Учебное пособие по УР 2013

51

Исходя из этого меняются все организационные составляющие развития системы: ее цели, задачи, функции, информационные базы данных, структуры управляющих подсистем. Придется изначально проектировать экологически сбалансированные комплексы, изначально соизмерять производственные и природные потенциалы территории, изначально уравновешивать размещение материальных структур с возможностями потенциала самосохранения природных систем. А показатели прибыли, дохода, затрат станут критериями оптимизации следующего уровня. На рис. 2.7 представлены основные критерии оптимизации экономической, экологической и эколого-экономической систем.

Для традиционной экономической системы за основные критерии оптимизации можно принять максимизацию чистой прибыли при минимизации суммарного техногенного потока загрязнений. Для природного блока основным критерием оптимизации может служить стабильная продуктивность при максимальной устойчивости экосистем к техногенным воздействиям. Главными критерием оптимизации в эколого-экономической системе становится минимизация природоемкости производства и достижение нормативного соотношения между природным и производственным потенциалом территории: природоем-

кость производства не должна превышать экологической техноемкости территории.

Коэффициент соизмерения К, выполняет функцию согласительного буфера между количественными лимитами в подсистемах ЭЭС. Но следует еще раз подчеркнуть, что такие критерии оптимизации, как природоемкость производства, экологическая техноемкость территории, коэффициент соизмерения, смогут быть задействованы в практике управления только в случае смены самого объекта управления при переходе от экономической системы к экологоэкономической системе.

Понятие эколого-экономической системы широко используется в современной экономической и экологической литературе наряду с близкими по смыслу понятиями «природно-экономическая система», «природно-техничес- кая система» или «биоэкономическая система». В любом случае все эти определения предполагают интеграцию экономики и природы, взаимосвязанное и взаимообусловленное функционирование общественного производства внутри конкретных природных комплексов. Чаще всего ЭЭС трактуется как экологически ориентированная социально-экономическая формация, целью которой провозглашается устойчивое развитие. Именно в этом смысле на закрытии Конференции в Рио (1992) М. Стронг говорил о необходимости перехода человечества от экономической системы к эколого-экономической системе. Идея согласования экономических и экологических потенциалов территории может быть реализована только в конкретных природно-хозяйственных комплексах. При этом следует хорошо понимать, что двух одинаковых территориальных комплексов быть не может: всякий раз – это неповторимая совокупность природных особенностей территории и своя неповторимая совокупность производственных объектов.

Для отдельного региона или промышленного комплекса ЭЭС – это огра-

ниченная определенной территорией часть техносферы, в которой природ-

52

ные, социальные и производственные структуры и процессы связаны взаимоподдерживающими потоками вещества, энергии и информации. Реальные ЭЭС никто никогда специально не создавал. Они возникали сами собой в тех случаях, когда хозяйственная активность человека в какой-то территории базировалась на использовании местных возобновимых природных ресурсах, но не превышала их способности к регенерации. Примерами экологически сбалансированного развития могли бы служить территории таких монастырей, как Валаамский, Афонский, Оптинский. Эколого-экономический баланс возможен в слабо технизированных агроценозах. Однако индустриальное развитие никогда не ставило своей целью создание сбалансированных ЭЭС, а современные механизмы экологической регламентации хозяйственной деятельности сами по себе не в состоянии обеспечить практическую реализацию требований сбалансированности. Но это не означает, что такие системы невозможны.

Рис. 2.8. Схема основных материально-энергетических потоков в экологоэкономической системе

Итак, ЭЭС представляет собой сочетание совместно функционирующих экологической и экономической систем, обладающее эмерджентными свой-

ствами. Напомним, что экосистема – это сообщество различных живых орга-

53

низмов, так взаимодействующих между собой и со средой обитания, что поток энергии создает устойчивую структуру и круговорот веществ между живой и неживой частями системы. В свою очередь, экономическая система является организованной совокупностью производительных сил, которая преобразует входные материально-энергетические потоки природных и производственных ресурсов в выходные потоки предметов потребления и отходов про-

изводства. Таким образом, часть материальных элементов экологической системы, в том числе и элементов среды обитания человека, используется как ресурс экономической системы.

