Екологічна безпека природних і антропогенно модифікованих геосистем

У розробленій В. Г. Горшковим [92] теорії біотичної регуляції навколишнього середовища сформульований механізм регуляції навколишнього середовища біотою. Механізм біотичної регуляції - це природний механізм підтримання в геосистемах екологічної рівноваги (квазістаціонарного стану) - балансу середовищетвірних компонентів і процесів, який забезпечує стійкість і довготривале функціонування певної геосистеми. Він спирається на фізичні, біологічні, екосистемні закони, у яких ставляться вимоги щодо обмежень на господарську діяльність.

Біотична регуляція є науковою і практичною основою для обґрунтування процесів гармонізації взаємодії суспільства і природи, екологічно безпечного функціонування геосистем та сталого (збалансованого) розвитку. Замінити біотичне регулювання функціонування геосистемно диференційованого навколишнього середовища на антропогенне (техногенне) неможливо. Людина не в змозі забезпечити переробку потоків інформації такого обсягу, на який здатна природна біота. Тільки пізнання законів розвитку природних систем дає можливість визнати це і переконатися, що природні процеси непогані і недорогі [136 а]. Ю. Одум [263, 264] зазначає, що люди не володіють достатніми знаннями, щоб зрозуміти всі наслідки своїх дій. Вони також не можуть керувати біосферною системою життєзабезпечення, підтримувати її, або замінити штучним середовищем.

Ідея біотичної регуляції належить В. І. Вернадському. Він вказував на те, що жива речовина (сукупність тіл живих організмів) є функцією біосфери і одночасно «однією з найпотужніших геохімічних сил нашої планети», визначає всі основні хімічні закономірності у біосфері [54]. В. Тімофеєв-Ресовський (1968) вважає, що біосфера формує і управляє оточенням людини, і люди без біосфери (живих організмів) не зможуть існувати. Дж. Лавлок [452] сформулював гіпотезу Геї, згідно з якою організми, особливо мікроорганізми, разом із фізичним середовищем утворюють складну систему регуляції, яка підтримує сприятливі для життя умови.

Хаотичний розподіл біоти не може управляти навколишнім середовищем. У той же час вона не може бути єдиним скоординованим організмом, оскільки будь-яка скорегована система досить швидко розпадається. Тому біота структурована. Вона утворює маломасштабні (локальні) скореговані утворення продуцентів і консументів, які виконують роботу для підтримання майже замкнутого кругообігу біогенів [216]. Локалізовані скореговані угруповання М. В. Тімофєєв-Ресовський (1968) назвав елементарними одиницями біологічного кругообігу, співставивши їх з біогеоценозами. Такі угруповання є суперорганізмами (цей термін запропонував для угруповання американський ботанік Ф. Клементс), де всім видам відведена своя ділянка діяльності і енергія.

Природні клімаксові лісові геосистеми (праліси) складаються саме із таких квазіоднорідних угруповань - фацій (елементарних виділів ландшафту, який далі є неподільним, оскільки при їх поділі втрачається основна функція - досягнення високого ступеня замкнутості кругообігу біогенів [216].

Біотична регуляція забезпечує динамічні якості геосистем, до яких належать [346]: гомеостаз (стан внутрішньої динамічної рівноваги), життєвість (здатність витримувати різкі зміни параметрів абіотичного середовища); замкнутість (повна реутилізація речовин всередині геосистеми), стійкість (здатність геосистеми залишатися відносно незмінною всупереч зовнішнім і внутрішнім збуренням), надійність (здатність функціонувати в межах певних флуктуацій без значних змін структури і функцій).

Збереження і розвиток геосистем, їх екологічна безпека пов'язані з необхідністю збереження і відновлення біотичного та ландшафтного різноманіття. В умовах середовища, що швидко змінюється внаслідок антропогенної діяльності, не у всіх організмів встигають спрацювати фактори природного відбору і виробитися стійкість до нових умов існування. В результаті зникає багато видів рослин і тварин, руйнуються взаємозв'язки в геосистемах, порушується рівновага і знижується стійкість геосистем [80а, 248б, 426].

Геосистеми можуть розвиватися тільки за рахунок матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища (закон розвитку природних систем за рахунок навколишнього середовища) [346, с. 154]. Геокомпоненти (енергія, газовий склад, вода, грунтосубстрат, автотрофи-продуценти, гетеротрофи-консументи, редуценти, інформація) є основними матеріально-енергетичними складовими геосистем, забезпечують кругообіг речовин і закономірне проходження енергії в них. Жодна геосистема не може існувати при штучно створеному надлишку або недостачі одного із них (правило оптимального компонентного доповнення) [346, с. 391]. Будь-який надлишок енергії чи речовини є таким, що забруднює середовище (закон толерантності Шелфорда) [346, с. 161]. Баланс геокомпонентів забезпечує екологічну рівновагу в геосистемі і тривале її існування. У свою чергу, знаходячись у стані динамічної рівноваги з навколишнім середовищем, еволюційно розвиваючись, геосистема збільшує свій вплив на середовище (закон максимуму біогенної енергії) [346, с. 147]. Штучне підвищення ефективності геосистеми повернеться збільшенням затрат на її підтримання. Завжди наступає така межа, після якої вигода від росту ефективності зводиться нанівець ростом витрат, не кажучи вже про те, що геосистема може увійти в небезпечний коливальний стан, що загрожує її руйнуванням.

Живі організми в геосистемі утворюють єдину «плівку життя », розриви якої роблять у ній щось на зразок дірок, які знижують стійкість усієї геосистеми. До певного часу [82] це компенсується видами - функціональними аналогами. Проте, із зменшенням кількості видів «плівка життя» стає «грубшою», з товстішими нитками, енергетичні потоки стають інтенсивнішими. Це період масових розмножень організмів, у тому числі і вкрай шкідливих або небезпечних. Тому дуже важливим є збереження біотичного різноманіття, яке забезпечує стійкість геосистем (закон фізико-хімічної єдності живої речовини В. І. Вернадського) [346, с. 164]. Діяльність видів, що входять до складу геосистем, направлена на підтримання геосистем як середовища свого існування. Види у природі не можуть руйнувати своє середовище, оскільки це призвело б до їх самознищення. Навпаки, діяльність рослин і тварин направлена на створення (підтримання) середовища, придатного для життя їхнього потомства (правило внутрішнього непротиріччя) [346, с. 385].

