CC BY
15
2. ЕКОЛОГ1Я ДОВК1ЛЛЯ
УДК 674 (053) Доц. Л.М. Архипова, канд. техн. наук - 1нститут
менеджменту та економки "Галицька академш "
ФУНКЩОНАЛЬНА СТРУКТУРА ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННИХ
Г1ДРОЕКОСИСТЕМ
Обгрунтовано поняття природно-техногенно'1 гiдроекосистеми як складово'1 гщ-роекологiчного середовища, дослiджено ïï властивосп та функцiональну структуру.
Ключов1 слова: пдроекосистема, гiдроекологiчне середовище, природно-тех-ногенш гiдро екосистеми.
Assoc. prof. L.M. Arkhipova - Institute of management and economy
"Galichina academy"
Functional structure of naturally technogenic hydroecosystem
In the article grounded concept of naturally technogenic hydroecosystems as constituent of hydroecology environment, its properties and functional structure are investigational.
Keywords: hydroecosystem, hydroecology environment, naturally technogenic hydroecosystems
Дослщження наслщюв антропогенного впливу на водне середовище i пошук способiв виршення проблем оптимiзацiï взаемовщносин мiж суспшь-ством i природою е одшею з найбшьш актуальних проблем сучасносп. "Наука будуеться шляхом видшення природних тiл, якi утворилися в результат закономiрних природних процеЫв", - говорив В.1. Вернадський. На сьогоднi висловлювання великого вченого можна шдкоректувати: додаванням до "природних" складовоï "техногенних" з огляду на те, що на Землi практично не залишилось територiй, якi б не вщчували прямого чи опосередкованого впливу дiяльностi людини.
У дослiдженнi було поставлено завдання - обгрунтувати поняття при-родно-техногенноï гiдроекосистеми як складовоï пдроеколопчного середовища, дослiдити ïï властивосп та функцiональну структуру. Автор термша "екосистема" А. Тенслi пiд екосистемою розумiв "основнi природнi одиницi на поверхш землi", в якi входять "не тшьки комплекс органiзмiв, але i весь комплекс фiзичних факторiв, якi утворюють те, що ми називаемо середови-щем бiому, - фактора мюцеюнування у найширшому розумшт".
За визначенням багатьох послiдовникiв А. Тенсл "екологiчна система - це сукупшсть органiзмiв, якi спшьно проживають на певнiй територiï чи в еколопчнш нiшi, перебувають у взаемозв'язку один з одним i як формують систему взаемообумовлених бютичних i абiотичних явищ i процешв" Екосистема характеризуеться низкою ознак, основною з яких е сталий обмш речо-вин i енерпею мiж живою (органiчною) i неживою (неоргашчною) речови-ною [1-3 та ш.].
2. Екологiя довкiлля
101
Термш "пдроекосистема" цiлком припустимий i вщповщае визначен-ням i принципам екологи. У багатьох роботах можна знайти шдтвердження вщповщносл ознак наземних екосистем водним екосистемам [1-5].
З нашо! точки зору, поняття "пдроекосистема" - це дифузiя "басейно-во! системи" та "водно! екосистеми". Гiдроекосистеми е структурними скла-довими гiдроекологiчного середовища [6]. Однак, характер циркуляцп речо-вини i енерги в непорушенiй гiдроекосистемi значно вiдрiзняеться вiд схеми циркуляцп речовини й енерги у порушенш гiдроекосистемi.
Розширення наукових уявлень про басейновi системи, пдроекосисте-ми, склад природних вод, процеси формування стоку, про гiдрохiмiчний режим водних об'екпв, а також розвиток геосистемних дослщжень, створило передумови для вирiзнення за функцюнальними ознаками специфiчного "природного тша" - природно-техногенно! гiдроекосистеми. Введення поняття "природно-техногенно! гiдроекосистеми" зумовлено ще й тим, що за мате-рiалами паспортизаци малих рiчок на територп Укра!ни немае рiчкових ба-сейнiв з непорушеними ландшафтами [2].