На рис. 2.8 приводится упрощенная потоковая схема территориальной ЭЭС. В ней экономическая и экологическая системы выступают как части целого и обозначаются как подсистемы. Граница между ними условна, так как вся сфера биологического жизнеобеспечения и воспроизводства людей относится к обеим подсистемам.

Общий вход производства – сумма производственных материальных ресурсов R P слагается из импортируемых в данную систему ресурсов R i (к ним

отнесены и невозобновимые местные ресурсы) и из возобновимых местных ресурсов Rn , причем к последним относится часть биопродукции экологической

подсистемы, включая продукцию агроценозов и самого человека, как ресурса и как субъекта производства и потребления. Итак

R P Ri Rn .

Потребление С слагается из части местной продукции PC , идущей на потребление (поток продукции, возвращающийся в цикл вторичной продукции, на

схеме не показан); а также из части местных биоресурсов Cn			и импортируемых
продуктов Ci :
C PC	Cn	Ci .
Местные ресурсы производства и потребления в сумме образуют поток
изъятия ресурсов из экологической подсистемы:
Un	R n	Cn .
Эффективность производства определяется отношением			P	,
				R P
где P Pi PC , а отходность производства – отношением
R P P R P		WP R P .

Отходы производства WP и потребления WC поступают в окружающую. среду как сумма отходов экономической подсистемы:

W WP WC .

Часть из них – Wa , включается в биогеохимический круговорот экологической подсистемы, а другая часть – WZ накапливается и рассеивается с ча-

54

стичным выносом за пределы системы. Часть отходов потока Wa , подвергается

ассимиляции и биотической нейтрализации в процессе деструкции; другая часть после биологической и геохимической миграции присоединяется к фракциям WZ , и вместе с ними подвергается иммобилизации, рассеянию и выносу.

Таким образом, часть отходов выступает как техногенные загрязнения, общий результат которых зависит от агрессивности или вредности отходов для системы. В свою очередь вред, наносимый загрязнением, можно представить как косвенное изъятие части ресурсов экологической подсистемы, например загрязнение водоема можно представить как потерю природного ресурса для реализации каких-либо целей. Поэтому общий убыток экологической подсистемы, обусловленный ее взаимодействием с экономической подсистемой, складывается из суммы ущербов от загрязнения среды и изъятия ресурсов среды.

Соотношение между промежуточными и конечными потоками загрязнений и их совокупный вредный эффект зависят не только от их массы и химического состава, но и от видового состава, биомассы, плотности реципиентов, продуктивности и устойчивости экосистемы, в частности, по отношению к техногенным воздействиям. Эти качества в наибольшей мере зависят от входного потока обновления биогеохимического круговорота I i , его продуктивной ем-

кости NP и масштаба деструкции D.

Круговороты обеих подсистем ЭЭС образуют вместе своего рода техно-

биогеохимический круговорот, а всю ЭЭС можно обозначить как технобиогео-

ценоз. Потокам вещества в ЭЭС могут быть приписаны константы равновесия и скорости, что позволяет осуществить кинетический анализ системы и выявить условия ее уравновешивания и стабильности. В сбалансированной эколого-

экономической системе совокупная антропогенная нагрузка не должна превышать самовосстановительного потенциала природных систем.

55

РАЗДЕЛ 3. СИСТЕМНЫЙ КРИЗИС ЭКОСФЕРЫ

3.1. Экологический кризис

Во второй половине ХХ века дискуссии по проблеме экологического кризиса вышли за рамки научного сообщества — тревога за судьбу биосферы охватила широкие массы населения, вызвала к жизни «зеленые» общественные движения и политические партии; она затронула государственные структуры, в результате чего были созданы правительственные природоохранные организации, обусловила формирование рынка природоохранных технологий (только в США объем производства для этих целей составил в 1995 г. около 2,5% валового национального продукта). Хотя и сейчас не все еще признают, что человечество живет в условиях экологического кризиса, но реакция населения, общественных организаций, государственных структур и свободного рынка на экологическую угрозу однозначна — она направлена на преодоление такого кризиса. Природоохранная структура стала планетарным явлением. Вопрос, однако, в том, достаточна ли эта реакция.