При проектуванні лісогосподарських заходів слід передбачати доцільність підтримання певної лісової геосистеми, беручи до уваги те, що якщо почався процес спонтанної сукцесії (як це відбувається в монокультурах), то зупинити його або повернути назад надзвичайно важко і економічно надто витратно. У геосистемі всі види живого, які входять до неї, і абіотичні геокомпоненти функціонально відповідають один одному (закон екологічної кореляції) [346, с. 166]. Стабільність геосистем значною мірою визначається оптимальною кількістю функціональних компонентів. Види в геосистемі пристосовані один до одного настільки, що їх угруповання формують єдине взаємопов'язане системне ціле (правило взаємопристосованості К. Мьобіуса-Г. Ф. Морозова) [346, с. 385]. Види, об'єднані в угруповання, використовують усі можливості для існування, що надає їм середовище з мінімальною конкуренцією між собою і максимальною біологічною продуктивністю у конкретних умовах місцезростання (біотопу). При цьому, простір заповнюється з найбільшою повнотою (принцип «щільної упаковки»). 3 цього випливає, що при плануванні і конструюванні нових екологічно безпечних антропогенно модифікованих геосистем необхідно намагатися створювати геосистеми, наближені до природних.

Усі природні умови середовища, необхідні для життя, відіграють рівнозначну роль (закон рівнозначності всіх умов життя) [346, с. 154]. Цей закон ігнорується при господарському використанні природних і антропогенно модифікованих геосистем. Наприклад, при застосуванні важкої техніки в лісових і агрогеосистемах не враховується її вплив на структуру і водний режим ґрунту.

Величина «урожаю» геосистеми залежить не від окремого, навіть лімітуючого фактора, а від усієї сукупності екологічних факторів одночасно. «Вага» (коефіцієнт дії) кожного окремого фактора в їх сукупному впливі різна (закон сукупної дії факторів) [346, с. 159]. При стабільних значеннях усіх інших впливів, вплив одного фактора після досягнення піку, знижується. Природна геосистема (лісова, лучна), що функціонує в середовищі з нижчим рівнем організації, ніж його власний рівень, приречена. Поступово втрачаючи свою структуру, вона через деякий час розчиниться в навколишньому середовищі (закон збіднення різнорідної живої речовини в острівних її згущеннях (Г. Ф. Хільмі) [346, с. 150]. Тому для збереження біотичного різноманіття у створених людиною лісових геосистемах необхідна достатньо велика їх територія. Складні біотичні угруповання, зокрема лісові геосистеми, що збережені на невеликих площах, приречені на поступову деградацію. Для забезпечення надійності їх функціонування (екологічної безпеки) необхідно створювати буферні зони. У ході розвитку природних лісових геосистем здійснюється самоуправління, тобто самоорганізація взаємозв'язків всередині системи, якій властива сувора послідовність («порядок») фізико-хімічних і біологічних явищ.

Заповнення простору внаслідок взаємодії між геосистемами упорядковане таким чином, що дозволяє реалізовуватися гомеостатичним властивостям геосистем з мінімальними протиріччями (закон упорядкованості заповнення простору і просторово-часової визначеності) [346, с. 164]. У природі неможливе існування «непотрібних» випадковостей, у тому числі і створених людиною. Порушення природної упорядкованості заповнення простору в геосистемах при їх використанні потребує додаткових заходів для підтримання їх у продуктивному стані. Природні геосистеми мають високий рівень організації. Розвиток геосистем призводить до ускладнення їх організації шляхом зростаючої диференціації функцій і підсистем, що виконують ці функції (закон ускладнення системної організації) [346, с. 165]. Цей закон диктує необхідність збереження можливостей для ускладнення організації природних геосистем і антропогенно модифікованих геосистем (агрогеосистем) і врахування небезпеки їх штучного спрощення. Фази розвитку в природних лісових геосистемах можуть іти тільки в еволюційно закріпленому (історично, екологічно обумовленому) порядку, зазвичай від відносно простого до складного, як правило, без випадання проміжних етапів (закон послідовності проходження фаз розвитку) [346, с. 153]. Нерідко у практиці ведення господарства у лісових геосистемах цей закон ігнорують, наприклад, намагаючись виростити шпилькові ліси там, де згідно алгоритму зміни порід, їм повинні передувати в сукцесійному процесі інші види деревних рослин.

Геосистеми з найбільшою ефективністю функціонують у деяких просторово-часових межах, тобто вони не можуть звужуватися і розширюватися до безкінечності (закон оптимальності) [346, с. 151]. Фундаментальне положення теорії систем пов'язане з тим, що розмір будь-якої геостеми повинен відповідати її функціям. Всяка надвелика однорідність розпадається на функціональні частини. Створення великих площ монокультур у лісових геосистемах або великих полів в агрогеосистемах призводить до неприродної одноманітності і викликає функціональні зриви. Все це диктує необхідність пошуку оптимальних розмірів геосистем, що експлуатуються.

При використанні природних геосистем не можна переходити деякі межі, після яких геосистеми втрачають властивості самоорганізації і саморегуляції (правило міри перетворення природних систем) [346, с. 388]. У зв'язку з цим важливим є встановлення несучої екологічної ємності, яка визначає, яку частину природних геосистем на певній території можна замінити на антропогенно модифіковані й антропогенні геосистеми. Згідно з теорією біотичної регуляції цей показник не повинен перевищувати 30 %. Сьогодні освоєні і сильно порушені території займають 60 % суші [216, с. 24],що є основною причиною глобальних змін у навколишньому середовищі. Надмірна трансформація природних геосистем небезпечна екологічно і пагубна економічно, оскільки в кінцевому рахунку може призвести до значного зниження рівня екологічної безпеки території та формування умов, непридатних для життя людини.