Шд природно-техногенною пдроекосистемою (ПТГЕС) треба розумь ти динамiчний просторово-часовий комплекс речовин i процеЫв, завдяки яким здiйснюеться обмiн речовиною та енергiею у природних водах басейно-во! системи за умов прямого або опосередкованого впливу антропогенного навантаження.
У цш робот природно-техногеннi гiдроекосистеми (ПТГЕС) е об'ек-том наукового дослiдження. У доповнення поданому вище визначенню у ПТГЕС слщ оцiнювати динамiчну сукупнiсть техногенних об'екпв та проце-сiв у межах басейнових систем, дiяльнiсть яких постшно впливае на довкiлля, змшюе кiлькiснi i якiснi параметри водних об'екпв, i знаходиться пiд дiею техногенних змiн. ПТГЕС видiляеться за принципом функцюнально-цшсно! геосистеми як об'ем простору; системоутворювальною основою !! е басейнова система. ПТГЕС е системою вщкритого типу; !! властивостi та структура фор-муються як шд впливом факторiв зовнiшнього стосовно не! середовища (екзо-системних процесiв), так i за рахунок внутрiшнiх (ендосистемних) процешв.
Опираючись на результати попередшх дослiджень систем взагалi (Ме-сарович, 1966; Берталанф^ 1969; Холл, Фейджин, 1969; Churchman, 1979; At-hey, 1982) i, особливо, природних систем (Domenico, 1972; Джефферс, 1981; Egelen,1984; Struckmeier, 1986; Лаврик,1998), виконано математичну форма-лiзацiю ПТГЕС.
Природно-техногенну пдроекосистему можна описати спiввiдношенням
S = {X, Q}, (1)
де X={x1, x2,....xn} множина елементiв xt системи S. Через Q позначена мно-жина закономiрностей змiн елементiв хг-, !х взаемодiя мiж собою i з навко-лишнiм середовищем, тобто вона е сукупшстю залежностей, як пов'язують елементи х{ системи S.
Елементи системи S - компоненти пдроекосистеми у виглядi певного набору фiзичних, хiмiчних, бiологiчних параметрiв позначаються символами
Х\, Х2, Х3, ..., Хп, де п - кiлькiсть компоненпв. Тодi множину цих елементiв Х = {Х\, Х2, Х3,..., Хп } назвемо складом гiдроекосистеми.
Елементи Х\, Х2, Х3,..., Хп об'еднуються у систему певними вщношен-нями i зв'язками, якi називають системоутворювальними, або, як уже було названо вище, ендосистемними. Таким чином формуеться структура природ-но! гiдроекосистеми.
Елементи системи взаемозв'язаш i одночасно зазнають впливу зовшш-нiх техногенних факторiв. Таким чином, утворюються екзосистемнi зв'язки, що характеризують зовнiшнi фактори формування пдроекосистеми, якi фор-мують структуру техногенно! гiдроекосистеми. Зовнiшнi фактори можуть одночасно обумовлювати також основш речовинно-енергетичш потоки в пдро-екосистемi вищого порядку, до яко! належить вказана ПТГЕС.
Таким чином, можна умовно роздшити природно-техногенну пдро-екосистему £ на природну 2 i техногенну Ж шдсистеми iз сво!ми шдсистема-ми, елементами i зв'язками
(2)
Пiд природною пдроекосистемою розумiють основнi природнi одини-щ гiдросфери на поверхнi землi, сукупшсть водних ресурсiв та процесiв, що !х поеднують з атмосферою, бюсферою, лiтосферою, а також показникiв, що описують стан водних ресурЫв та процеЫв.
Пiд техногенною гiдроекосистемою у цьому випадку розумшть весь водогосподарський комплекс у межах басейново! системи зi всiма його об'ектами i елементами. При цьому елементи як у природних, так i в техногенних пдроекосистемах пов'язанi певними залежностями, процесами, якi змiнюються в час i просторi та невщ'емт вiд бiоти та впливу людини.