Экологический кризис имеет глобальный характер — он разворачивается на всем земном шаре и охватил все среды и всю биосферу. Это подтверждено многочисленными данными наблюдений, которые однозначно указывают на однонаправленные изменения концентрации основных биогенов (элементов, необходимых для поддержания жизни) в атмосфере (рис. 3.1), поверхностных водах, почве, на быстрое сокращение биоразнообразия, разрушение на огромных площадях экосистем и скоррелированных сообществ организмов. Исследования ледниковых кернов из глубоких скважин в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии показывают, что таких темпов изменений концентраций биогенов в атмосфере не наблюдалось по крайней мере 160 тыс. лет. Этот период (160 тыс. лет) включает оледенение и два межледниковья — предшествующее и последующее, т. е. современный голоцен (рис. 3.2).

Циклов «оледенение — межледниковье» с аналогичными колебаниями концентрации СО2 в атмосфере за последний миллион лет было несколько, однако темпов изменения концентрации биогенов в атмосфере, подобных современным, не было. Эти темпы по крайней мере на два, а если рассматривать последние 50 лет, то на три порядка выше тех, что происходили в прошлые геологические эпохи, и, безусловно, имеют антропогенное происхождение. Анализ соотношения изотопов углерода С14 и С13 показал, что рост концентрации углекислого газа в атмосфере за последние несколько десятилетий связан с сжиганием ископаемого топлива. При этом огромная масса углерода — 180 Гт — была выброшена в атмосферу в результате различных форм землепользования со времени его становления как планетарного явления до 1980 г., тогда как индустриальные выбросы со времен промышленной революции по 1980 г. составили только 160 Гт углерода. Таким образом, вклад землепользования в изменение концентрации СО2 в атмосфере превышает 50% .

56

Рис. 3.1. Динамика концентрации в атмосфере (А) – СО2 в частях на миллион; (Б)

– метана в частях на миллиард; (В) – двуокиси азота в в частях на миллиард.

На рис.3.1.В показано изменение концентрации в атмосфере диоксида азота, которое особенно активно началось во второй половине ХХ века. Оно имеет чисто антропогенное происхождение, что обосновывается его хорошей

57

согласованностью с изменением отношения антропогенной фиксации азота к суммарной (антропогенной плюс естественной). Антропогенная фиксация азота постоянно растет, а естественная остается устойчивой и составляет (115÷130) 106 т, из которых 106 т связываются в почве за счет молниевых разрядов, а остальное — наземными и морскими экосистемами (рис. 3.3). Из рисунка видно, что антропогенная фиксация азота уже превысила естественную.

Рис. 3.2. Изменение концентрации парниковых газов и глобальной температуры за последние 160 тыс. лет

Развивая сельскохозяйственные технологии, распространяя их, начиная с эпохи Великих географических открытий, на все континенты, человек разрушает краткосрочный резервуар биогенов — биоту (совокупность всех организмов), которая поддерживала свою массу в узких пределах естественных колебаний. В первую очередь уничтожаются леса. Биомасса агроценозов, создаваемых на месте леса, никогда не достигает биомассы леса, и продуктивность агроценозов уступает продуктивности естественных экосистем. По оценкам спе-

58

циалистов, за счет замены естественных экосистем агроценозами теряется 11,7% чистой первичной продукции, а всего в разрушенных экосистемах, где доминирует человек, теряется почти 27% чистой первичной продукции.

Рис. 3.3. Естественный (сплошная линия) и антропогенный (штриховая линия) оборот азота в ХХ веке.

Сельскохозяйственные технологии ведут также к разрушению среднесрочного резервуара биогенов — почвы. Значительные объемы почвы смываются, в результате опустынивания теряется почти 3% чистой первичной продукции, но особенно существенно страдают почвенные организмы, которые гибнут в результате эрозии, уплотнения почвы сельскохозяйственной техникой, распашки, внесения пестицидов и применения минеральных удобрений (в одном кубическом сантиметре ненарушенной почвы содержится (1÷10) 106 микроорганизмов и гифов грибов). Так, внесение азота в почву в дозах 3 г/м2 в год и более при неизменной дозе других удобрений снижало численность видов на

20-50%.

Рис. 3.4. Сокращение числа видов крупных животных на трех континентах и на двух островах по мере развития сельского хозяйства и индустрии.

