Екологічна безпека природних і антропогенно модифікованих геосистем

Внаслідок нераціонального землекористування виникають екологічні ризики, які є оціночною величиною екологічної безпеки земельних ресурсів. До екологічних ризиків, пов'язаних із землекористуванням, у досліджуваному регіоні відносяться: ерозійні процеси, втрата гумусу, зниження потенційної родючості грунтів, що обумовлює їх деградацію. Деградовані грунти є небезпечними об'єктами, оскільки перестають повною мірою виконувати екологічні функції, можуть стати серйозною загрозою економічній стабільності [136, 302, 311, 360].

Екологічну безпеку земельних ресурсів (грунтів) розглядаємо як такий їх стан, за якого не виникають екологічні ризики, не знижується їх екологічний потенціал, створюються сприятливі умови (у тому числі ресурсні) для життєдіяльності та здоров'я людей.

Рівень екологічного ризику виникнення і розвитку водної ерозії залежить від дії ерозійних факторів як природних (кількість та інтенсивність атмосферних опадів, розчленованість рельєфу, крутизна схилів, протиерозійна стійкість грунтоутворюючих порід і грунтів), так і антропогенних (вирубування лісів, розораність земель, неправильна організація території агрогеосистем і розміщення орних земель, наземне трелювання деревини, відсутність протиерозійних заходів). Одиницями аналізу при ландшафтно-ерозійній оцінці території є висотні місцевості [203, 258, 419].

За природою дії потоків води, які обумовлюють змив і розмив грунту, виділяється ерозія від стоку талих вод і від злив (дощі інтенсивністю більше 0,5 мм/хв.). При сніготаненні поверхневий стік концентрується у мікропониженнях, де зростає еродуюча сила потоку води і збільшується інтенсивність виносу грунту. Чим нижче по схилу, тим більша кількість води в об'єднаних струмках, тим ширший і глибший розмив. Визначальним фактором ерозії, зумовленої зливами, є крапля дощу, яка має питому кінетичну енергію. Руйнівна дія краплі значно перевищує роботу, яку виконує поверхневий стік. Чим більший розмір краплі, тим більша її швидкість і, як наслідок, еродуюча здатність дощу. Під час злив руйнуються агрегати грунту, кольматуються пори, грунти ущільнюються, підвищуються показники набухання і зв'язності, різко знижується водопроникність, внаслідок чого вода погано поглинається грунтом [257, 311].

Зниження водопроникності грунтів є причиною формування поверхневого стоку, внаслідок чого на схилових землях втрачається і не використовується для поповнення запасу вологи у грунті та формування урожаю 40-70 мм води. Тому на схилових землях (особливо південної експозиції) рослини у певні періоди недостатньо забезпечені вологою, що призводить до зниження їх урожайності. Крім цього, внаслідок зменшення інфільтрації атмосферних опадів, істотно погіршується живлення підземних водоносних горизонтів, що обумовлює виникнення екологічних ризиків виснаження запасів підземних вод та зменшення грунтової складової річкового стоку і, як наслідок, зниження водності річок, особливо у меженні періоди [118, 311, 327].

Об'єм (маса) поверхневого стоку зростає із збільшенням довжини схилу і у нижній частині досягає величини, яка значно більша, ніж у верхній частині. За рахунок збільшення маси поверхневого стоку при збільшенні довжини схилу зростає інтенсивність змивання грунту. Швидкість поверхневого стоку зумовлена крутизною схилу. Чим більша ця величина, тим більша швидкість, а, отже, і руйнівна енергія стоку. Змив грунту на схилах до 3 менш виражений, ніж на схилах більше 3. Особливо помітно зростає інтенсивність процесів ерозії при одночасному збільшенні крутизни схилу та його довжини. У зв'язку з цим на схилах необхідно створювати штучні бар'єри для попередження формування значних об'ємів поверхневого стоку - стокорегулюючі лісосмуги, водорегулюючі вали [311, 327].

Грунтовий покрив на досліджуваній території потенційно нестійкий, що зумовлено специфікою геолого-геоморфологічних умов, рельєфу, ерозійно-денудаційними процесами. Тому навіть незначний антропогенний вплив на грунти є дестабілізуючим фактором. У грунтах поєднуються дві протилежні тенденції - стійкість і нестійкість. Властивості грунтоутворюючих порід (елювій-делювій карпатського флішу, леси і лесовидні суглинки), які легко піддаються змиву і розмиву, разом із процесами ерозійно-денудаційного напрямку обумовлюють нестійкість грунтів. Процеси грунтоутворення (гуміфікація, оструктурювання), коріння рослин стабілізують грунтоутворюючі породи і грунти, надаючи їм певної стійкості.

Площі еродованих земель у досліджуваному регіоні постійно збільшуються, особливо на сільськогосподарських угіддях (агрогеосистемах), що зумовлено нераціональною (прямолінійною) організацією їх території, неосвоєністю сівозмін, відсутністю протиерозійних заходів, високою розораністю і розміщенням польових агрогеосистем (орних земель) на ерозійно небезпечних схилах. Площа еродованих земель в агрогеосистемах - 686 тис. га (23,9%), у тому числі: - слабоеродованих - 396 тис. га; середньоеродованих - 199 тис. га; сильноеродованих - 91 тис. га. Площа еродованих орних земель - 458 тис. га (табл. 3.1.).

Процеси водної ерозії розвиваються і на землях лісового фонду (лісові геосистеми). Переважна більшість (90 %) суцільних лісосік, щорічна загальна площа яких у досліджуваному регіоні перевищує 10 тис. га, розробляється тракторним способом з наземним трелюванням деревини. На пошкоджених ділянках (волоках) руйнується грунт, збільшується щільність, знижується водопроникність. Внаслідок цього при сильних дощах (зливах) на волоках формується поверхневий стік, відбуваються процеси змиву і розмиву грунтів. Загальна площа пошкоджених ділянок досягає 15-20 % площі лісосіки.