Природні («м'які») форми управління геосистемами у процесі їх використання в кінцевому рахунку завжди ефективніші за технічні («жорсткі») (принцип природності) [346, с. 397]. «М'яке» управління ґрунтується на відновленні природної продуктивності геосистем, або її підвищенні шляхом цілеспрямованої і такої, що базується на використанні об'єктивних законів природи, системи заходів, дозволяє спрямувати природні ланцюгові реакції у сприятливому для господарства і життя людей напрямку. Вважається, що суцільна рубка в лісових геосистемах («жорсткий вплив») економічно є більш рентабельною. Проте, при суцільних рубках втрачається лісове середовище, що призводить до зниження водорегулюючих, протиерозійних та середовищетвірних функцій, заболочування, заростання лісосік нелісовими видами рослин та інших негативних наслідків. Більш низькі початкові затрати «жорсткого» заходу дають ланцюг збитків, які потребують потім великих затрат на їх ліквідацію. І, навпаки, при вибіркових рубках («м'який вплив»), управління відновленням лісових геосистем є легшим завдяки збереженню лісового середовища. Більші затрати при вибіркових рубках поступово окуповуються в результаті запобігання збиткам.

Впливи людини на геосистеми у процесі ресурсокористування повинні компенсуватися заходами, спрямованими на нейтралізацію цих впливів. Поки зміни незначні і проведені на відносно невеликій площі, вони або обмежуються конкретним місцем, або «гаснуть» в ланцюгу ієрархії геосистем. Але, як тільки зміни досягають суттєвих значень, обмежених правилами одного і десяти процентів [346, с. 386, 390], вони призводять до значних зрушень. Будучи відносно незворотними, зміни у природі в кінцевому рахунку виявляються такими, що важко нейтралізуються, а їх виправлення потребує великих матеріальних затрат.

Прикладом механізму біотичної регуляції служать природні лісові геосистеми - праліси, у яких протягом багатовікового філоценогенетичного процесу виробилися динамічні взаємозв'язки між блоками продуцентів, консументів, редуцентів та грунтом, що забезпечує природний механізм їх саморозвитку у часі і просторі. Завдяки його дії праліси функціонують як стійкі й стабільні геосистеми, здатні до саморегуляції та самовідновлення [63а, 401, с. 173].

Виникає питання, чи можливо штучно забезпечити баланс екологічних компонентів у лісових геосистемах, усвідомлюючи при цьому, що взаємодія компонентів - це не проста їх сумація? Безперечно, ні. Вихід один - «м'яко» впливаючи на лісові геосистеми, надати цю можливість природі. Природа, через механізм біотичної регуляції, забезпечить матеріально-енергетичний баланс. Тепер все більше зарубіжних і вітчизняних науковців заявляють про необхідність ведення наближеного до природи лісового господарства, ефективність якого значною мірою залежить від знань про природу і розумних дій, спрямованих на покращання стану лісових геосистем завдяки гармонійному, а не руйнівному втручанню [255, 401, 414а, 414б, 415, 415а, 415б, ]. Нагальною потребою є збереження лісових геосистем, які знаходяться у відносно незміненому стані, і відновлення (ренатуралізація) розбалансованих.

У природних геосистемах (праліси, квазіпраліси, природні луки) конструктивними заходами з ведення господарства повинні бути:

– заходи, спрямовані на підтримання (не порушення) ходу природних процесів в них;

– збереження і забезпечення їх ефективної охорони шляхом заповідання.

В умовно природних лісових геосистемах слід надавати перевагу вибірковим рубкам як таким, що зберігають лісове середовище та біотичне різноманіття, створюють умови для ускладнення системної організації, забезпечують динамічні якості лісових геосистем. При проектуванні лісогосподарських заходів необхідно забезпечувати оптимальну вікову структуру лісових геосистем, формувати такий склад порід, який би відповідав алгоритму зміни порід у сукцесійному процесі.

Враховуючи імовірність зростання антропогенного навантаження на агрогеосистеми, що обумовлено необхідністю задоволення зростаючих потреб у продуктах харчування і сировині, очевидною є необхідність забезпечення їх екологічної безпеки, що досягається шляхом ефективного управління ними, планування і конструювання нових екологічно безпечних агрогеосистем з урахуванням басейнового і ландшафтного принципів [311, с. 162]. Басейново-ландшафтний принцип передбачає формування в межах річкового басейну збалансованого співвідношення лісових, водних і агрогеосистем до величини заданого рівня лісистості, лукопасовищного використання і розораності, які б відповідали особливостям структурно-функціональної організації природних геосистем (ландшафтів), на місці яких вони утворилися.

В агрогеосистемах структурна організація істотно порушена. Відповідно до закону внутрішньої динамічної рівноваги [346, с. 142] зміна складових геосистем викликає значні зміни інших показників (стійкість, надійність). У зв'язку з цим необхідне планування і конструювання нових агрогеосистем - багатокомпонентних геосистеми з відновленими властивостями стійкості і саморегуляції. Планування агрогеосистем передбачає їх перебудову в геосистеми (створення «конструкцій»), які наближені до природних еталонів або оптимальних ландшафтів зонального типу, що забезпечується відновленням природних компонентів і формуванням складної (мозаїчної) структури. При відновленні природних компонентів (лісів, лук, водно-болотних угідь) у польових агрогеосистемах підвищується їх стійкість, поліпшуються умови життєдіяльності (закони необхідного різноманіття та екологічної кореляції [346, с. 149, 166].

Екологічна безпеки геосистемможе бути досягнута тільки на основі дотримання законів, правил і принципів природокористування. Перетворення природних геосистем у процесі господарського освоєння території і використання природно-ресурсного потенціалу веде до антропогенних змін у напрямку від клімаксових до максимально омолоджених геосистем (від корінної природної геосистеми до ріллі) і обумовлює різний ступінь їх деградації, порушення екологічної рівноваги. Процес перетворення природних геосистем неминучий в результаті змін взаємовідносин у системі “природа - населення - господарство”, але тільки у рамках дотримання вимог законів природи.

