Введение к работе
Актуальность работы. Степное Пріднепровье является старопромншленным регионом, территория которого в настоящее время практически полностью преобразована в индустриально-сельскохозяйственный ландшафт. Более или менее естественные биогеоценозы, приуроченные, главным образом, к поймам рек, оврагам и балкам, сохранились лишь на 0,5$ площади Приднепровского региона на территориях различных категорий запо-веданности. Серьезные экологические проблемы региона, резко обострившиеся в пооледняе десятилетия, привели к необходимости интенсификации фундаментальных и прикладных исследований в области охраны окружающей среды и рационального использования -природных ресурсов.
Биологический аспект исследований состоит в: I) разработке теории и методов исследования состояния и изменений в пространственно-распределенных биологических системах разного уровня организации на фоне конкретных географичеоких условий; 2) проведения экспериментальных исследований по определению отклика биотической составляющей природных экосистем на антропогенное воздействие; 3) определении приоритетных факторов и эффектов этого воздействия; 4) выявлении функциональных зависимостей между ними; 5) изучении устойчивости и нормировании техногенных нагрузок на природные экосистемы.
Оценка качества окружающей природной среды необыкновенно сложна, а существующая сегодня неопределенность критериев качества значительно усугубляет проблему. Что касается степных зон, где естественные степи целиком распаханы, то вопросы выбора показателей оценки состояния биогеоцено- зов для научно обоснованного экологического нормирования, прогноза, оздоровления и стабилизации экологической обстановки стоят чрезвычайно остро.
Решению задач разработки методологии комплексной оценки состояния природных экосистем и ее практического применения с целью оптимизации природопользования в зоне степей Юго-Востока Украины в условиях мощного антропогенного воздействия и посвящена данная работа.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы являлась разработка и научное обоснование системы комплексной оценки состояния биогеоценозов техногенных территорий степных зон и проедание на ее оонове практических исследований для ооушеотвления контроля и прогнозов изменений в природных экосистемах, для функционирования биоэкологического блока региональной системы экологичеокого мониторинга "Приднепровье", для регулирования уровня антропогенной нагрузки на окружающую ореду, для разработки рациональных охем природопользования.
В соответствии с целью исследований нами предусматривалось решение следующих задач:
I). Разработать теоретические основы системы комплексной оценки состояния биогеоценозов степнцх зон в условиях полностью видоизмененных человеком ландшафтов.
2). Изучить характер и уровень загрязнения наземных экосистем региона, определить приоритетные загрязнители.
3). Согласно разработанной методологии провести натур-1 ные исследования и дать оценку состояния природных популяций по комплексу генетических, физиолого-биохимических, экологических и биогеохимических показателей. С помощью корреляционного анализа выявить факторы, вызывающие сдвиги в соотоянии наземных- экосистем в наибольшей степени.
4). Используя методы математического моделирования выявить региональные особенности биогеохимических циклов элементов-загрязнителей и закономерности их взаимодействия между ообой в растениях и почвах.
5). Установить функциональные зависимости отклика биотической составляющей наземных экосистем на загрязнение окружающей среды, ориентированные на получение прогноза изменений состояния биогеоценозов при различных сценариях развития народно-хозяйственного комплекса в региональных эко-лого-экономических моделях.
Научная новизна работы. В результате теоретических и .практических исследований разработана методология оценки состояния наземных экосистем техногенных территорий степных зон Юго-Востока.Украины, включающая критерии выбора мест и объектов в исследованиях такой направленности, требования
- б -
к показателям качества окружающей природной ореды. Впервые предложена комплексная система биоэкологических показателей, характеризующая ооотояние наземных экосистем на генетическом, физиолого-биохимическом, морфологическом, экологическом, биогеохимичеоком уровнях, базирующаяся как на наиболее объективных, так и на наиболее доступных о точки зрения затрат труда и материальных средств методах получения данных.
Впервые дана простая схема перехода от многокритериальной оценки к- однокритериальной путем введения интегрального (приведенного) биологичеокого показателя (ИБП), учитывающего всю совокупность разнообразных данных.
Для количественной характеристики опектра и уровня яа-|грязнения окружающей природной среды впервые введены следующие коэффициенты: коэффициент загрязнения для отдельного элемента; коэффициент недостаточности для отдельного элемента; интегральный коэффициент загрязнения для ряда элементов; интегральный коэффициент недостаточности для ряда элементов; коэффициент дисбаланса элементов.
На основании вышеуказанных интегральных показателей разработаны принципы ранжирования территории по степени напряженности экологической ситуации.
Впервые в зоне наотоящих степей юго-восточной Украины проведены комплексные натурные исследования оостояния наземных экосистем на 46 тест-полигонах, в результате которых впервые дана количественная оценка спонтанного и индуциро-. ванного мутагенами окружающей среды уровня мутирования, определяемого процентом аберраций хромооом в меристемах растений; показано изменение продукционных процеосов в зависимости от градиентов антропогенного воздействия; изучена активность почвенных ферментов и количественный соотав микре-т педофауны.