Таблиця 3.1 - Площа еродованих земель в агрогеосистемах регіону Українських Карпат і прилеглих територій

Примітка: над рискою - всього еродованих земель в агрогеосистемах; під рискою - у тому числі рілля (польові агрогеосистеми).

Аналіз ландшафтно-ерозійної ситуації свідчить про відмінності між висотними місцевостями за ймовірністю виникнення та інтенсивністю прояву процесів водної ерозії (рис. 3.1).

Дуже високий ступінь екологічного ризику ерозії грунтів в агрогеосистемах характерний для гірських типів висотних місцевостей, що пояснюється значною крутизною схилів і низькою протиерозійною стійкістю грунтів.

До висотних місцевостей з високим ступенем екологічного ризику ерозійних процесів відносяться місцевості розчленованих карстових межиріч, розчленованих поверхонь високих терас, пластово-ерозійних і пластово-горбогірних типів з чорноземами опідзоленими і вилугуваними, темно-сірими і сірими лісовими грунтами. Розвиток ерозійних процесів та можливість їх активізації у межах згаданих висотних місцевостей пояснюється розчленованістю рельєфу, низькою протиерозійною стійкістю грунтоутворюючих порід (леси, лесовидні суглинки) і грунтів, значною розораністю сільськогосподарських угідь, незначною лісистістю.

До висотних місцевостей з середньою інтенсивністю прояву водної ерозії відносяться місцевості горбисто-грядових ерозійних межиріч та схили структурних низькогір'їв з дерново-підзолистими і бурими лісовими грунтами. Еродованість сільськогосподарських угідь тут коливається в межах 7-16 %, що пояснюється переважанням на схилах лучної рослинності (сіножаті, пасовища), меншою розораністю та більшою лісистістю території.

Низька інтенсивність водно-ерозійних процесів або їх відсутність властива надзаплавно-терасовим, вододільним та заплавним висотним місцевостям внаслідок рівнинності поверхні.

Використання сильно еродованих і малопродуктивних земель у сільськогосподарському виробництві є економічно неефективним, тому вони підлягають залісенню (консервації). Площа таких земель на досліджуваній території складає 328 тис. га (табл. 3.2).

У зв'язку із негативними екологічними наслідками, очевидною є необхідність припинення або мінімізації водно-ерозійних процесів. Однак, за сучасних підходів до використання земель без урахування ерозійних факторів, напруженість в агрогеосистемах посилюється, активізуються процеси змиву і розмиву грунтів. Така ситуація виникла внаслідок того, що землекористувачі не несуть відповідальності за нездійснення протиерозійних заходів і зниження родючості грунтів. Немає економічного механізму, який би робив невигідним таке використання земель, в результаті якого погіршується стан грунтів, втрачається їх родючість. Землекористувачі мають прибуток за вирощену продукцію навіть якщо вони домоглися цього тільки за рахунок потенційної родючості грунтів та біокліматичного ресурсу території і при цьому застосовували системи й технології ведення господарства, які призвели до посилення ерозійних процесів, погіршення фізичних, хімічних і біологічних параметрів грунтів і, як наслідок, зниження їх родючості. Орні землі розглядаються як основний ресурс виробництва сільськогосподарської продукції. Необхідність формування в агрогеосистемах земель екологічного фонду не враховується. Внаслідок цього залишається високою розораність, значна кількість посівів просапних, які відносяться до культур з підвищеною ерозійною небезпекою, розміщується на схилах більше 5°, що сприяє активізації ерозійних процесів. Тому актуальним є впровадження альтернативного підходу до землекористування, основним принципом якого є пристосування виробництва певної кількості продукції до екологічно безпечних площ польових і лучних агрогеосистем. Такий підхід передбачає обмежене використання ерозійно небезпечних схилових земель під орні землі [258, 311].

Таблиця 3.2 - Площа земель (угідь), які підлягають залісенню в регіоні Українських Карпат і прилеглих територіях, тис. га

Руйнівна дія ерозійних процесів призводить до виникнення екологічного ризику - зниження потенційної родючості грунтів внаслідок зменшення потужності гумусового горизонту, кількості гумусу і поживних елементів у грунтах. Це не дозволяє досягти того рівня урожайності сільськогосподарських культур, який забезпечується кліматичним потенціалом. Продуктивність слабозмитих грунтів, порівняно з незмитими, нижча у 1,1-1,3 раза, середньозмитих - у 1,5-2,0 раза, а сильнозмитих - більше ніж у два раза [360]. Особливість агрогеосистем полягає у розімкненості кругообігу біогенних елементів внаслідок щорічного відчуження значної їх кількості з урожаєм сільськогосподарських культур. Тому необхідною умовою екобезпеки земельних ресурсів і грунтів є компенсація (повернення) винесених органічних речовин і мінеральних елементів шляхом внесення добрив (органічних, мінеральних, вапнякових). Однак, кількість органічних і мінеральних добрив, які вносяться під посіви сільськогосподарських культур, у досліджуваному регіоні значно зменшилась і не компенсує втрат гумусу і поживних речовин. Якщо у 1990 році вносилось в середньому 240 кг/га мінеральних добрив (у діючій речовині), то у 2010 р. - 30 кг/га. Значно зменшилось також внесення органічних добрив - відповідно з 15,0 до 1,8 т/га.

Негативні наслідки водно-ерозійних процесів посилюються ще і тим, що пошкоджені посіви часто доводиться пересівати. Цим викликаються додаткові витрати на насіння, паливо, техніку та внесення більшої кількості добрив. Внаслідок порушення оптимальних строків посіву, урожайність культур на пересіяних ділянках істотно знижується. Крім цього, із внесених добрив поверхневим стоком виноситься в середньому 20% азоту, 2-5% фосфору, 10-70% калію і близько 1 % пестицидів. Потрапляючи у ріки і водойми, агрохімікати зумовлюють виникнення екологічного ризику - забруднення і погіршення якості поверхневих вод.