Одним із ключових законів у контексті екологічної безпеки геосистем є закон внутрішньої динамічної рівноваги [346, с. 142]. Згідно з цим, речовина, енергія, інформація і динамічні якості (гомеостаз, стійкість, надійність) геосистем тісно зв'язані і будь-яка зміна цих складових призводить до розвитку природних ланцюгових реакцій у напрямку нейтралізації змін або формування нових геосистем. При цьому, у зв'язку із нелінійністю взаємодії екологічних компонентів, навіть слаба зміна одного із показників може викликати сильні і, як правило, відносно незворотні зміни інших показників і всієї геосистеми вцілому. Порушуючи динамічну рівновагу у геосистемах, внаслідок значного вкладу енергії (наприклад, розорювання земель, вирубування лісів), порушується співвідношення геокомпонентів, внаслідок чого у системі може виникнути матеріально-енергетичний розлад, який призведе до зниження екологічного потенціалу.

Згідно із законом екологічної кореляції і законом необхідного різноманіття [346, с. ], при зміні (порушенні) функціональної цілісності геосистеми і повноти кількості її складових компонентів втрачається надійність - здатність геосистеми функціонувати без різких змін структури і функцій, відносно повно саморегулюватися і самовідновлюватися. При відновленні в антропогенно модифікованих геосистемах природних геосистем (лісових, лучних, водно-болотних) покращуються умови життєдіяльності, підвищується екологічний потенціал геосистем та їх екологічна безпека.

Важливе теоретичне і практичне значення має закон біогенної міграції атомів В. І. Вернадського [54]. Оскільки у процесі виробничої діяльності (природокористування) впливає перш за все на біосферу (живі організми), вона тим самим змінює природні умови біогенної міграції атомів, створюючи передумови для ще більших хімічних змін в історичній перспективі. Цей процес може стати саморозвиваючим і практично некерованим. Звідси, основними вимогами екологічної безпеки геосистем є максимальне збереження живого рослинного покриву і необхідність врахування негативного впливу на біоту при обґрунтуванні обсягів використання природних ресурсів і антропогенних навантажень на геосистемно диференційоване навколишнє середовище.

У процесі планування ресурсокористування важливе значення має закон мінімуму Ю. Лібіха, згідно з яким можливості і стійкість геосистеми лімітують фактори, кількість і якість яких близькі до необхідного мінімуму. Подальше їх зниження веде до руйнування (деструкції) геосистеми [346].

Необхідність пошуку оптимальних обсягів використання екологічного потенціалу геосистем обумовлена законом обмеженості природних ресурсів і законом оптимальності [346, c. ]. Закони базуються на тому, що оскільки Земля є природно обмежене ціле, на ній не можуть існувати безмежні (необмежені) частини і всі природні геосистеми на ній функціонують у певних просторово-часових межах. Антропогенні зміни природних геосистем, використання природних ресурсів вище допустимих меж згідно з правилами одного і десяти процентів, а також правила оптимальної компонентної доповненості виводить природну геосистему із рівноважного (квазістаціонарного) стану і призводить до прояву негативних екологічних наслідків [346, с. ]. Закон оптимальності обумовлює необхідність пошуку оптимальних розмірів полів, структури, співвідношення і просторового розміщення геосистем (лісових, аграрних, водних, селитебних), обсягів використання певного природного ресурсу.

Важливою умовою є врахування закону зменшення природно-ресурсного потенціалу, згідно якого у межах одного способу виробництва і одного типу технологій природні ресурси стають все менш доступними і вимагають збільшення затрат праці і енергії для їх добування і транспортування [346, с. ].

Природна геосистема може розвиватися тільки за рахунок використання матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей оточуючого її середовища (закон розвитку природної системи за рахунок оточуючого середовища) [346, с. ]. Абсолютно ізольована саморегуляція неможлива. Наслідками цього закону є: 1) неможливість абсолютно безвідходного виробництва; 2) будь-яка високоорганізована система, використовуючи і змінюючи середовище існування, потенційно загрожує більш низькоорганізованим системам.

Тому збереження, відновлення і охорона природних геосистем - одна із основних і обов'язкових умов забезпечення екологічної безпеки природних і антропогенно модифікованих геосистем.

„Закони” Б. Коммонера: 1) усе пов'язано з усім; 2) усе повинно кудись діватися; 3) природа „знає” краще; 4) ніщо не дається задарма, - також свідчать про те, що без інформації про механізми і функції природи, ми наносимо шкоду природі (природним геосистемам) у процесі використання чи способах її покращити. Природні геосистеми являють собою одне ціле, в межах якого нічого не може бути виграно чи втрачено і яке не може бути об'єктом покращення. Усе, що було вилучено людиною, повинно бути повернуте. Плати за цим векселем уникнути не можна, вона може бути тільки відтермінована 189.

Екологічної безпеки геосистем не може бути досягнуто без врахування правила міри перетворення природних систем, згідно з яким при використанні природних систем (ресурсів) не можна виходити за межі, які дозволяють геосистемам зберігати властивості самоорганізації і саморегуляції [346, с. ]. Певна кількість відновлюваного ресурсу може бути одержана за певний проміжок часу, який визначається швидкістю функціонування системи. Проведення господарських заходів і обсяг використання ресурсу доцільні тільки в межах певних оптимальних розмірів, які не повинні виводити природні системи із стану рівноваги. Природокористування, якщо воно не відновлювальне, не „м'яке”, яке ґрунтується на відновленні природної продуктивності і якості геосистем комплексом заходів з урахуванням об'єктивних законів природи, може призвести до руйнування природних геосистем і вичерпання природних ресурсів.

„Жорстке”, як правило, технічне управління природними процесами відповідно до “принципу природності” і “правила невідворотності ланцюгової реакції” породжує ланцюгові природні реакції, значна частина яких екологічно, соціально і економічно невигідні. Грубе втручання у функціонування природних геосистем призводить до необхідності збільшення енергетичних затрат на підтримання природних процесів, відтворення і збереження продуктивності геосистем [346].

Однією із причин деградації природних геосистем і виникнення екологічних ризиків є недооцінка їх реальної економічної цінності, відсутність “ціни” багатьох функцій компонентів природних геосистем 44а. Різні варіанти заходів щодо збереження природних геосистем і біорізноманіття постійно програють у змаганні з лісовим і аграрним господарством, промисловим виробництвом та іншими сферами діяльності людини, так як вигоди від цих секторів економіки очевидні, вони мають ціну. Ціну (цінність) природи сучасна економіка, на жаль, не визначила.

