Моделирование техногенных ландшафтов
Моделирование техногенных ландшафтов
Н.Г. Решетов, Ю.И. Дудкин
На
пороге XXI века становится все очевидней, что все науки, имеющие отношение к
исследованию экологической среды, должны от ее традиционного описания и учета
ресурсов переходить к ее проектированию и преобразованию в общих интересах
биосферы. Другими словами, природосберегающие и природоохранные усилия
человечества должны начать активно сочетаться, а затем и полностью смениться
природосозидательной деятельностью общества. Но, конструирование ландшафтов
заданного назначения, кроме экологических и технических трудностей сопряжено с
отсутствием исчерпывающих и систематизированных знаний о функционировании их
живых и костных компонентов. А это, в свою очередь, не позволяет разработать и
адаптировать экологически демпферную и саморегулируемую модель сбалансированных
и стабильных ландшафтов. Иначе говоря, общественные потребности в улучшении
среды обитания многих городов, промышленных центров заметным образом обгоняют
экологически безупречные предложения по их удовлетворению. Но одно бесспорно:
вставшую задачу нельзя решать методом возврата к первозданной природе.
Необходим нетрадиционный подход в создании новых, не имеющих природных
аналогов, культурных и полностью контролируемых ландшафтов с заранее заданными
параметрами функционирования.
Наибольшей
остроты проблема восстановления и создания новых экологически оптимальных и
биологически продуктивных ландшафтов достигла в районах горнодобывающей,
обогатительной и перерабатывающей промышленности. По этой причине обширные
техногенные пространства, например, отвалы КМА, сложенные различными
литологически-ми породами вскрыши, могут служить идеальным полигоном для
проведения модельных опытов ландшафтного построения в строго фиксированных
условиях окружающей среды. Несмотря на большие капиталовложения и
энергозатраты, технический потенциал горных предприятий КМА уже сегодня вполне
способен создать новые, незнакомые в сегодняшней природе, экологически
совершенные ландшафтные и почвогрунтовые конструкции, которые могут во многом
(в сбалансированности, функциональности, самоорганизации, биопродуктивности и
т.д.) превосходить естественные аналоги. Но для этого, исходя из технических
средств и почволитологических возможностей, необходимо предварительно
разработать системную модель эффективного функционирования биогеоценозов по
элементам рельефа отвалов с заранее требуемыми параметрами. В тех случаях,
когда перед рекультивацией поставлена цель создания высокоурожайных
агроценозов, то основная задача ландшдфтно-го конструирования сводится к
разработке модели эдафического слоя.
Возникая
как, результат катастрофических техногенных "аварий" экосистемы
первичные сукцесии на отвалах КМА длительное время представляет собой "
биологический вакуум". Эти системы имеют строго известную точку отсчета
своего развития и поэтому являются удобным объектом для слежения за скоростью и
направленностью их генезиса. Понятно, что успех биоосвоения и оздоровления
экологического состояния техногенных "пустынь" во многом будет
зависеть от кинетики, векторности и масштабности почвообразования на отвалах
КМА. Предварительная осведомленность о механизме и стадийности естественного
педоногенеза на отвалах позволяет с минимальными экономическими, трудовыми и
энергетическими издержками и максимальным экологическим эффектом управлять и
ускорять этот процесс в угоду запросам рекультивации. Детальное изучение
почвообразования в различных условиях рельефа отвалов дадут возможность создать
модель биогеосистем с наиболее совершенными циклами функционирования и
прогнозировать их долгосрочное поведение. 92
Известно,
что общие законы природы едины. Однако, конкретные природные объекты,
располагаясь в разных географических зонах, обладают индивидуальными, только им
присущими свойствами. Это приводит к тому, что при конструировании этих
объектов возникают определенные ограничения в применении их общих законов
развития и функционирования. Иначе говоря, их единые законы генезиса
преломляются в каждых конкретных ландшафтно-зональных условиях и приобретают
неповторимые самобытные черты. По этой причине всякая наука о сложных
экологических системах на каждом новом объекте вынуждена каждый раз заниматься
выяснением особенностей и спецификой проявлений общих для них законов развития
в каждой конкретной ландшафтно-зональной обстановке.
Что
касается экологического оздоровления нарушенных земель КМА, то основной путь их
биоосвоения состоит в таком изменении устройства и механизма самоорганизации
верхнего их слоя, при котором заново создаются или коренным образом
трансформируются его эдафические свойства и состав. Но на каждом конкретном
отвале единый подход улучшения ризосферного слоя должен решаться индивидуально
в согласии с его многочисленными свойствами. Задача моделирования систем
"ландшафт-литооснова-гидрорежим-почва-биоценоз" будет сводиться к
отысканию и учету того множества ее свойств, которые более всего играют роль в
биосервисе экотопа отвалов. Главный блок модели экотопа должен охватывать
показатели биопригодности и эдафические качества почвогрунтов, которые во
многом определяются их строением, сложением, резервом и доступностью биофильных
элементов, питания, физико-химическими и водно-физическими свойствами. Казалось
бы, чем детальней и больше компонентов ландшафта и эдафическнх показателей
будет задействовано в модель , тем выше ее возможности и четче обратные связи.