Відносини щодо використання і охорони земель регулюються Конституцією України, Земельним кодексом України, Законами України «Про охорону навколишнього природного середовища», «Про охорону земель», «Про землеустрій», «Про меліорацію земель», а також нормативно-правовими актами про надра, ліси, води, рослинний світ. Ними передбачено, що пріоритетними принципами при використанні земель є забезпечення вимог екологічної безпеки, охорона і раціональне використання, збереження і відновлення екологічних функцій, природних і набутих якостей землі, підвищення родючості грунтів. Охорона земель передбачає захист земель від ерозії, зсувів, затоплення і підтоплення, забруднення та інших негативних процесів (факторів небезпеки); збереження і відновлення водно-болотних угідь, консервацію деградованих і малопродуктивних сільськогосподарських угідь. Землевласники і землекористувачі зобов'язані мати робочі проекти землеустрою і здійснювати на своїх земельних ділянках передбачені проектами заходи щодо: 1) оптимізації структури угідь та їх просторового розміщення; 2) чергування культур (сівозміни); 3) удобрення грунтів для збереження і підвищення їх родючості; 4) недопущення виникнення і розвитку ерозійних і зсувних процесів; 5) консервації малопродуктивних земель.

Приватизація земель сільськогосподарського призначення призвела до появи великої кількості землевласників і, як наслідок, дрібноконтурності земельних ділянок. В умовах дрібноконтурного землеволодіння унеможливлюються механізація робіт, раціональна організація території, впровадження сівозмін, здійснення протиерозійних заходів, ефективне управління родючістю грунтів. Зазначеним обумовлюється необхідність створення оптимальних за площею (2-3 тис. га) господарств, що дасть можливість впровадити систему ведення аграрного виробництва, за якої забезпечується усунення (мінімізація) екологічних ризиків.

Виникнення і розвиток екологічних ризиків та деградація земель (грунтів) свідчить про відсутність у досліджуваному регіоні ефективної системи управління земельними ресурсами і дієвого контролю за їх використанням, а також недостатню відповідальність органів державної влади і місцевого самоврядування щодо оптимізації землекористування відповідно до вимог екологічної безпеки та чинного земельного законодавства.

Сучасні підходи до використання земельних ресурсів не відповідають можливостям природно-ресурсного потенціалу агрогеосистем. За відсутності такої відповідності у них виникають конфліктні ситуації між сучасним використанням та природними особливостями [97, 14]. Для усунення (мінімізації) екологічних ризиків і забезпечення екологічної безпеки земельних ресурсів необхідно провести реконструкцію існуючих агрогеосистем за принципом «відновленого ландшафту» шляхом створення на їх території біоінженерних систем, які складаються із взаємопов'язаних, територіально адаптованих організаційних, агро-, лісомеліоративних і гідротехнічних заходів [177, 311, 327].

3.3 Екологічна безпека водних геосистем

Однією з найбільш важливих проблем природокористування є проблема екологічної безпеки водних геосистем. Економічний розвиток країни, добробут та здоров'я людей залежать від ефективності управління водними геосистемами та якістю води, особливо питної води. Україна належить до найменш забезпечених водними ресурсами європейських держав. Середньобагаторічний об'єм води у річках - 87,1 км³ (87.1 млрд. м³). На одного жителя в Україні на рік в середньому припадає всього 1,9 тис. м³ річкових вод. Прогнозні запаси прісних підземних вод складають 22,6 км³ на рік, експлуатаційні ресурси - 5,7 км³ (124 м³ на одного жителя). Найбільше підземних вод у басейнах Дніпра (61 %), Сіверського Донця (12 %) і Дністра (9 %) [310].

Екологічна безпека водних геосистем розглядається нами як система організаційних (управлінських), технологічних і нормативно-правових заходів, які забезпечують досягнення необхідного ступеня захищеності їх від негативного впливу природних і антропогенних факторів та виникнення небезпеки для здоров'я людей.

До основних ризиків, які обумовлюють необхідність забезпечення екологічної безпеки водних геосистем належать:

– виснаження водних ресурсів;

– забруднення поверхневих і підземних вод, дефіцит чистої питної води.

Враховуючи наявність зазначених ризиків, прийнято низку важливих міжнародних і вітчизняних документів, зокрема: «Декларація по сталому розвитку» (Йоганнесбург, 2002), «Протокол про воду та здоров'я» (Лондон, 1999), «Водна Рамкова Директива ЄС» (Директива № 2000/60 ЄС), Водний кодекс України (2000) та ін., якими передбачається здійснення заходів для попередження виснаження і забруднення природних вод та відновлення водних ресурсів.

До факторів виснаження водних ресурсів відносяться:

Фактор перший. Зміна кількості і режиму атмосферних опадів, підвищення температури повітря.

В регіоні Українських Карпат і прилеглих територій за період 1990-2011 роки 14 років кількість опадів за рік була значно меншою за норму (в середньому на 70 мм). Змінився режим опадів, що проявляється у випаданні значної кількості опадів (30-40 % річної норми) за короткий період (2-4 дні). Середньомісячна температура повітря за вказаний період зросла на 0,5-1,0 °С. Наслідком цього є збільшення випаровування води, зменшення її надходження у поверхневі водотоки.

Об'єми річкового стоку у меженні періоди у середні за водністю роки зменшились на 12-30 %, а у маловодні роки - на 40-60 %, у зв'язку з чим різко загострюються проблеми дефіциту води для водопостачання, здатності річкових вод до самоочищення і розбавлення скинутих зворотних вод, значне погіршення якості річкових вод [167, 179, 311, 444].

Фактор другий. Значний забір води з поверхневих і підземних джерел.

З поверхневих джерел у досліджуваному регіоні щорічно забирається понад __ млрд. м³ води, що складає __ % об'ємів річкового стоку у середній за водністю рік і 26 % - у маловодний рік.

З підземних джерел для потреб водопостачання використовується понад __ млрд.м³/рік, що складає __ % від затверджених експлуатаційних запасів підземних вод [310, 444].

Фактор третій. Зниження водоакумулюючої ємності території.