Оцінювання економічної цінності функцій природних геосистем і біорізноманіття має дуже важливе значення для визнання пріоритетності екологічної безпеки геосистем. За відсутності або заниженні цінності природних геосистем, природного середовища і його біорізноманіття, приймаються неправильні, антиекологічні рішення. Природоохоронний варіант програє порівняно з економічними рішеннями внаслідок зменшення доходів (вигоди) від збереження природних геосистем і заниження затрат на виробництво у зв'язку з недооцінкою (неврахуванням) потенційної екологічної шкоди (збитків) від деградації природних геосистем.

Така ситуація призводить до неконкурентності стратегії екологічної геосистем, що проявляється при прийнятті рішень на користь розвитку енергетичного, лісового, аграрного та інших секторів економіки. Використання природних геосистем завжди більш економічно вигідне, ніж їх збереження (охорона).

В. Бобилев 44а вважає, що для визначення економічної цінності (вартості) природного середовища (його компонентів, об'єктів природи) необхідне оцінювання наступних функцій природи:

забезпечення природними (у т.ч. генетичними) ресурсами;

регулюючих функцій (кліматорегулюючих, водорегулюючих, регулювання газового складу атмосфери та інші) та асиміляції (переробки) відходів і забруднень;

забезпечення природними послугами (рекреація, естетична цінність та інші).

Серед існуючих підходів встановлення економічної вартості природного середовища перевага надається концепції загальної економічної цінності (вартості). Вона враховує не тільки прямі ресурсні функції, але й регулюючі та асиміляційні функції і послуги природи. Загальна вартість складається із вартості використання (споживча вартість) і вартості невикористання 44а. У свою чергу вартість використання включає:

пряму вартість використання (туризм, рекреація);

опосередковану вартість (глобальні ефекти, екологічні функції, зв'язування вуглекислого газу);

вартість відкладеної альтернативи (потенційні вигоди від використання у майбутньому).

Особливу роль в оцінюванні природного середовища і різноманіття рослинного світу відіграє депонування вуглекислого газу. Кіотський протокол (Японія, 1997р.), підписаний багатьма країнами для попередження глобальної зміни клімату, створює передумови торгівлі „вуглецевими” квотами. У зв'язку з цим, опосередкована вартість використання рослинного компонента навколишнього середовища може складати більше усієї вартості.

Вартість - це та кількість праці, яку суспільство спроможне витратити на виробництво суспільного продукту для задоволення своїх різноманітних потреб 260б. Вартість природного ресурсу характеризує кількість праці, необхідну для його збалансованого (з позицій економіки, екології, соціології) вилучення та перетворення (споживання). При цьому ціна природного ресурсу підпорядкована динаміці його суспільної корисності і специфіці “товарності” щодо рівня розвитку продуктивних сил, а динаміка ціни визначається якістю навколишнього середовища, яка розглядається як специфічна суспільна споживча вартість 409а.

Параметри споживчої вартості якості навколишнього середовища зумовлені рівнем екологічної ємності геосистем, які оцінюються максимальною кількістю забруднюючих речовин (у перерахунку на одиницю об'єму геосистеми), що може бути за одиницю часу накопичена, зруйнована, трансформована (біологічними або хімічними перетвореннями) і виведена за рахунок процесів седиментації, дифузії або будь-якого іншого процесу за межі геосистеми без порушення її нормального функціонування 409а. Екологічна ємність є показником максимально можливого рівня техногенного впливу, який може без деградації сприйняти (асимілювати) геосистема. Економічний зміст екологічної ємності визначається екологічними витратами - сумою витрат на запобігання забруднення і руйнування геосистем (витрати на природоохоронні заходи) і витрат, спричинених економічними збитками за шкоду, заподіяну геосистемам внаслідок порушення природоохоронних вимог.

Розвиток складної геосистеми залежить від рівня її самоорганізації, що у синергетиці знайшло своє відображення у теорії самоорганізованих систем 9, 282, 291. Доходом з природи є екологічний капітал - сукупність геосистем, які формують навколишнє середовище. Цей капітал все більшою мірою витрачається на забезпечення комфортних умов існування людини, що сприяє постійному зростанню вартості природних ресурсів 409а.

Зростання впливу екологічних витрат на результати суспільного виробництва відповідно до росту його впливу на навколишнє середовище спричиняє необхідність встановлення і забезпечення досягнення економічного оптимуму якості навколишнього середовища, що визначається як рівень екологічних порушень (техногенного навантаження), який дозволяє мінімізувати сумарні екологічні витрати. Досягнення оптимуму якості навколишнього середовища супроводжується більш високим рівнем екологічних витрат і значним зростанням суспільних потреб для оптимізації природокористування 409а.

Знаючи закони розвитку природи, можна спрогнозувати зміну стану геосистем і передбачити небажані наслідки таких змін та пов'язані з ними загрози безпеці навколишнього природного середовища і людини, завчасно запобігти їм. Основними принципами екологічної безпеки є:

- принцип безумовного примату безпеки; проблема безпеки є одним з найважливіших критеріїв соціального розвитку.

- принцип системності екологічної безпеки; екологічна безпека має грунтуватися на принципі врахування всіх взаємозв'язків і поступовому формуванні нового якісного стану суспільства - екологічного.

- принцип ненульового (прийнятного) ризику. Оскільки неможливо гарантувати «абсолютну» безпеку, то необхідно намагатися досягнути такого рівня ризику, який можна було б розглядати як прийнятний. Його величина має бути обгрунтована, виходячи з економічних і соціальних міркувань.

1.5 Концепції екологічної безпеки геосистем

Коеволюційна концепція. Базується на взаємній регуляції природи і суспільства і передбачає регульований адаптивний розвиток соціальної, біотичної і абіотичної підсистем. Коеволюція розглядається як кероване пристосування людини і біосфери, яке відбувається шляхом пошуку стійких станів геосистем і їх зміні відповідно до ситуації, що склалася. При цьому прагматична лінія коеволюції має на увазі досягнення компромісу між «невтручанням» і «підкоренням» природи при обгрунтуванні структурної організації геосистем з врахуванням законів і принципів природокористування (біотичної регуляції, оптимальності, міри перетворення природних геосистем).

