Отклик, или реакция экосистемы - это изменение ее экологического состояния в ответ на внешние воздействия. Оценивать реакцию системы лучше всего по интегральным показателям ее состояния, в качестве которых могут использоваться различные индексы и другие функциональные характеристики. Рассмотрим некоторые из них:
1. Одним из наиболее распространенных откликов водных экосистем на антропогенные воздействия является эвтрофирование. Следовательно, слежение за изменением показателей, интегрально отражающих степень эвтрофированности водоема, например рН100%, - важнейший элемент экологического мониторинга.
2. Откликом на выпадение «кислотных дождей» и другие антропогенные воздействия может быть изменение структуры биоценозов наземных и водных экосистем. Для оценки такой реакции широко используют различные индексы видового разнообразия, отражающие тот факт, что при любых неблагоприятных условиях разнообразие видов в биоценозе уменьшается, а численность устойчивых видов возрастает.
Десятки таких индексов предложены разными авторами. Наибольшее применение нашли индексы, основанные на теории информации, например, индекс Шеннона:
где N - общее число особей; S- число видов; Ni - число особей i-го вида.
На практике имеют дело не с численностью вида во всей популяции (в пробе), а с численностью вида в пробе; заменяя Ni/N на ni/n, получим:
Максимальное разнообразие наблюдается, когда численности всех видов равны, а минимальное - когда все виды, кроме одного, представлены одним экземпляром. Индексы разнообразия (d) отражают структуру сообщества, слабо зависят от величины пробы и безразмерны.
Ю. Л. Вилмом (1970) были подсчитаны индексы разнообразия Шеннона (d) на 22 незагрязненных и 21 загрязненном участках разных рек США. На незагрязненных участках индекс колебался от 2,6 до 4,6, а на загрязненных - от 0,4 до 1,6.
Оценка состояния экосистем по видовому разнообразию применима к любым видам воздействий и любым экосистемам.
3. Реакция системы может проявляться в снижении ее устойчивости к антропогенным стрессам. В качестве универсального интегрального критерия для оценки устойчивости экосистем В. Д. Федоровым (1975) была предложена функция, названная мерой гомеостаза и равная отношению функциональных показателей (например, рН100% или скорости фотосинтеза) к структурным (индексам разнообразия).
Особенностью экологического мониторинга является то, что эффекты воздействий, малозаметные при изучении отдельного организма или вида, выявляются при рассмотрении системы в целом.
5. Прогноз и оценка прогнозируемого состояния
Прогноз и оценка прогнозируемого состояния экосистем и биосферы опираются на результаты мониторинга окружающей природной среды в прошлом и настоящем, изучение информационных рядов наблюдений и анализ тенденций изменений.
На начальном этапе необходимо прогнозировать изменение интенсивности источников воздействий и загрязнений, осуществлять прогноз степени их влияния: прогнозировать, например, количество загрязняющих веществ в различных средах, их распределение в пространстве, изменения их свойств и концентраций во времени. Для составления таких прогнозов необходимы данные о планах деятельности человека.
Следующий этап - прогноз возможных изменений в биосфере под воздействием имеющихся загрязнений и других факторов, так как уже возникшие изменения (особенно генетические) могут действовать еще много лет. Анализ прогнозируемого состояния позволяет выбирать приоритетные природоохранные мероприятия и вносить коррективы в хозяйственную деятельность на региональном уровне.
Прогнозирование состояния экосистем - необходимое звено в управлении качеством природной среды.
В оценке экологического состояния биосферы в глобальном масштабепо интегральным признакам (осредненным в пространстве и времени) исключительную роль играют дистанционные методы наблюдений. Лидируют среди них методы, основанные на использовании космических средств. Для этих целей создаются специальные спутниковые системы («Метеор» в России, «Лендсат» в США и др.). Особенно эффективны синхронные трехуровневые наблюдения с помощью спутниковых систем, самолетов и наземных служб. Они позволяют получать информацию о состоянии лесов, сельскохозяйственных угодий, фитопланктоне моря, эрозии почв, урбанизированных территориях, перераспределении водных ресурсов, загрязнении атмосферы и т. д. Наблюдается, например, корреляция между спектральной яркостью поверхности планеты и содержанием гумуса в почвах и их засоленностью.
Космическая съемка предоставляет широкие возможности для геоботанического районирования; позволяет судить о росте населения по площадям поселений; потреблении энергии по яркости ночных огней; четко идентифицировать слои пыли и аномалии температуры, связанные с радиоактивным распадом; фиксировать повышенные концентрации хлорофилла в водоемах; обнаруживать очаги лесных пожаров и многое другое.
В России с конца 60-х гг. действует единая Общегосударственная система наблюдений и контроля за загрязнением окружающей среды. В ее основе лежит принцип комплексности наблюдений природных сред по гидрометеорологическим, физико-химическим, биохимическим и биологическим параметрам. Наблюдения построены по иерархическому принципу.
Первой ступенью являются локальные пункты наблюдений, обслуживающие город, район и состоящие из контрольно-замерных станций и вычислительного центра сбора и обработки информации (ЦСИ). Затем данные поступают на второй уровень - региональный (территориальный), откуда информация передается местным заинтересованным организациям. Третьим уровнем является Главный центр данных, в котором собирается и обобщается информация в масштабах страны. Для этого сейчас широко используют ПЭВМ и создают цифровые растровые карты.
В настоящее время создается Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), назначение которой - выдача объективной комплексной информации о состоянии окружающей природной среды. ЕГСЭМ включает мониторинги: источников антропогенного воздействия на окружающую среду; загрязнения абиотической компоненты окружающей природной среды; биотической компоненты природной среды.
В рамках ЕГСЭМ предусмотрено создание экологических информационных служб. Мониторинг ведет Государственная служба наблюдений (ГСН).
Наблюдения за атмосферным воздухом в 1996 г. проводились в 284 городах на 664 постах. Сеть наблюдений за загрязнением поверхностных вод РФ на 1 января 1996 г. состояла из 1928 пунктов, 2617 створов, 2958 вертикалей, 3407 горизонтов, расположенных на 1363 водных объектах (1979 г. - 1200 водных объектов); из них - 1204 водотока и 159 водоемов. В рамках Государственного мониторинга геологической среды (ГМГС) наблюдательная сеть составила 15000 пунктов наблюдения за подземными водами, 700 участков наблюдений за опасными экзогенными процессами, 5 полигонов и 30 скважин для изучения предвестников землетрясений.
Среди всех блоков ЕГСЭМ наиболее сложным и наименее разработанным не только в России, но и в мире является мониторинг биотической составляющей. Не существует единой методологии использования живых объектов ни для оценки, ни для регулирования качества окружающей среды. Следовательно, первоочередная задача - определение биотических показателей для каждого из блоков мониторинга на федеральном и территориальном уровнях дифференцированно для наземных, водных и почвенных экосистем.
Для управления качеством окружающей природной среды важно не только владеть информацией о ее состоянии, но и определять ущербы от антропогенных воздействий, экономическую эффективность, природоохранных мероприятий, владеть экономическими механизмами охраны окружающей природной среды.