Назва пдроекосистеми з природно-техногенно! на техноприродну змь нюеться у випадку, якщо водний об'ект або його басейн бшьше нiж на 50 % змь нений антропогенною дiяльнiстю. I в одному, i у другому випадку водш системи слщ називати гiдроекосистемами у зв'язку з прюритетом екологiчних чинни-юв у питаннях користування, безпеки, управлшня та охорони водних ресурсiв.
Тому варто позначити символом ¥ множину зовшшшх факторiв природно-техногенно! пдроекосистеми, як формують екзосистемнi зв'язки ПТГЕС i е стосовно не! зовнiшнiм (навколишнiм) гiдроекологiчним середови-щем. Множину цих факторiв представимо вектором: ¥ ={¥\, ¥ 2, ¥ 3,..., ¥ т}.
Множину вiдношень (зв'язюв) мiж елементами всерединi ПТГЕС та елементами ПТГЕС i навколишнiм середовищем називають структурою ще! природно-техногенно! пдроекосистеми позначимо !! як: Я ={Я \, Я 2, Я 3,... Я 1}, де i - кшьюсть зв'язкiв, що утворюють структуру системи
Унаслiдок тако! взаемодi! формуеться процесно-функцiональна структура природно-техногенно! пдроекосистеми.
Склад ПТГЕС Х, фактори навколишнього середовища ¥ та структура Я можуть змшюватись у час Цю змшу у загальнiй формi можна позначити таким чином: Х=Х(0 = {Х\(0, Х2С), Хз(0,..., Хп(0}; ¥ =¥(0={¥\(0, ¥2(1), ¥з(0, ¥т(0}; Я =Я(0 ={Я\(г), я 2(0, Я з(0,..., я 1(0}.
Змша у 4aci елементiв X(t) та структури R(t) ПТГЕС залежно вiд впли-ву зовнiшнiх факторiв F(t) вщбуваеться за певною функщею M(t).
Враховуючи виконану математичну формалiзацiю ПТГЕС, можна подати ïï визначення в такому варiантi: природно-техногенною пдроекосисте-мою S(t), що функщонуе у пдроеколопчному середовищi, яке стосовно системи е навколишнiм середовищем F(t), називають множину об'екпв S(t) = S(X, F, R, M), що утворена iз сукупностi внутрiшнiх елементiв X(t), якi зв'яза-нi мiж собою i з навколишшм середовищем F(t) сукупнiстю зв,язкiв R(t), якi змшюються у часi вiдповiдно iз множиною функцiй M(t).
ПТГЕС як процесно-функщональш речовинно-енергетичнi структури гiдросфери можуть бути роздшеш передусiм за ïx основними двома типами -морськ та континентальш. Останнi, своею чергою, ПТГЕС можуть бути по-дiленi на текучих вод, водойм з уповшьненим водообмшом, пiдземниx вод. Басейнова ПТГЕС текучих вод е класичною повнокомпонентною системою, що функцiонуе в об,емi простору, створеному генетично зв'язаними категорь ями природних вод, якi утворюють цшсний водний потiк з параметрами, що вардають у просторi i чась
ПТГЕС водойм функцiонують у межах водозбору озера, болота чи во-досховища. Для них характерна також вертикальна структура, що вiдрiзняе ïx вiд басейнових ПТГЕС. Тому вони можуть бути додатково роздшеш, враховуючи неоднорщшсть умов формування фiзико-xiмiчно-бiологiчного складу води як у горизонтальны, так i у вертикальны площинах, на низку локальних ПТГЕС мжро- i мезорiвня залежно вщ розмiру областi ïx поширення. 1денти-фiкацiя та диференцiацiя цих систем можлива за умови детального досль дження водного об'екта в межах усiеï акваторiï та глибини.
Залежно вщ мети дослiдження природно-техногенну пдроекосистему завжди подшяють на елементи - шдсистеми - та вивчають ïï структуру. З найбшьшим ефектом дослщження можна виконувати у Mсистемi людина - пд-роекологiчне середовище", межi якоï рiзнi - вiд глобальних, нацiональниx, ре-гiональниx до окремого техшчного об'екта, який взаемодiе з водним об'ектом. Кожна з розглянутих природно-техногенних пдроекосистем мае комплекс по-казникiв, якi характеризують, з одного боку, природш елементи i умови ïx взаемоди у системi, а з шшого - iнтенсивнiсть i характер теxногенноï дiяль-ностi, що визначають напрями та головнi параметри функщонування системи.