Системно-структурна концепція. Основою концепції є положення про системну будову природи. Системність виникає внаслідок того, що природа складається із багатьох об'єктів (геосистем), які знаходяться між собою у певному взаємозв'язку. Одним із проявів цих взаємозв'язків є взаємодія - процес, коли геосистеми діють одна на одну, в результаті чого у них відбуваються певні зміни. Виживають ті геосистеми, стійкість яких достатньо стабільна, внутрішньо суперечлива і має достатній набір зберігаючих реакцій. У зв'язку з цим, при формуванні екологічно безпечних геосистем, перевагу слід надавати таким способам, які забезпечують цілісність, стабільність і стійкість геосистем при постійній зміні умов середовища, іншими словами - способам, які найкращим чином відповідають принципу «необхідної різноманітності» Вінера - Шеннона - Ешбі.

Ступінь стабільності, яка досягається кожною геосистемою, залежить від її внутрішніх механізмів управління, а також від складності геосистеми. Згідно теорії «надмірності» або «конгенеричного гомотаксису» різноманітність, за умови, що кожен із компонентів виконує певні функції, забезпечує стійкість геосистеми, яку Ю. Одум [263] визначає як властивість системи повертатися до вихідного стану.

При вирішенні питань екологічної безпеки геосистем виникає ряд теоретичних і практичних проблем. Одна із них пов'язана з недооцінкою еволюції природних геосистем. Сучасні геосистеми розглядаються як кінцевий результат еволюції, а не як об'єкти, які знаходяться у процесі розвитку. Порушення рівноваги у геосистемі в еволюційному розумінні може бути не тільки руйнівною, а й створюючою силою. Такий висновок дає нам можливість сформулювати новий підхід до проблеми екологічної безпеки. Суть цього підходу полягає в тому, що у антропогенно модифікованій геосистемі шляхом її регульованої реконструкції та впровадження таких систем ведення господарства, які враховують екологічну ємність і екологічний потенціал геосистеми, а також допустимі обсяги використання природних ресурсів, необхідно досягти нової рівноваги, яка була б сприятливою для людини і забезпечувала екологічно безпечний розвиток регіону 339а.

Головною причиною виникнення екологічних ризиків (глобальних, регіональних, локальних) є докорінна зміна людиною біогеоценотичного покриву [83] і вихід за межі свого екотопу, що пов'язано із освоєнням нових територій і ресурсів, результатом чого є ущільнення географічного простору [245, 373]. Ущільнення простору є складним багаторівневим процесом у результаті якого значно зростає інтенсивність ресурсокористування, а тенденція збільшення використання ресурсів свідчить про від'ємний тип природокористування.

У сучасній практичній діяльності мінімізація впливу суспільства на природу зводиться, головним чином, до мінімізації забруднення довкілля і охорони (збереження) решток «дикої» природи (природних геосистем). Такий консервативний природоохоронний підхід дав свої позитивні наслідки у сфері розробки технологій очищення стічних вод і переробки відходів, а також опрацюванні систем економічного стимулювання суб'єктів виробництва, які здійснюють природоохоронні заходи. Однак він не вирішує питання про екологічну безпеку геосистем і формування безпечних умов життєдіяльності людини. Ефективнішим є підхід, що грунтується на парадигмі цілісності біосфери як гомеостатичної системи. Тоді консервативний підхід стає складовою частиною загальнішої стратегії - стратегії створення ноосфери. Враховуючи дестабілізацію біосферних процесів, основною ознакою ноосфери має бути стабільність існування системи «суспільство-природа». Фактично, ноосфера - це біосфера зі структурно і функціонально «вписаним» у неї суспільством [223].

Концепція ренатуралізації. Ренатуралізація - це процес відновлення природних (наближених до природних) геосистем, насичення антропогенно модифікованих геосистем (агрогеосистем) екологостабілізуючими геосистемами (лісовими, водно-болотними, лучними) з метою відновлення природних процесів (обміну речовин. продукційного). а також процесів саморегуляції і самовідновлення.

Екологічна безпека антропогенно модифікованих геосистем досягається шляхом їх ренатуралізації - планування і конструювання нових, наближених до природних (на місці яких вони виникли) геосистем з відновленими структурно-функціональними параметрами і корисними функціями (ресурсні, захисні, рекреаційні) [214, 298, 301, 310, 339а].

У зв'язку з цим необхідна реконструкція антропогенно модифікованих геосистем (агрогеосистем) у повнокомпонентні геосистеми з відновленими властивостями стійкості, саморегуляції і самоочищення, яка побудована на принципах оптимізації. При цьому, оптимізація антропогенно модифікованих геосистем розглядається як максимально можливе відновлення їх структурно-функціональних параметрів і корисних функцій [310, 339а].

Концепція збереження біорізноманіття. Руйнування і фрагментація природного (корінного) біоценотичного покриву, значне скорочення площ, зайнятих природними геосистемами є проявами глибокої антропогенної перетвореності навколишнього середовища і причиною „кризи біорізноманіття”. Біорізноманіття виконує значну кількість життєво необхідних функцій, основною із яких є функція природного самовідновлення, забезпечує адаптивність, стійкість та організованість геосистем, комфортність навколишнього середовища (середовища життєдіяльності людини) [248б; 426]. У зв'язку з цим, важливим завданням у контексті забезпечення екологічної безпеки геосистем є зупинення втрат та відновлення біорізноманіття.

Екологічна парадигма. Сутність екологічної парадигми полягає в мінімізації атропогенного втручання у природні геосистеми, максимізацію збереження і відновлення природних процесів і природних геосистем та екологізації виробництва [248б, с. 22].

На основі екологічної парадигми формулюється мета і завдання стратегії збереження біорізноманіття (природних геосистем) - зупинення їх деградації, екологізація суспільної діяльності, відновлення природного рослинного покриву і природних геосистем [248б].

