикальний, територіальний та часовий класи структур геосистеми [97].

Складність. Складними вважаються системи, сформовані багатьма елементами різних типів, між якими існують різнорідні зв'язки. Ознакою складності системи вважають також неоднозначність її реакції до зовнішніх впливів. Усі ці ознаки притаманні геосистемам. Так, елементи їх вертикальних структур різні за фазовим станом (тверді, рідинні, газові), хімічним складом, наявністю та формою органічного життя, функцією, положенням у геосистемі. Зв'язки між ними також різноманітні і проявляються в таких процесах, як потоки різних речовин і енергії, трофічних, конкурентних та інших відношеннях.

Цілісність - властивість системи, яка проявляється в тому, що вилучення з неї певного компоненту призводить до її кардинальної перебудови або взагалі загибелі, а сам цей компонент окремо від системи існувати не може або ж він якісно змінюється. Геосистеми мають риси цілісності. Так, позбавлення геосистем грунту призводить до їх трансформації в цілому - вони не можуть мати рослинності, практично зникає трофічна структура, формуються специфічні водний, радіаційний, геохімічний та інші режими. Такої ж радикальної трансформації зазнає територіальна структура геосистеми. Наприклад, вилучення з неї елементів локальної ерозійної сітки (геосистем лощин, ярів, балок) призводить до заболочення вододілів, зміни гідрологічного і ландшафтно-геохімічного режимів геосистеми в цілому.

Цілісність проявляється в тому, що кожний природний територіальний комплекс (ПТК) (геосистема) розглядається як єдине відносно автономне ціле і відділяється від інших ПТК об'єктивно існуючими на місцевості межами. Цілісність обумовлена спільністю походження і розвитку його складових частин, характеризується упорядкованістю внутрішньої структури і стійкістю до зовнішніх впливів, яка забезпечується взаємозв'язком і взаємозалежністю елементів внутрішньої структури (246а, с. 105).

Своєрідність прояву цілісності у геосистемах полягає в тому, що з вилученням із їх структури певних елементів, геосистема стає іншою (іншого типу), але не замінюється системою якогось іншого класу (на «не геосистему»). У геосистемах може й не бути деяких геокомпонентів (грунтів, рослин), проте системні зв'язки між тими, що є, зберігаються.

Проявом цілісності геосистем є їх емерджентність (синонім - холістичність), тобто наявність таких властивостей (якостей) та функцій, яких не має жодний з її компонентів і які не можуть виникнути як механічна сума, а лише за умови їх взаємодії [246а, с. 105]. Прикладом таких емерджентних проявів геосистеми є продукційний процес (продукування біомаси - результат складної взаємодії усіх геокомпонентів), кругообіги різних субстанцій, здатність геосистеми до самоочищення тощо [290].

Відкритість. Відкритими є системи, частина елементів яких мають зв'язки з елементами, що не належать до її структури. Елементи останнього типу складають зовнішнє середовище геосистеми, а зв'язки, які йдуть від них до системи, називають вхідними, входами, зовнішніми сигналами. Крім вхідних, є й вихідні зовнішні зв'язки системи. Системи, які мають лише вхідні зовнішні зв'язки і практично не мають вихідних, називають напівзакритими. Закритими вважаються системи, у яких немає зовнішніх зв'язків, тобто які не залежать від зовнішнього середовища. Геосистеми є відкритими системами, бо вхідні потоки (надходження сонячної радіації, атмосферні опади тощо) - неодмінна умова їх існування. Проте деякі типи геосистем можна розглядати напівзакритими, наприклад, акумулятивного геохімічного режиму. Горизонтальними потоками води, вітру, речовини, біотичними міграціями одні геосистеми пов'язані з іншими. Геосистеми відкриті і до антропогенних навантажень.