Зниження водоакумулюючої ємності ландшафтів на території України є наслідком порушення природного балансу компонентів у системі «ліс - поле - луки - водно-болотні угіддя - річки». Площа лісових геосистем зменшилась з __ млн. га у І тисячолітті нашої ери до __ млн. га (лісистість знизилась із 95 % до 36 %). Розораність досягла __ %, площа забудованих земель і під дорогами становить понад __ %.

Внаслідок такого екологічно необгрунтованого освоєння території утворилися значні площі угідь, на яких формується поверхневий стік - стокоформуючі території (сіножаті, пасовища, рілля, урбанізовані території, дороги). Вода, яка надійшла з атмосферними опадами у вигляді поверхневого стоку швидко стікає у водотоки, формуючи повені і паводки (у тому числі і катастрофічні). Водність річок у міжпаводкові (меженні) періоди різко знижується (див. рис. 2.10-2.12).

Взаємозв'язок лісів та водних ресурсів є проблемою в багатьох країнах світу і, зокрема, Європи. Це чітко наголошено на 5-й Міністерській конференції із захисту лісів в Європі (2007 р.) прийняттям спеціальної резолюції W2 «Ліси та вода» [458]. Прийняття цієї резолюції стало наслідком тривалої підготовчої роботи: в 1971 р. - прийнято Рамсарську конвенцію щодо спеціального управління перезволоженими територіями [459]; у 1990 р. в резолюції S4 Міністерської конференції з захисту лісів в Європі (далі - МСРFЕ) щодо адаптації управління лісами до нових умов довкілля відзначено потребу у відновленні лісів на верхній межі лісу та на приводороздільних територіях [460]; у 1998 р. в резолюції L2 МСРFЕ з критеріїв та індикаторів сталого управління лісами встановлено спеціальний критерій №5 з підтримання та належного забезпечення захисних функцій лісів, особливо щодо грунтів та води [461]; у 2002 р. на Світовому саміті зі сталого розвитку прийнято рішення щодо Інтегрованого (комплексного) управління водними ресурсами [462]; у 2003 р. в резолюції V1 МСРFЕ щодо посилення ефективності управління лісами вказано на потребу міжгалузевого співробітництва для забезпечення всебічної ефективності лісового господарства [463]; до 2006 р. підготовлено та прийнято конвенцію Організації Об'єднаних Націй щодо водних ресурсів [464-467].

Згідно регіональних нормативів оптимальної лісистості території України (Наказ Держкомлісгоспу України № 371 від 29.12.2008 р.), лісистість України повинна зрости з 15,1 % до 20,0 %. (на 4,9 %). В областях досліджуваного регіону показники оптимальної лісистості становлять: Закарпатська область - 55 №, Львівська - 30 %, Івано-Франківська - 48 %, Чернівецька - 33 %.

Сучасна лісова політика України спрямована на розширене відтворення лісів та стале їх управління. У першій статті Лісового кодексу України зазначено: «Ліси України є її національним багатством і за своїм призначенням та місцерозташуванням виконують переважно водоохоронні, захисні, санітарно-гігієнічні, оздоровчі, рекреаційні, естетичні, виховні, інші функції та є джерелом для задоволення потреб суспільства в лісових ресурсах». Тобто водоохоронні функції лісів стоять на першому місці. У цьому сенсі планування лісового господарства в межах ландшафтно-водозбірних басейнів гірських територій на сьогодні є домінуючим напрямком у світовій науці та практиці.

До причин зниження водоакумулюючої ємності території відноситься також ведення лісового господарства без належного врахування водорегулюючої і водоохороної функцій лісів. Внаслідок інтенсивного господарського освоєння зменшились площі корінних (природних) лісів. Розбалансована вікова структура деревостанів. Молодняки і середньовікові деревостани займають відповідно 31 і 45 %, пристигаючі - 13 %., стиглі і перестійні - 11 %. На значних площах ведуться суцільні рубки, а також рубки, пов'язані з веденням лісового господарства (відповідно, понад 25 тис. га і 600 тис. га в рік).

При проведенні лісогосподарських робіт та заготівлі деревини застосовуються трактори і наземне трелювання деревини, що призводить до ущільнення грунту і зменшення водопроникності лісових грунтів. Результатом цього є значне збільшення (у 10 разів) поверхневого схилового стоку, зменшення ґрунтового стоку і обміління річок у меженні періоди. Повноцінне відновлення стокорегулювання після суцільних рубок довготривале і у ялинових лісах наступає через 40 років, у букових - через 25-30 років [161, 266]. При щорічному проведенні рубок, ефект зниження водорегулюючої здатності лісів сумується, що призводить до суттєвого зниження водоакумулюючої ємності території.

Зменшення водоакумулюючої ємності території. спричинено також припиненням надходження і акумуляції води у заплавах внаслідок пониження дна русел гірських і передгірних річок при заборі піщано-гравійної суміші, осушення заплавних земель, а також спрямлення русел річок.

Стратегічними цілями забезпечення екологічної безпеки водних ресурсів є:

– збереження водних ресурсів;

– відновлення втрачених природних ландшафтів та їх складових компонентів.

Перша з цих проблем - «збереження» - потребує ефективної системи невиснажливого використання та охорони водних об'єктів від забруднення. З цією метою необхідно забезпечити їх екологічно допустиме використання, зменшити кількість скидів забруднюючих речовин у водні об'єкти. Найважливішу роль у процесі екологізації має дематеріалізація виробництва - зниження витрат води на одиницю продукції.

Розв'язання другої проблеми - «відновлення» - пов'язане з впровадженням принципів управління, які передбачають збереження і відновлення природних геосистем, у тому числі водних геосистем.

Внаслідок пріоритетного сільськогосподарського освоєння природних ландшафтів відбулися значні зміни у структурі біогеоценотичного покриву, знелісення і гомогенізація ландшафтів. Порушена цілісність і структурно-функціональна організація природних ландшафтів, які функціонували раніше як саморегульовані стійкі системи з характерними для них складними взаємозв'язками. З екологічних позицій такі зміни є небезпечними, оскільки тільки оптимальне поєднання природних і антропогенно модифікованих геосистем забезпечує біотичне і ландшафтне різноманіття, які є визначальними факторами стійкості і стабільності ландшафтів [39, 426].