1.6 Фактори екологічної безпеки геосистем

1.6.1 Стійкість геосистем

Серед багатьох проблем, пов'язаних екологічною безпекою геосистем, головною (визначальною) є проблема їх стійкості. Вона (стійкість) є не тільки однією з основних системоорганізуючих характеристик геосистем, але і найбільш прикладною властивістю, яка визначає саму можливість існування геосистем у просторі та часі, способи та інтенсивність їх господарського використання. У зв'язку з цим, виникає необхідність розв'язання завдань підвищення стійкості геосистем, перегляду існуючих методів і систем природокористування, переведення економіки на модель збалансованого природокористування, яке грунтується на досягненні компромісу між соціально-економічними потребами суспільства та можливостями природи задовольняти їх без загрози для природних і антропогенних геосистем та здоров'я і життєдіяльності людей [311, 319, 326, 331].

Вивченню проблеми стійкості геосистем до антропогенних навантажень присвячені праці В. А. Барановського (2002), М. А. Голубця (1992, 2000), М. Д. Гродзинського (1995, 2005, 2008), В. М. Петліна (2005, 2010, 2011), Л. П. Царика (2012), П. Г. Шищенка (1999), Л. В. Янковської (2003) та ін.

Згідно з теорією систем, чим складніша будова системи, чим більше елементів входять у неї, тим вона стійкіша до зовнішніх впливів. Стійкими є геосистеми, які слабо реагують на певні види природних або антропогенних впливів і швидко відновлюють свої структурно-функціональні параметри після зовнішнього впливу [80а]. Нестійкими є геосистеми, які під впливом природних або антропогенних чинників втрачають здатність нормального функціонування, позбуваються якогось структурного компонента, втрачають здатність до відновлення попередньої структурно-функціональної організації. До нестійких належать штучні ялинові лісові геосистеми (створені на місці дубових, ялицево-букових і букових лісових геосистем), агрогеосистеми, водно-болотні геосистеми [83, с. 60].

Екологічну стійкість земель визначає ступінь розораності території. Вона характеризується величиною коефіцієнта стійкості (К_с) земель - відношення площі ріллі до площі природних і умовно-природних стабілізуючих угідь (ліси і чагарники, луки, сіножаті, пасовища, болота, водні об'єкти). Оптимальна норма К_с = 0,66 ~ 1.0 [414, с. 121]. Орні землі є територією розвитку водно-ерозійних процесів. З підданих ерозії орних земель змивається збагачений гумусом і елементами мінерального живлення рослин дрібнозем. Внаслідок цього грунти поступово втрачають гумус, поглинаючу здатність, структурованість та родючість - здатність грунту задовольняти потреби рослин у поживних речовинах, воді, повітрі, біотичному і фізико-хімічному середовищі, включаючи тепловий режим [346, с. 360]) і, як наслідок, стійкість.

Згідно з У. Ешбі, якщо в системі (геосистемі), що складається з n елементів, хоча б один виявиться нестабільним, він робить систему нестабільною в цілому; система, що намагається досягти гомеостазу (внутрішньої динамічної рівноваги), або перетворює нестабільний елемент у стабільний, або відторгає його. Стійкість і стабільність властиві тільки природним геосистемам. Антропогенно модифіковані й антропогенні геосистеми їх не мають.

Стійкість є базовою інтегрованою основою екологічно безпечного просторово-часового функціонування геосистем. Водночас, стійкість антропогенно модифікованих геосистем (які перебувають у межах своїх інваріантів) індикує сучасний стан геосистем, який є наслідком природних і антропогенних процесів та явищ.

Поняття «стійкість» має різні трактування:

– здатність геосистем підтримувати значення своїх параметрів, а відповідно, й властивостей, у тому числі корисних для людини, які не перевищують заданих критичних величин [131];

– здатність геосистем зберігати інваріантний набір власних структурних складових і характер функціонування в умовах мінливості середовища [380];

– здатність відновлювати попередній стан після збурень [305, 345];

– здатність систем зберігати структуру під час дії природних та антропогенно збурюючих чинників, що не є ознакою її стабільності, незмінності, а навпаки, передбачає динамічну рівновагу [151];

– здатність системи зберігати свою структуру і функціональні особливості при впливі зовнішніх факторів і залишатися відносно незмінною протягом певного періоду [346];

– здатність системи протидіяти зовнішнім впливам і функціонувати в штатному режимі на етапі ініціювання надзвичайних ситуацій, тобто в докритичній області функціонування систем [197];

– здатність геосистем повертатися після збурення у початковий стан [101].

Стійкість геосистем не адекватна їх стабільності. Стабільність означає здатність системи протистояти зовнішнім і внутрішнім впливам, включаючи антропогенні впливи [346, с. 495).

Узагальнюючи викладене, стійкість геосистеми ми розглядаємо як здатність будь-якої геосистеми протидіяти впливу сил, які намагаються вивести її зі стану квазірівноваги, або її здатність зберігати інваріантний набір власних структурних складових і характер функціонування в умовах мінливості середовища.

Складовими стійкості геосистем є компонентні стійкості: метеорологічний потенціал атмосфери, стійкість водних об'єктів, стійкість грунтів, екологічний потенціал [319, 362]. Стійкість будь-яких природних чи антропогенно модифікованих геосистем належить до класу екологічних стійкостей, яка є здатністю геосистем і їх окремих складових протистояти коливанням зовнішніх факторів та зберігати свою структуру й функціональні властивості.

У процесі створення географічних конструктів стійких (екологічно безпечних) геосистем [317, 319, 339а] використовується стійкість параметрична, яка віддзеркалює міру поліваріантної відповідності обраних визначальних параметрів стану геосистем певним еталонним параметрам, заданим з огляду на «природність» їх властивостей, структури та типових особливостей. Така стійкість має певні різновиди, а саме: 1) параметрично-процесну стійкість, ознаками якої є міра відповідності параметрів, які відображають основні структуроутворюючі та інші процеси в геосистемах; 2) параметрично-відновлювальну стійкість, ознаками якої є ті, що відображають міру здатності геосистем до відновлення природних властивостей і типових особливостей, зумовлену наявністю головних чинників цього відновлення, таких як території із спеціальним природоохоронним статусом з адекватним регламентом природокористування. При збалансованому ресурсокористуванні й конструюванні екологічно безпечних геосистем має враховуватися саме міра «віддаленості» структурної організації відновлюваних антропогенно модифікованихгеосистем від відповідних оптимальних характеристик зональних природних геосистем [299-301, 317, 319, 345].