Система "людина - пдроеколопчне середовище" е природно-техно-генною вщкритою гiдроекосистемою. Керування системою контролюе низка цiлеспрямованиx дiй, якi дають змогу забезпечити достатню надшшсть для функщонування створених i проектованих природно-техногенних об'екпв. У методичному аспекл системний шдхщ забезпечуе вибiр проблеми у просто-рових рамках системи ïï конструювання.
Для розроблення технологи управлшня станом пдроекосистеми як частини пдроеколопчного середовища в межах зон впливу окремих великих господарських об'екпв (xiмiчниx, пдротехшчних, прничопромислових тощо) передбачено конструювання спещальних природно-техногенних гiдроекосис-тем. У територiально-адмiнiстративному планi - це лшшш або площиннi зо-ни, розмщеш в однiй або рiзниx адмiнiстративно-територiальниx одиницях
(районах). Спещальна природно-техногенна гiдроекосистема мае визначену специфжу еволюцiï гiдроекологiчного середовища залежно вщ виду господаре^ дiяльностi. Як приклад, можна розглянути спещальш природно-тех-ногеннi гiдроекосистеми зони впливу пдротехшчного комплексу (масштаб 1:50000), зони впливу урбашзовано1' територiï (мiста) (масштаб 1:25000), по-тенцiйноï зони впливу лшшних об'ектiв (масштаб 1:5000).
Для кожно1' зi спецiальниx природно-техногенних пдроекосистем створюють комплексну матрицю, яка визначае взаемовщносини мiж природ-ними й техногенними елементами пдроекосистеми, що дае змогу за умов ви-конання додаткових процедур (моделювання, прогнозування) визначити тех-нолопю управлшня системою.
Системна оргашзащя пдроеколопчного середовища за умов функщ-онування рiзномасштабниx природно-техногенних гiдроекосистем дае змогу реалiзувати рiзнi рiвнi управлiння. Взаемодiя людини з гiдроекологiчним середовищем вщбуваеться у двох напрямках. З одного боку, людина шзнае це середовище i змушена будувати свою поведшку вiдповiдно до його структури. З шшого, - вона впливае на пдроеколопчне середовище з метою адапта-цй' його до сво1'х потреб.
У процесi такоï взаемоди розвиваються новi потреби, як змiнюються внаслiдок економiчного та сощального розвитку людства. Використання пдроеколопчного середовища е значною частиною суспшьного виробництва для забезпечення людства пдроенергоресурсами, ресурсами для водоспожи-вання i водокористування, питною водою, продуктами харчування, рекре-ацшним простором. Оскiльки функщональш особливостi системи "людина-гiдроекологiчне середовище" визначають можливють прогнозування гiдро-еколопчних процесiв i прийняття управлiнськиx ршень, то головною процедурою у системних дослщженнях е побудова модел^ яка вiдображае головнi чинники та взаемозв'язки реальноï ситуацiï.
Вивчення проблеми формування пдроеколопчного середовища як систем рiзного рiвня потребуе аналiзу значноï кiлькостi елементiв i оцiнки взаемовщносин мiж ними.
Комплекс еколого-гiдрологiчниx дослщжень визначае розробку не од-нiеï унiверсальноï моделi розвитку гiдроекологiчного середовища, придатноï для вирiшення всього кола питань управлшня, а реалiзацiï ^roï низки iерар-xiчно взаемопов'язаних моделей за рiзними системоутворювальними ознака-ми (регюнальними, спецiальними, детальними, локальними). Метою ïx ство-рення е поступове, максимально можливе зменшення невизначеностi досль джуваноï системи шляхом вивчення та виявлення загальних i окремих зако-номiрностей ïï розвитку. Моделювання пдроеколопчних систем покликане забезпечити вирiшення завдань управлшня.