Динамічність. Динамічними є системи, значення характеристик яких змінюються в часі. У різні проміжки часу геосистема може перебувати у неоднакових станах, тому її повний опис передбачає вияв цих станів та послідовності їх змін. Тому геосистеми виділяються не тільки в просторі, але й у часі. Якщо з просторово-територіальної точки зору геосистема виокремлюється як певний територіально локалізований об'єм, то з часової - як певний інтервал часу, протягом якого геосистема виявляє свої особливості [97]. Важливою особливістю динаміки геосистем є те, що різні її характеристики змінюються в часі з різною частотою. Метеорологічні показники дуже мінливі, тоді як властивості геологічної основи геосистеми змінюються дуже повільно. Тому, як і у випадку просторового аналізу геосистеми, запропоновано виділяти різні класи часових розмірностей геосистеми. Прийнято розрізняти добову, сезонну (річну) та багаторічну динаміку [33, 380].

Стійкість у геосистеми проявляється в багатьох формах і дає їй змогу протистояти зовнішнім впливам, зокрема антропогенним, зберігати при взаємодії із зовнішнім середовищем свою цілісність та інші риси. Нестійкі геосистеми змінюються на більш стійкі типи, тому стійкість геосистеми значною мірою зумовлена генетико-еволюційно. У процесі еволюції шляхом пристосування геокомпонентів та контактуючих геосистем одна до одної формуються їх стійкі ландшафтно-екологічні взаємовідносини й структури. В умовах інтенсивного втручання людської діяльності в природу ця рівновага порушується. Розвиток деградаційних процесів у геосистемах (вимирання видів, ерозія та засолення грунтів, забруднення тощо) є не чим іншим, як результатом втрати ними стійкості до антропогенних навантажень. Тому оцінювання стійкості геосистеми до зовнішніх факторів є однією з найважливіших прикладних проблем.

Стохастичність. Стохастичними називаються системи, залежність між характеристиками яких та їхні зв'язки із зовнішнім середовищем не жорстко детерміновані (функціональні), а статистичні, імовірнісні. Стохастичність геосистем проявляється у статистичному (корелятивному) характері зв'язків між її окремими ознаками (наприклад, між продуктивністю та гумусністю, сумою опадів тощо), відсутності жорсткої прив'язаності одного типу геокомпоненту до іншого (певного виду рослинного угруповання до лише одного певного виду грунту), незбігові природних меж різних геокомпонентів, неоднозначності змін геосистем за певних антропогенних навантажень, імовірнісний характер динаміки.

Функціонування геосистем - це сукупність усіх процесів переміщення, обміну і трансформації речовини та енергії (вологообмін, мінеральний обмін, газообмін, енергообмін, біологічний метаболізм) всередині геосистеми, або між різними геосистемами [246а, с. 105].

В. М. Петлін [290] властивості геосистем поділяє на три основні групи: найбільш загальні, відносно специфічні та емерджентні. До найбільш загальних властивостей відносяться цілісність, унікальність та ієрархічність; до відносно специфічних - стійкість, саморегулювання (самоорганізація), структурність і функціональність. Емерджентні властивості реалізуються геосистемами як цілісними утвореннями. До емерджентних властивостей належать продукування і деструкція органічної речовини, здатність виділяти кисень в атмосферу, родючість грунтів. Згадана сукупність властивостей, поєднаних між собою їх приналежністю до територіальних утворень системного рівня організації (геосистем), крім значної різноманітності, має ознаки системності.

Виходячи з викладеного, геосистему ми розглядаємо як будь-який природно-територіальний комплекс (рангу фацій, урочищ, місцевостей - заплавних, схилових, плакорних) з однорідними геологічними, геоморфологічними, грунтово-гідрологічними і кліматичними параметрами, поєднаних між собою генетичними, геохімічними та біотичними зв'язками і охоплені певним типом господарської діяльності. Носієм організованості наземних геосистем є жива речовина (фітоценози, рослинність). Наземні геосистеми є територіальними одиницями, в яких проявляється структурно-функціональна суть плівки життя [54, 54а, 55, 56]. Зовнішні межі наземних геосистем визначаються зовнішніми межами фітоценозів.