Усунення ризиків виснаження і забруднення природних вод потребує зміни методології управління водними ресурсами. Існуючі в Україні та її регіонах моделі управління природними ресурсами (у тому числі і водними ресурсами) побудовані за галузевим принципом. Вони не враховують підпорядкованість і функціональну взаємозалежність між геосистемами (лісовими, лучними, водними, аграрними), які формують ресурсний потенціал території, що не забезпечує збалансованого використання і відновлення природних ресурсів. Це обумовлює необхідність переходу на функціональну систему інтегрованого управління водними та іншими природними ресурсами, побудованої на принципах «системність - безперервність - невиснажливе використання - збереження - відновлення - охорона».

Збереження і відновлення водних ресурсів забезпечується при досягненні наступних цільових показників:

– формування у межах річкових басейнів оптимального співвідношення геосистем (польових: лучних: лісових: водно-болотних): а) гірські райони - 8-12: 20-30: 70-90: 3-5; б) передгір'я - 30-40:25-35: 30-40: 5-10; в) рівнини - 40-50: 25-30: 20-30: 10-20;

– оптимальна вікова структура деревостанів в лісових геосистемах: молодняки - 30 %; середньовікові - 30 %; пристигаючі - 20 %; стиглі і перестійні - 20 %;

– зменшення використання води на 15-20 % за рахунок впровадження водозберігаючих технологій;

– розробка і впровадження до 2020 року схем (проектів) грунтоводоохоронної організації території сільських і селищних Рад, формування регіональних і місцевих екомереж.

3.4 Екологічна безпека лісових геосистем

Згідно із сучасною концепцією ландшафтно і екологічно дестабілізованого середовища в умовах зростання антропогенного впливу геосистеми характеризуються значними змінами їх структурної організації та міжсистемних взаємозв'язків, внаслідок чого виникають негативні осередкові процеси [113, с. 19] та екологічні ризики, найбільш небезпечними із яких є: значне зменшення площ природних геосистем, збіднення біотичного та ландшафтного різноманіття, а також пов'язане з цим руйнування природного механізму біотичної регуляції навколишнього середовища [319, с. 221].

Лісові геосистеми (особливо у гірських умовах) є компонентом, який забезпечує природну рівновагу внаслідок їх поліфункціональної ролі у навколишньому середовищі [83, 135, 136, 161, 272, 313, 383, 401, 406, 415, 428,], формують природний каркас екологічної безпеки території [333, с. 34].

В регіоні Українських Карпат і прилеглих територій внаслідок деструктивного антропогенного впливу на природні лісові геосистеми відбулась глибока перебудова їх структурно-функціональної організації, знизилась стійкість і стабільність. Лісові геосистеми, незважаючи на їх інтенсивне освоєння, формують близький до природного тип рослинного покриву, позитивно впливають на займані ними і суміжні території, підтримують киснево-вуглекислотний баланс в атмосферному повітрі. Враховуючи важливість екологічних функцій лісових геосистем у досліджуваному регіоні (водоохоронна, водорегулююча, захисна, кліматорегулююча, середовищетвірна та ін.), проблема їх екологічної безпеки є надзвичайно актуальною, особливо в контексті ролі лісових геосистем у стабілізації водних ресурсів, забезпеченні потреб у питній воді і регулюванні паводків.

Екологічна безпека лісових геосистем розглядається нами як такий їх стан, за якого не виникають негативні процеси і явища, не знижуються їх стійкість, стабільність та екологічний потенціал, забезпечуються сприятливі умови для життєдіяльності та здоров'я людей.

При цьому екологічний потенціал лісових геосистем - це сукупність речовинно-енергетичних ресурсів, що забезпечують їх структурно-функціональні параметри (енергетичні, водотрансформаційні, середовищетвірні) і корисні функції (ресурсні, продукційні, захисні, рекреаційні, естетичні), котрі може використовувати людина без негативних наслідків для лісових геосистем та навколишнього середовища [136, с. 15; 319, с. 222]. Екологічна безпека лісових геосистем є функцією факторів, які впливають на них: абіотичних (кліматичні, едафічні, геологічні, гідрологічні), біотичних (шкідники, хвороби) та антропогенних (лісогосподарські, урбаністичні, техногенні).

Природні лісові геосистеми функціонують як цілісні саморегульовані і самоорганізовані енергетичні системи з емерджентними властивостями, носієм організованості яких є жива (біотична) речовина [82, с. 71]. Біота не лише визначає динамічний стан геосистеми, але й механізми її розвитку. Лише в живій речовині та в органічних продуктах зафіксована вільна енергія, наявність якої дає змогу геосистемам (у тому числі і лісовим геосистемам) зберігати стійкість і стабільність, відновлюватися після руйнівних зовнішніх збурень, удосконалювати структуру і 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 основними (визначальними) факторами екологічної безпеки геосистем, у тому числі і лісових геосистем [326]. Порушення стійкості і руйнування природних лісових геосистем внаслідок дії природних абіотичних і біотичних факторів супроводжується їх наступним природним відновленням - відбувається сукцесійна зміна старовікових деревостанів молодим поколінням.

Негативна дія антропогенних чинників на лісові геосистеми в регіоні Українських Карпат і прилеглих територій суттєво проявилася на протязі останніх 300 років. Починаючи з ХVІ до середини ХVІІІ століття площа лісових геосистем зменшувалася для збільшення площі сільськогосподарських угідь (агрогеосистем), створення поселень, розвитку промисловості, транспортних комунікацій тощо [161, с. 27; 383, с. 165]. Порівняно з початковою (95 %), вкрита лісом площа в регіоні зменшилась до 36 %. Лісистість території у Закарпатській області знизилась до 48,2 %, Львівській - до 28,1 %, Івано-Франківській - до 42,1 %, Чернівецькій - до 29,1 % (табл. 3.3).