Отже, розглянута методика системних дослщжень вщображае можли-вiсть конструювання природно-техногенних гiдроекосистем, якi дають змогу для окремоï гiдроекологiчноï ситуацiï створити ïï модель, ощнити ïï стан у прогнозному аспекп та прийняти управлшське рiшення. Головнi позитивнi аспекта природно-техногенних гiдроекосистем - гнучюсть, рiзномасштабнiсть, рiзноманiтна дiяльнiсть i достатня адекватнють дослiджуваному об'ектовi.
Л1тература
1. Одум. Ю. Экология. - М.: Мир, 1986, т.1. - С. 231-233.
2. Яцык А.В. Экологические основы рационального водопользования. - К.: Генеза, 1997. - 628 с.
3. The restoration of rivers streatems. Theories and experience./ Edited by James A. Gore. Faculty of Natures Sciences University of Tulsa. - Butterworth Publ., 1985. - 317 p.
4. Вшьямс В.Р. Избранные сочинения. - М.: ОТиЗ, 1948, т.1. - С. 220-259.
5. Роберт Н. Уингет. Методы оценки мероприятий по восстановлению речных экосистем// Восстановление и охрана малых рек. - М.: Агропромиздат. - С. 190-214.
6. Архипова Л.М. До питання про конструктивну гщроекологш// Наук. вюник НЛТУ Украши: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: НЛТУ Украши. - 2008, вип. 18.1. - 280 с.
УДК 631.423 Acnip. Т.Ю. Бедермчек; студ. Т.В. Партика;
студ. О.Р. Микитинський; проф. З.Г. Гамкало, д-р бюл. наук -
Львiвcький НУ M. 1вана Франка
ОСОБЛИВОСТ1 ЗМ1Н ВМ1СТУ ОРГАН1ЧНО1 РЕЧОВИНИ I ВОДОАДСОРБУВАЛЬНО1 ЗДАТНОСТ1 ГРУНТУ У ПРОЦЕС1 ЗНЕЛ1СНЕННЯ
У процес антропогенного перетворення агемеробних та ол^огемеробних еко-систем у сильнотрансформоваш еколопчш системи внаслщок знелiснення з подаль-шим виконанням люогосподарських i сiльськогосподарських заходiв виявлено ютот-не зменшення вмiсту Карбону оргашчних сполук едафотопу, змiну арх^ектошки й гiдрофобiзацiю грунту в шарi 0-100 см в послiдовностi старовшовий деревостан - су-цiльна вирубка - пасовище
Ключовi слова: знелюнення, Карбон органiчних сполук грунту, пгроскотчна волога
Post-graduate T.Y. Bedernichek; stud. T. V. Partyka; stud. O.R. Mykytynskiy;
prof. Z.G. Hamkalo - L'viv NU named after Ivan Franko
Changes of organic matter content and water-adsorbing ability of soil features during deforestation
Anthropogenic changes of ahemerobic and oligohemerobic ecosystems to the transformed ecological systems as a deforestation result with subsequent implementation of agricultural and forestry actions were analyzed. Substantial diminishing of organic compounds Carbon content in soil, changes of architectonics and hydrophobization of soil in layer 0-100 cm in the sequence of old forest - slash - pasture were explored.
Keywords: deforestation, organic compounds of soil Carbon, hygroscopic moisture
Вступ. Збалансований розвиток екосистем басейну верхньо! течи Дшстра передбачае нормашзащю еколопчно! ситуаци, що попршилася внаслщок антропогенних втручань, оскшьки верх1в'я басейну Дшстра е одним 1з густонаселених райошв i здавна використовуеться людиною для ведення сшьського та люового господарства.
Вирубки лшв тут проводилися без серйозно! еколопчно! оцшки змш середовища. Як наслщок, змшилися сшввщношення м1ж компонентами ландшафта, виникли нестшю агроекосистеми, не здатш до саморегулювання, збшьшилося забруднення грунлв i нагромадження в них шюдливих речовин. 1нтенсиф1кащя сшьського господарства також викликала ютотт змши при-