Виділяються три головні групи геосистем: природні, антропогенно-модифіковані й антропогенні (техногенні). В основі кожної з них є властивості природних геосистем або ж підґрунтя, що від них залишилося внаслідок антропогенного втручання [290, с. 79].

Найбільш розроблений клас геосистем, - природні геосистеми. Це найбільш складні геосистеми, які мають повний набір ландшафтоформувальних компонентів (літогенна основа, води, атмосфера, рослинний і тваринний світ). Загалом, властивості ландшафтів розглядають як внутрішньоскладні й різнорангові множини, більшість з яких складають природні, іманентні, внутрішньо притаманні властивості ландшафтів, а меншість - антропічно набуті, зокрема й індивідуально та колективно сприйнятні властивості [276, 277].

До властивостей природних геосистем відносяться [62]:

- природні геосистеми - це складні, цілісні, просторово-часові, відкриті системи; природною геосистемою найвищого рангу є географічна оболонка, тобто складна матеріальна відкрита динамічна система, змінювана в часі й просторі;

- кожна з природних геосистем становить фрагмент епігеосфери, їй притаманний ряд властивостей цієї оболонки; геосистема має зв'язки не тільки між своїми складовими частинами (геокомпонентами) та сусідніми одноранговими геосистемами, але й з геосистемами більш високого рангу, а також з внутрішніми оболонками Землі та космічними системами;

- зв'язки в природних геосистемах можуть бути вертикальними та горизонтальними, прямими та зворотними;

- природні геосистеми здатні до саморегулювання та самовідновлення;

- природні геосистеми як цілісні утворення мають просторову організацію - одночасно диференціацію та інтеграцію, що є результатом їхнього розвитку.

Під впливом антропогенних чинників (рільництво, луківництво, будівництво) природні геосистеми зазнають певних змін, наслідками яких є формування різних геосистем:

– антропогенно модифіковані ландшафти (геосистеми). Вчення про антропогенні модифікації природних територіальних комплексів започатковане М. А. Солнцевим [369-371] і розвинуте у працях А. Г. Ісаченка[146, 147, 151, 153], Г.П. Міллера [246], А. В. Мельника [232, 233], В. М. Петліна [279, 283]. Суть його полягає в тому, що людина не може скасувати об'єктивні закони функціонування і розвитку ландшафтних комплексів [151, с. 338]. Ландшафтні комплекси, змінюючись, модифікуючись під впливом життєдіяльності людини залишаються природними утвореннями (геореалами) і продовжують функціонувати за природними, загальними для всієї ландшафтної оболонки, законами [233, с. 15] і відносяться до антропогенно модифікованих ландшафтних комплексів (геосистем). Навколишнє середовище - це природні й антропогенно модифіковані ландшафтні комплекси [233, с. 19].

– антропогенний ландшафт (геосистема) - значно змінений або штучно створений людиною (внаслідок господарської діяльності) ландшафт. В антропогенному ландшафтознавстві більшість сучасних ландшафтних комплексів вважають антропогенними [109-112, 116а, 236а-239]. Усі компоненти ландшафтних комплексів розглядаються як рівнозначні, тому, якщо у процесі своєї діяльності людина змінила якщо не всі, то хоча б один із компонентів ландшафту, то увесь комплекс стає антропогенним [237];

– геотехнічні системи (термін запропонував Р. Чорлі у 1971 р.) - 1) тип контрольованих або керованих систем, стан і властивості яких підтримуються людиною за допомогою технічних засобів, водночас воно не постійне і за одного й того самого характеру антропогенного використання змінюється в часі, залежно від природного потенціалу, насамперед, оточення; 2) перемінний стан природного інваріанту геосистеми, що містить різні технічні пристрої (меліоративні або інші споруди); функціонує спонтанно, але регулюється технічними засобами [380].