Екологічно необґрунтоване освоєння території призвело до значної фрагментації (руйнування цілісності) первинного (корінного) рослинного покриву, який формували лісові геосистеми. Фрагментація перешкоджає міграції та розселенню видів рослин і тварин, ізолюючи популяції одну від одної і зменшуючи цим самим їх гетерозиготність та можливості самовідновлення. Внаслідок фрагментації лісового покриву збільшилась залежність лісових геосистем від кліматичних факторів (температура повітря, кількість опадів, вітровий режим), у зв'язку з чим, їм важче підтримувати свій гомеостаз. Фрагментарний лісовий покрив зазнає більшої дії зовнішніх факторів внаслідок збільшення площі негативного оточення. Виникає «крайовий ефект», ознакою якого є найбільша загибель рослин і тварин по зовнішньому периметру лісового масиву.

Таблиця 3.3 - Характеристика лісових геосистем в регіоні Українських Карпат і прилеглих територій (станом на 01.01.2011 р.)

Фрагментація збільшується і внаслідок проведення суцільних рубок (при рубках головного користування та санітарних рубках), площа яких у досліджуваному регіоні щорічно складає понад 10 тис. га (табл. 3.4). Внаслідок цього рівень екологічної безпеки лісових геосистем знижується, тому що вони стають надзвичайно вразливими до дії природних і антропогенних чинників - вітровали, шкідники, хвороби [161]. Зменшення площі лісових геосистем негативно впливає на екологічну безпеку території внаслідок формування кат астрофічних паводків, активізації і розвитку ерозійних та зсувних процесів [135, 161, 319, 383]. Після суцільних рубок повноцінне відновлення регулювання поверхневого стоку в ялинових лісових геосистемах наступає через 40 років, у букових - через 25-30 років [161, с. 165].

Водночас і самі лісові геосистеми зазнали значної антропогенної трансформації. У ХІХ і першій половині ХХ століття внаслідок суцільних промислових рубок у досліджуваному регіоні були вирубані майже всі природні ліси, у яких переважали стиглі й перестійні деревостани і які ефективно виконували водоохоронні, водорегулюючі, протиерозійні та інші функції [406, с. 35].

Таблиця 3.4 - Використання лісових ресурсів в регіоні Українських Карпат і прилеглих територій

Природні ліси (праліси) з натуральною ценотичною структурою збереглися окремими масивами лише у біосферних і природних заповідниках (Карпатський, Горгани), національних природних парках (Карпатський, Ужанський, Синевир) на площі всього 60 тис. га [401, с. 173], із них у Закарпатській області - 38,67 тис. га [303, с. 21].

Екологічна безпека лісових геосистем залежить від відповідності їх породного складу кліматичним і грунтовим умовам (типу умов місцезростання, типу лісу). Всі сучасні лісові геосистеми (за винятком пралісів) є антропогенно зміненими і мають синдром ценотичної неповноцінності [424, с. 172], ознаками якого є заміщення довговікових едифікаторів верхніх ярусів (дуба, бука, ялини, ялиці, сосни) на коротковікові (граб, березу, осику) і заміна полідомінантних складних мішаних різновікових деревостанів монодомінантними, переважно одновіковими деревостанами із спрощеною ярусною структурою. На місці природних букових і ялицево-букових лісів на площі 185 тис. га створені похідні ялинові монокультури (табл. 3.5). Вони мають низьку стійкість та захисну здатність і тепер інтенсивно всихають [383, с. 166; 428, с. 133]. У зв'язку з цим, в антропогенно змінених лісових геосистемах втрачається біорізноманіття, вони мають значно менше біогоризонтів матеріально-енергетичної трансформації, чим пояснюється зниження їх стійкості, водорегулюючої, грунтозахисної та інших функцій [136, с. 32] і, як наслідок, зниження рівня їх екологічної безпеки.

Таблиця 3.6 - Лісовідновлення, лісорозведення та створення захисних насаджень в регіоні Українських Карпат і прилеглих територій, га 2011 р.

Розподіл лісових геосистем в регіоні Українських Карпат і прилеглих територій за головними лісоутворюючими породами (табл. 3.3; рис. 3.2) свідчить, що із 2055 тис. га вкритої лісом площі 45 % (925 тис. га) займають хвойні ліси (із них 600 тис. га - ялинові); 49 % (1007 тис. га) - твердолистяні, переважно букові ліси, і 6 % (123 тис. га) - деревостани із м'яколистяних порід (береза, осика).

У віковій структурі переважають молодняки і середньовікові деревостани, частка яких, в середньому, складає 70 %. Пристигаючих деревостанів - 14 %, стиглих і перестійних - 16 % (табл. 3.3, рис. 3.3). Збалансованим (оптимальним) співвідношенням між віковими групами вважається: молодняки - 30 %, середньовікові - 30 %, пристигаючі - 20 %, стиглі і перестійні - 20 %.

Переважання у сучасних лісових геосистемах молодняків і середньовікових деревостанів знижує їх екологічну безпеку внаслідок зниження їх екологічного потенціалу (продуктивності, грунтозахисних і водорегулюючих функцій), а зменшення площ стиглих і перестійних деревостанів (які переважали у первинному лісовому покриві) порушує рівномірність лісокористування і призводить до виснаження лісових ресурсів через необхідність вилучення деревини із середньовікових і пристигаючих деревостанів для задоволення потреб у деревині. Про це свідчать низькі середні запаси деревини у лісових геосистемах як в середньому по регіону (278 м³/га), так і в стиглих і перестійних деревостанах - в середньому 331 м³/га (табл. 3.3).

Високий екологічний потенціал і, як наслідок, екологічна безпека лісових геосистем забезпечується функціонуванням різновікових, корінних за породним складом деревостанів [173, с. 175; 406, с. 9; 424, с. 172; 428, с. 133]. Тому, для забезпечення і підвищення екологічної безпеки лісових геосистем необхідно формувати в межах певної території лісові геосистеми з різновіковими, близькими до корінних за породним складом деревостанами, відновити оптимальне співвідношення між віковими групами.