Замыкая на себя поток энергии в биосфере в виде примерно 40% глобальной чистой первичной продукции, человек лишает пищи огромное число орга-

59

низмов — составных элементов естественных сообществ и экосистем. Из этих 40% непосредственное потребление в антропогенном канале не превышает 10%, а остальная часть идет на питание популяций организмов, не входящих в сообщества естественных экосистем, а сопровождающих человека — крыс, тараканов, ворон, сорняков и пока плохо изученных болезнетворных микроорганизмов (микробов, грибков, вирусов).

Хозяйственная деятельность человека, кроме изъятия пищи, ведет к сокращению площади местообитания организмов, а также к фрагментации местообитаний, резкому увеличению площади маргинальных (промежуточных между разрушенными и не разрушенными) экосистем. Это служит мощным фактором сокращения популяций организмов и биоразнообразия естественных экосистем (рис. 3.4). Данные о разрушении экосистем представлены в табл. 3.1.

Человек начал разрушение экосистем со времен неолитической революции. Глобальных масштабов эта деятельность достигла только в XVII веке и к началу XX века экосистемы были разрушены на 20% суши. Сильнейший удар по экосистемам нанесен в ХХ веке, к концу которого экосистемы оказались полностью нарушенными на 63,8% территории суши без учета оледенелых и оголенных участков (табл. 3.1). При этом основные разрушения пришлись на вторую половину ХХ века.

Таблица 3.1.

Нарушение экосистем суши в результате деятельности человека

	Площадь суши без	Доля нена-	Доля частично	Доля полно-	Индекс место-
	оледенелых и ого-	рушенной	нарушенной тер-	стью нарушен-	битания
	ленных участков су-	территории,	ритории, %	ной террито-
	ши , км2	%		рии, %
	134904471	27,0	36,7	36,2	0,362

Индекс местообитания = (ненарушення территория+0,25 × частично нарушенная территория)/(площадь суши). Здесь 0,25 – коээфициент, характеризующий долю сохранившихся экосистем на частично нарушенной территории. Индекс местообитания (0,362 или 36,2% это доля сохранившихся естественных экосистем, следовательно, доля нарушенных — 0,б38,

или б3,8%.

Без сомнения, разрушение и деформация естественных экосистем в результате хозяйственной деятельности человека — важнейший и наиболее существенный признак глобального экологического кризиса. Сбалансированный круговорот биогенов в окружающей среде оказался нарушенным, изменились концентрации биогенов во всех средах, что особенно хорошо выявлено на примере круговорота углерода. Кроме воздушной среды, куда было выброшено огромное количество углерода, существенные изменения произошли и в водной среде. При поступлении в атмосферу углекислого газа за счет разрушения органики происходит также выброс растворимых и газообразных соединений азота и растворимых соединений фосфора.

60

Растворимые соединения попадают в водоемы и способствуют их эвтрофикации. Таким образом, возникающие изменения и деформации водных экосистем, ухудшение качества воды происходят в первую очередь в результате хозяйственной активности человека в пределах водосборов. На рисунке 3.5 показано изменение концентрации азота в устье реки Миссисипи в результате экологических нарушений в пределах ее водосбора.

Рис. 3.5. Изменение концентрации соединений азота в устье реки Миссисипи с начала ХХ века.

Разрушение экосистем суши, в особенности лесных экосистем, вызвало изменения интенсивности влагооборота на суше, который на 70% контролируется растительностью, в первую очередь, лесной. Ее уничтожение снижает мощность транспирации, которая, по имеющимся оценкам, составляет в настоящее время 3 103 ТВт (1 ТВт = 1012 Вт), что выше ветровой мощности и равняется мощности переноса тепла с экватора к полюсам. За период с начала сельскохозяйственной революции человек уничтожил, по разным оценкам, от 30 до 50% лесов. За время промышленной революции было сведено еще 9% лесов земного шара, причем в основном тропических: в Латинской Америке и тропической Африке за этот период леса были уничтожены на 30% занимаемой ими территории.

Произошедшее в результат вырубки лесов снижение круговорота воды способствовало расширению пустынь, росту засушливости и числа засух на территориях различной степени аридности (которые занимают в мире 41% суши). На 70% этой площади замечаются те или иные признаки опустынивания. 63% Африканского континента стали суше в 1931-1990 гг. За этот период площадь сухих и гиперсухих территорий выросла на 54 млн. га, а влажной зоны сократилась на 26 млн. га. Таким образом, грандиозное вмешательство в природные процессы в результате разрушения на огромных пространствах есте-