– ландшафтно-техногенні системи - системи антропогенного походження, але відрізняються від власне антропогенних ландшафтів внутрішньою організацією, ступенем і характером сучасного впливу на них людей. Це блокові системи, які формуються природним і техногенним блоками (підсистемами), але взаємодіють з природою пасивно, бо головну роль тут відіграє технічний блок, що функціонує під контролем людини. Як наслідок, ландшафтно-техногенні системи не здатні до природного саморозвитку [109, 116а].

– ландшафтно-інженерні системи - різновид територіальних систем блокового типу, де один з блоків - власне антропогенний ландшафт (компонентна система), а другий - активна інженерна споруда [109, 116а];

– природно-технічна система (техноприродна геосистема) - варіант виду інтегральної геосистеми, в якій на перший план виходить взаємодія природи і техніки [131, 356];

– культурний ландшафт (термін запропонований Л. С. Бергом та С. С. Неуструєвим) - 1) будь-який природний ландшафт, в якому взаємозв'язки елементів природного середовища змінені людською діяльністю [361]; 2) антропогенний ландшафт, функціонування якого упродовж необхідного часу підтримується людиною з метою створення комфортних умов життя і діяльності [114, 116а]. Завданнями при формуванні культурного ландшафту є: 1) забезпечення максимальної відновлюваності відновних ресурсів, насамперед біологічних, та їх ефективного використання; 2) найбільш повне використання практично невичерпних і «чистих» джерел енергії - сонця, вітру, припливів, що відповідає меті збереження невідновних ресурсів і здоров'я життєвого середовища; 3) попередження небажаних стихійних процесів як природного, так і техногенного походження (ерозія, заболочування, повені, зсуви, забруднення водойм, повітря, ґрунту тощо); 4) оптимізація санітарно-гігієнічних умов, 5) забезпечення найкращого природного середовища щодо культурно-виховної й естетичної мети [114, 116а, 290].

Формувати культурний ландшафт можна за двома напрямками: 1) шляхом доцільного використання й регулювання природних функцій ландшафту - його енергетичного балансу, вологообміну, геохімічного режиму, біологічного кругообігу, гравітаційних процесів; 2) шляхом раціональної організації території, тобто науково обґрунтованого співвідношення учасників різного цільового призначення (сільськогосподарського, рекреаційного тощо) і режиму використання, за максимально можливого збереження площ з умовами, наближеними до природних [146]. Підвидом культурного ландшафту є:

- геоеквівалент (від гео... і лат. aequivalens (aequivalentis) - рівнозначний, рівноцінний) - антропогенний ландшафт, який відповідає (за складом і масою речовин, інтенсивністю процесів обміну та енергетичними показниками) існуючому на його місці природному ландшафту [290].

- природно-господарські територіальні системи (ПГТС) (термін запропонований Г. І. Швебсом) - вторинні щодо географічної оболонки ПГТС з вихідною структурою ландшафтних комплексів і типом функціонування створених людиною господарських об'єктів. Основною ознакою ПГТС є наявність соціально-екологічного керівного фактора, спрямованого на збереження стійкості навколишнього середовища за максимально можливого зростання ефективності споживання ресурсів [170, 171, 420].

- агроландшафт (агрогеосистема - М. М.) - 1) ландшафт антропогенно модифікований із переважанням угруповань організмів, штучно сформованих людиною (агробіогеоценозів), які змінили природні фітоценози й зооценози на значній частині території; 2) ландшафт, на більшій частині якого природна рослинність замінена посівами й насадженнями польових та садових культур [253]; 3) складні утворення географічної оболонки, представлені цілісними сполученнями природних елементів (рельєф, грунти, рослинність тощо) і антропогенними умовами використання їх під час сільськогосподарської діяльності, включно виробничі, меліоративні, природоохоронні інфраструктури та інші об'єкти сільськогосподарського призначення. Агроландшафт утворює відносно однорідні ділянки території з певним типом взаємозв'язків і взаємодій елементів, які його складають [261].

...