Екологічна безпека лісових геосистем пов'язана з необхідністю збереження і відновлення в них біотичного (видового і генетичного) різноманіття. Біотичне різноманіття забезпечує дублювання видів (функціональних аналогів), що підвищує стійкість лісових геосистем (закон фізико хімічної єдності живої речовини В. І. Вернадського) [346, с. 164]. Діяльність видів, що входять до складу лісових геосистем направлена на їх підтримання, як середовища свого існування (правило внутрішнього не протиріччя) [346, с. 385]. 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, порушується рівновага і стійкість лісових геосистем. Із зменшенням кількості видів «сітка життя», яку утворюють живі організми, стає «грубшою», а енергетичні потоки інтенсивнішими, внаслідок чого лісова геосистема може увійти у небезпечний коливальний стан, що загрожує їй руйнуванням.

Відповідно до закону еволюційно-екологічної незворотності [346, с. 166], в антропогенно змінених лісових геосистемах екологічно безпечне функціонування відновлюється дуже повільно і вони практично не можуть повернутися до первинного стану. Втрати складних за породним складом, ярусною будовою і віковою структурою природних лісових геосистем компенсувати неможливо. Тому до антропогенно змінених лісових геосистем потрібно підходити як до нового індивідуального утворення, на яке раніше з'ясовані закономірності слід переносити з урахуванням відповідних змін у геосистемі.

Для забезпечення екологічної безпеки антропогенно змінених лісових геосистем необхідна їх ренатуралізація і відновлення механізмів біотичної регуляції. Ренатуралізацію ми визначаємо як систему заходів, спрямованих на відновлення «природності» антропогенізованих лісових геосистем з метою підвищення екологічного потенціалу, стійкості, здатності до саморегуляції та самовідновлення і, як наслідок, їх екологічної безпеки.

Теоретичною основою процесу ренатуралізації є теорія біотичної регуляції [92]. Біотична регуляція - це природний механізм підтримання біотою в геосистемах екологічної рівноваги (квазістаціонарного стану), яка забезпечує стійкість і довготривале функціонування певної геосистеми. Прикладом механізму біотичної регуляції служать праліси (природні ліси), в яких протягом багатовікового функціонального процесу виробилися динамічні взаємозв'язки між блоками продуцентів, консументів, редуцентів і грунтом, що забезпечує природний механізм їх розвитку в часі і просторі. Завдяки його дії забезпечується екологічна безпека пралісів. Вони функціонують як стійкі геосистеми, здатні до саморегуляції і самовідновлення [401, с. 173].

У зв'язку з цим, система ведення лісового господарства повинна забезпечувати максимальне збереження існуючих корінних лісових геосистем і формування в антропогенно змінених лісових геосистемах близьких до природних лісостанів.

Таким вимогам відповідає наближене до природи лісівництво - система організації і ведення лісового господарства, за якої досягається безперервне відновлення і формування максимально подібних за структурою і розвитком лісостанів, близьких до потенційно природних [415, с. 139]. Визначальними принципами такої системи є: безперервне існування лісового покриву, відсутність суцільних рубок, вибіркові рубки (рубки переформування), збереження біотичного різноманіття, формування близьких до природних (корінних) за породним складом і структурою різновікових деревостанів, підвищення стійкості, водоохоронних, захисних та інших функцій лісів [255].

Серед відновних природних геосистем значних змін зазнали лісові геосистеми, які мають економічне й соціальне значення, виконують ґрунтозахисну, водорегулювальну та інші природоохоронні функції. Зміни в лісових геосистемах відбувалися у зменшенні вкритої лісом площі, заміні мішаних деревостанів монокультурами смереки, сосни звичайної, спрощення вікової й ценотичної структури, зниження стійкості, продуктивності та захисних властивостей, а отже, зниженні їх екологічного потенціалу [86а; 414а].

У регіон Українських Карпат і прилеглих територій, де лісові геосистеми є головним регулятором стоку в басейнах рік Дністер, Прут, Тиса, Західний Буг лісистість зменшилася з 90-95 % [Генсірук, Стойко] у доагрокультурний період до 30-45 % [86а], що негативно вплинуло на гідрологічний режим. Тут є понад 10 тис. га смерекових монокультур та інших похідних деревостанів, які порівняно з корінними лісовими геосистемами мають нижчу продуктивність і біологічну стійкість. Їх пошкоджують шкідники та хвороби; водорегулювальна й ґрунтозахисна функція таких лісових геосистем знижена [398а] внаслідок чого в них почастішали почастішали небезпечні фізико-географічні процеси.

Тому необхідною є ренатуралізація антропогенно змінених лісових геосистем (деревостанів) з метою наближення їх породного складу до природних лісових геосистем. Це є одним із головних заходів, відтворення екологічного балансу територій. Конструктивною основою вирішення цього завдання є наближене до природного лісівництво - система лісового господарства, яка здатна забезпечити збереження лісового середовища, невиснажливе використання і відновлення первинного екологічного потенціалу лісових геосистем та їхньої полі функціональної ролі і, як наслідок. екологічну безпеку лісових геосистем [255, 415, 336].

Комплекс диференційованих заходів для поліпшення складу і структури лісових геосистем (деревостанів) становить систему наближеного до природи лісівництва, яка є праобразом ведення лісового господарства за зразком природних лісів [255, 381а, 414б, 415].

Методологія наближеного до природи лісівництва передбачає передусім моделювання природних процесів, а відтак ужиття такої системи заходів, яка посилює стійкість деревостанів і їхню багатофункціональну роль за мінімально втручання в лісові геосистеми [415].

Система наближеного до природного лісівництва полягає у формуванні таких лісів, які за видовим складом порід, просторовою, ценотичною і віковою структурою близькі до природних лісів і пралісів, у яких протягом філоценогенезу виробилася здатність до саморегулювання, біологічного самозахисту, природного самовідновлення, що забезпечує в їхньому циклі розвитку нормальне функціонування та гомеостаз [415а].