Однако похвальное стремление охватить все входящие в систему компоненты, из-за
невозможности строгого учета всех связей между ними, увеличивает
неопределенность, инвариантность и энтропию модели. Это усложняет формализацию
модели, ее использование, осмысление ответов и т. д.
Следовательно,
при разработке модели ландшафта и экотопа надо придерживаться "золотой середины",
т.е. стремиться отыскать строго ограниченный, но оптимальный круг необходимых
параметров, которые полностью бы удовлетворяли модель в информации, но излишне
не детализовали и без нужды не усложняли бы ее. Другими словами, нужен некий
средний вариант работы модели, которая одновременно не будет перегружена
малосущественными деталями и не слишком примитивна и упрощена.
При
всем старании в ближайшее время не удастся создать полную информационную
модель, которая будет способна предельно точно отражать реальную
действительность всех взаимосвязей в ландшафте и поведение его компонентов во
всем возможном разнообразии окружающей среды. Да это пока и не нужно. Для
начала необходимы всего лишь частные модели, которые смогут с достаточной
объективностью решать насущные задачи ландшафтного конструирования на месте
конкретных техногенных пустошей. Этого можно добиться беря в расчет только
ключевые показатели моделированной системы. При этом самое пристальное внимание
должно уделяться приоритетным и крайне динамичным компонентам (даже в ущерб их
общей численности). Тем самым удастся избежать загромождения модели вялыми и
маловлиятельными деталями. А поэтому, при комплектовании любой модели
информацией о ландшафтах, желательно начинать с критического подбора хорошо
изученных и взаимно детерменированных (методически апробированных и
малотрудоемких по определению) параметров имитационной системы.
Так
например, для получения экологически чистой и биологически полноценной
растительной сельскохозяйственной продукции на отвалах КМА необходим учет всех
свойств ризосферного слоя, которые на прямую или опосредованно влияют на
транслокацию токсичных элементов в биомассу растений. Среди множества свойств
эдафотопа модель должна отсортировать и отбросить не нужные показатели и оперировать
только теми из них, которые способны обезвредить или оградить растения от
поступления в их биомассу биовраждебных веществ, тяжелых металлов, например.
Как следует из теоретических знаний и эмпирических данных, информация должна
ограничиться данными по минералогии и содержанию глин, показаниями реакцией
среды, емкости поглощения, количества и соотношения биофильных элементов, их
антогонизма и синергизма, аэрационного и водного режимов. Но на стадии
адаптации модели и погружения ее в оболочку компьютерной программы, этот набор
желательно сократить или попытаться отыскать пути учета одних параметров через
другие. И только после того, как будут построена максимально простая в
использовании модель, которой будет под силу давать приемлемые и заведомо известные
(контрольные) ответы, есть смысл эту модель усложнить путем ввода в нее всю
известную на сегодня информацию о ландшафтах.
В
дальнейшем следует попытаться расширить ее сферу применения за счет обогащения
информацией о трансформации компонентов ландшафта в меняющейся
зонально-географической и ландшафтно-геохимической среде. Но главное то, чтобы
с самого начала модель надежно работала как снизу вверх, так и наоборот, сверху
вниз, т.е. напрямую и обратно. Говоря проще, она должна с одинаковым успехом и без
потери информации менять на противоположный вектор расчета и хорошо
укладываться в латеральных плоскостях. Необходимо предусмотреть случаи, когда
за счет ограниченной базы данных и получении диффузных ответов модель могла бы
запросить необходимый объем информации по конкретным параметрам экосистем.
Загрузив
модель экотопа данными лито-шламмовых характеристик отходов производства КМА
можно легко получить последовательную серию ответов по созданию, например,
оптимального варианта экологически безопасного ризосферного слоя.Или наоборот,
поставив перед моделью задачу построения почвогрунтовых композиций с атрибутами
зональных черноземов, на выходе будет получен ответ о экологических изъянах
этого проекта. Оперируя количественными параметрами систем можно будет отыскать
вариант создания экотопа с минимальными затратами без ущерба его свойств.
Создав
частные модели биоценозов, почв, гидрологии и геохимии ландшафта, позволительно
будет их объединить одной общей моделью ландшафтного реконструирования. А уж ее
попытаться слить с экономическими, техническими, энергетическими и другими
модельными блоками. В результате этого можно получить всеобъемлющую
эколого-соци-альную модель взаимоотношения человека и окружающей среды.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.vestnik.vsu.ru