Геосистема (природна, антропогенно модифікована) характеризується позиційною стійкістю - здатністю геосистеми зберігати та відновлювати після збурень просторову структуру [12, 14, 15]. Водночас така стійкість характеризується певною невизначеністю. Так, наприклад, відновлення місцеположення може супроводжуватися значною втратою функціональної стійкості, або значним скороченням часу «життя» системи. По друге, відновитися у тих самих просторових межах може вже якісно інша система з іншою функціональною стійкістю. Тобто позиційна стійкість з абсолютною точністю свідчить, що геосистема знаходиться у певних просторових параметрах.

Щодо стійкості функціональної, то її часто представляє стійкість потенційна, яка визначається запасом гомеостатичності геосистеми. При цьому сама міра гомеостатичності так або інакше повинна відображати співвідношення структурності як міри потенційної стійкості геосистеми, яка повинна зростати у напрямку збільшення об'єму її екологічної ніші [188].

Стійкість геосистеми прямо залежить від стійкості її навколишнього функціонального середовища [286], яке, насамперед, контролюється стійкістю його природних складових (природних геосистем). Тобто стійкість навколишнього середовища є його здатністю зберігати свою структуру та функціонально-динамічні особливості за зовнішніх впливів на нього. У процесі еволюції природного середовища та природних геосистем, що його формують, сформувались механізми, які забезпечують йому можливість витримувати коливання зовнішніх природних чинників, а також антропогенні впливи [102].

Стійкість структурної організації геосистем є здатністю зберігати та відновлювати зв'язки між їх структурними складовими після збурень. Тобто стійкість структурна є стійкістю таксономічної організації геосистем, яка проявляється у вигляді стабільності їх структури або зберігання загального плану будови.

Оскільки будь-який вид стійкості геосистем є інтегративною функцією від взаємовідношення системи і її функціонального середовища, то саме цей показник характеризується найбільш узагальненими і, водночас, найбільш практично спрямованими ознаками. Функціональне середовище розуміється як середовище геосистеми, яке характеризується активними екологічними функціями, тобто спрямовано діє в напрямку коректування та контролю певних параметрів відповідної геосистеми. Тобто функціональне середовище має провідну роль [286].

Величина стійкості геосистеми визначається за допомогою показників різноманітності, оскільки саме вони індукують рівень взаємовідношень геосистеми і її середовища. При цьому різноманіття розуміють як: 1) сукупність системоформувальних явищ, елементів або систем, які виявляються на основі вибраної міри і які характеризують ступені свободи системи відповідного морфологічно-ієрархічного рівня. Складовою такого загального є різноманіття екологічне, тобто сукупність відмінностей у речовинно-енергетичних та інформаційних зв'язках між геосистемою та її середовищем (екологічним оточенням) [286]; 2) множинність створених природою (а тепер майже скрізь тією чи іншою мірою антропогенізованих) цілісних дискретно-континуальних структур - ландшафтних комплексів (геосистем) будь-якого розміру та ієрархічного рангу [93]; 3) поєднання первинного (інваріантного) і вторинного (варіантного) різноманіття.

Різноманіття вимірюється співвідношенням складності структури внутрішньосистемних і зовнішньосистемних зв'язків. Складність структури зв'язків розуміється як контрастність підпорядковано-функціональних зв'язків, яка характеризується певною кількістю інформації, що в них міститься. Це інформаційний показник, для визначення якого використовується формула Шенона. Стійкість через різноманіття зв'язків визначається законом Ешбі: геосистема буде тільки в тому разі стійкою в просторі та часі, коли складність структури її внутрішніх зв'язків буде меншою за складність структури зв'язків зовнішніх, що дозволить її природному оточенню адекватно контролювати і, відповідно, корегувати інтенсивність внутрішньосистемних процесів.

1.6.2 Збалансоване ресурсокористування

Протягом багатьох століть суспільство дотримувалось і дотримується тепер шляху свого розвитку, принципом якого є «споживання ресурсів заради економічного зростання». У середині ХХ-го століття криза у взаємовідносинах суспільства і природи набула глобального, загальнопланетарного характеру [47, 51]. Застосування природоруйнівних за своєю сутністю технологій ресурсокористування, порушення правила міри перетворення природних систем [346, c. 388] призвели до деградації природного середовища (природних геосистем), виникнення і розвитку екологічних ризиків та загроз ресурсній (продовольчій), екологічній і національній безпеці [1, 2, 7, 20, 28, 47, 181, 182, 195, 214, 215, 222, 291, 286, 329, 3339, 350-354, 400]. За сучасного ресурсокористування антропогенне навантаження на геосистеми, які формують навколишнє середовище, досягло критичної межі і його збільшення загрожує перевищити потенціал саморегулювання навколишнього середовища і межу екологічної ємності території [215, 216].

Виробничо-господарська діяльність людини (промислова, аграрна, лісогосподарська, водогосподарська, гірничодобувна, туристично-рекреаційна) істотно вплинула на гомеостаз, складність і стійкість природних геосистем, взаємозв'язки між геосистемами, які забезпечувались збалансуванням взаємовідношень між різними видами рослин, тварин і мікроорганізмів у процесі природного добору, коеволюцією і підтриманням стабільності «пам'яті» в геосистемах [83, 135, 291, 311, 319, ]. Згідно з теорією біотичної регуляції, головною екологічною проблемою є руйнування людиною природного механізму регуляції навколишнього середовища [216, c. 25], зокрема природного рослинного покриву. Виснаження природних ресурсів, забруднення компонентів геосистем (вод, грунтів, атмосферного повітря), зникнення значної кількості видів рослин і тварин, деформації природного кругообігу речовин та енергетичних потоків, порушення динамічної рівноваги у геосистемах свідчать про обмеженість природних ресурсів, зниження або втрату самовідновлюючої і саморегулюючої здатності геосистем, про зростаючу небезпеку для життя і здоров'я людей.