Одним зі шляхів поліпшення структури лісових геосистем та оптимізації лісокористування є переформування смерекових монокультур та інших похідних лісів. Засадами наближеного до природного лісівництва необхідно керуватися також у разі реконструкції грабняків, березняків та інших вторинних деревостанів, які виникли на місці природних (корінних) лісових геосистем.

Система лісівництва за зразком природних лісових геосистем регламентує різнопланові заходи щодо природного поновлення, рубок догляду, головного користування і рубок переформування насаджень, збереження біотичного різноманіття, захисту лісів, проведення реконструкції трансформованих насаджень та оптимізації лісовирощування. Вона визначає для кожної вертикальної рослинної смуги та відповідних висотних місцевостей параметри цільових деревостанів (породна, вікова, вертикальна і горизонтальна структури), диференційовані заходи наближеного до природного лісівництва (сприяння природному поновленню, догляд за підростом, захист від шкідників і хвороб) та оптимізацію лісокористування (способи рубок).

Стратегія управління лісовими геосистемами повинна базуватися на басейново-ландшафтному принципі. Річкова система загалом є відображенням сучасних морфолітодинамічних процесів у всій макросистемі, якою є річковий басейн. Цілісність і динаміка річкової системи цілковито залежить від впливу чинників середовища - як природних так і антропогенних. Залежно від інтенсивності та масштабів такого впливу певною мірою змінюється її структура та головні характеристики функціонування. За інших рівних умов чим меншою є річка, тим більшою мірою її «життєдіяльність» залежить від характеру й інтенсивності процесів на водозборі [183, с. 10]. Басейново-ландшафтний принцип управління передбачає планування заходів з ведення лісового господарства по басейнах рік з урахуванням порядку водозборів, просторового розміщення і структурно-функціональної організації існуючих в межах річкового басейну лісових геосистем, а також урочищ і типів місцевостей [258].

Планування розвитку території і ведення лісового господарства у річковому басейні повинно базуватися на концепції зменшення фрагментарності лісового покриву шляхом зменшення суцільних рубок і збільшення площі лісових геосистем (лісів). Водозбори І порядку (водозбори водотоків, які не мають приток) і водозбори ІІ порядку повинні мати найбільшу лісистість.

Еколого-економічна доцільність збільшення площі лісів (за рахунок низькопродуктивних орних земель, сіножатей і пасовищ) обумовлена наступним:

– близько 90 % загального об'єму стоку рік Дністер, Прут, Тиса формується на території досліджуваного регіону; ліси забезпечують формування водних ресурсів високої якості і рівномірний розподіл стоку води в часі, підвищують водність річок у меженний період;

– продуктивність лісових геосистем і вартість продукції з них значно вищі, ніж з сільськогосподарських угідь; у разі залісення певної їх площі підвищиться ресурсний (у тому числі ресурси відновлювального біотичного палива) і економічний потенціал території;

– зменшиться імовірність (ризики) формування повеней і паводків, виникнення та розвитку ерозійних і зсувних процесів, руйнування берегів річок;

– збільшиться депонування з атмосферного повітря парникового газу (СО₂); у досліджуваному регіоні щорічно викидається понад 8 млн. тонн СО₂; для зв'язування цієї кількості СО₂ площу лісів необхідно збільшити на 1,0 млн. га.

Розділ 4. Конструктивно-географічні засади системи управління екологічною безпекою природних і антропогенно-модифікованих геосистем

4.1 Сутність управління екологічною безпекою геосистем

У зв'язку з руйнуванням природних геосистем, погіршенням стану навколишнього природного середовища, загроза благополуччю людини поглиблюється. За сучасних моделей споживання і виробництва природні ресурси продовжують використовуватись швидше, ніж вони можуть відновлюватись, потенційні можливості природного середовища протидіяти цим процесам знаходяться на грані вичерпання. Інтенсивне наднормативне використання природних ресурсів наближає суспільство до наростання протиріч між природними процесами та процесами соціально-економічного розвитку. Існуючі тенденції у взаємодії суспільства і природи можуть призвести до глобальної екологічної кризи.

Без переходу до моделей виробництва та споживання, які забезпечують невиснажливе використання природних ресурсів, екологічну безпеку природних та антропогенно модифікованих геосистем, неможливий подальший еколого-економічний розвиток. Наявність екологічних ризиків і необхідність забезпечення екологічної безпеки природних і антропогенно модифікованих геосистем обумовлює актуальність і важливість розроблення і впровадження системи управління їх екологічною безпекою.

Ідея керування суспільними процесами висловлена А. М. Ампером у 1834 р., а „наука про керування” (кібернетика) була сформована Н. Вінером у 1948 р. [83]. Негативні антропогенні зміни у природному середовищі, дисгармонія між темпами використання природних ресурсів і їх відновленням стали об'єктивною передумовою необхідності застосування методів науки про керування у сфері використання і відтворення природних ресурсів та екологічної безпеки геосистем і сформованого ними навколишнього середовища.

Існуючі системи управління природними ресурсами та екологічною безпекою геосистем в Україні та її регіонах характеризуються відомчою подрібненістю, структурною ускладненістю та функціонально-територіальною неузгодженістю її складових ланок. За таких умов необхідна розробка стратегії і принципів інтегрованого управління для забезпечення узгодженого розвитку господарської і природної підсистем у рамках цілісної системи „природа - суспільство”. Управління природними ресурсами та екологічною безпекою геосистем не може бути ефективним, якщо його здійснювати за галузевим принципом у межах окремих геосистем (лісових, водних, аграрних), а також без урахування функціональних взаємозв'язків і взаємозалежностей як між складовими компонентами геосистем, так і між геосистемами, а також їх екологічного потенціалу.

Поняття управління має декілька визначень:

– елемент, функція організованих систем різної природи, що забезпечує збереження їх певної структури, підтримку режиму діяльності, реалізацію програми і мети діяльності [362];