Исследованы характер и степень загрязнения наземных экосистем городов и сельских районов Приднепровского региона 17 элементами, выявлены приоритетные' загрязнители. Предложена шкала и проведено ранжирование территории по величине интегрального показателя экологической напряженности.
В результате математической обработки всего массива полученных данных установлены взаимосвязи и взаимозамен- ,
мости между элементами-загрязнителями окружающей ореды, а также функциональные зависимости между оопряженннми признаками, которые легли в основу биоэкологического модуля разрабатываемой $ Институте проблем природопользования и экологии Национальной Академии Наук Украины эколого-экономи-чеокой модели региона.
Практическое значение -работы. Материалы диссертации являются основой для разработки принципиально новых, научно обоснованных практических рекомендаций для целей экологического нормирования и оптимизации регионального природопользования.
Разработанная автором методология комплексной оценки состояния природных экосистем является базовой в биоэкологическом блоке функционирующей в регионе региональной ои-отемы экологического мониторинга "Приднепровье".
Основные выводы и количественные характеристики использованы Днепропетровским управлением по экологии при горисполкоме для выделения зон особого экологического кон-' троля, составления экологического паспорта города Днепропетровска.
Функциональные зависимости отклика биотической составляющей наземных экосиотем на антропогенное воздействие вошли необходимой составной частью в биоэкологический модуль разрабатываемой в Институте проблем природопользования и экологии НАН Украины эколого-экономической модели региона.
Результаты исследований, постоянно используются в экологическом образовании и входят в курен лекций, читаемых в Днепропетровском государственном университете, Днепропетровской медицинской академии и других вузах города.
Основные положения, вынооимые на защиту. На основании выполненных научных исследований, обобщения собственных и литературных данных на защиту выносятся следующие положения:
I). Методология комплексной оценки состояния и загрязнения наземных экосистем, находящихся в степных зонах в условиях интенсивного антропогенного воздействия.
2). Количественная биоэкологическая оценка состояния наземных экосистем и характеристика спектра и уровня их
загрязнения.
3). Совокупность полученных автором эмпирических закономерностей отклика биотической составляющей наземных экосистем в зависимости от характера и степени антропогенного воздействия.
Аігообадия работы. Материалы диссертации обоуждалиоь на УШ съезде Всесоюзного ботанического общества по актуальным вопросам ботаники в СССР (Алма-Ата, 1988), Республиканской научной конференции "Рациональное использование, охрана, воспроизводство биологических ресурсов и экологическое воспитание" (Запорожье, 1988), Республиканской научно-техни-чеокой конференции "Агроэкологическая обстановка на сельскохозяйственных угодьях Украинской ССР и пути снижения их загрязнения токсическими веществами" (Черкассы, 1989), Республиканской научно-техничеокой конференции "Малоотходные технологические процессы и сокращение промышленных выбросов в металлургической промышленности" (Запорожье, 1989), Республиканской научно-технической конференции по проблемам и опыту охраны окружающей среди (Киев, 1990), Всесоюзной конференции по экологическим проблемам охраны живой природы (Москва, 1990), Всесоюзной научной конференции "Растения и промышленная среда" (Днепропетровск, 1990), Всесоюзной конференции по проблемам устойчивости биологических систем ' (Севастополь, 1990), научной конференции по проблемам эко-информатики (Москва, 1992), научно-практической конференции' "Фтор. Проблемы экологии, биологии, медицины, гигиены"(Полтава, 1993), Республиканской научно-практичеокой конференции по проблемам использования социально-экономического и при-родно-ресурсного потенциала региона (Луцк, 1993), международной научной конференции "Промышленная ботаника: соотояние и перспективы развития" (Кривой Рог, 1993), научной конференции по проблемам землепользования в условиях реформирования экономики (Кацивели, 1993), научной конференции "Подвижные формы токсичных элементов в почвах Украины" (Киев, 1993), научно-практической конференции по проблемам Нико-поль-Марганец-Энергодарского района (Марганец, 1993), научной конференции международного общества по исследованию йторидов (Пекин, 1994), а также на заседаниях Ученого сове-
та Института проблем природопользования и экологии Национальной Академии Наук Украины, научных конференциях и совещаниях, проводимых Приднепровской секцией Научного оовета НАН Украины эдэ проблемам биосферы, биологическим факультетом Днепропетровского госуниверсигета, Днепропетровским управлением по экологии.
Публикация тезультатов доследований. По материалам диссертации опубликовано 37 работ.
Структура и обгем работы. Диссертационная работа оо-отоит из введения, 7 глав, заключения, списка попользованной литературы, включающего 577 источников, и изложена на' 335 страницах, иллюстрирована 61 таблицей и 23 рисунками.
Основой для написания диссертации послужили исследования автора, проведенные в течение 1988-1993 гг. при выполнении госбюджетных и хоздоговорных тем, разрабатываемых Институтом проблем природопользования и экологии Национальной Академии Наук Украины, номера гоорегиотрации которых: 01.89.0048539, 01.910029740, 0І93У03О463, 0І.93У009456.