Экосистемное нормирование, в частности разработка численных значений ПДАН, как следует из определения, базируется на определении устойчивости. Оценке устойчивости геосистем к антропогенным нагрузкам в последние годы уделяется большое внимание в связи с расширением геоэкологических исследований. Интерес обусловлен качественно новым подходом крешению проблем охраны окружающей среды. Сбор и накопление информации об экологическом состоянии геосистем разного уровня (последние десятилетия XX в.) привели к необходимости выработки новых приемов в систематизации полученного материала, а также создания научно обоснованного прогноза развития ПТК в условиях нарастающего антропогенного воздействия. Для геопрогноза задачей первостепенной важности стала разработка системы критериальных оценок экологической устойчивости геосистем, что особенно актуально в связи с развитием экологического нормирования.
Устойчивость — фундаментальное понятие в теории геосистем широко используется для оценки предельно допустимого уровня вмешательства человека в природную среду, в том числе при анализе экологического состояния ландшафтов, водных систем, почв, геологической среды, растительности. Под устойчивостью экосистемы понимается ее способность при воздействии внешнего фактора пребывать в одном из своих состояний и возвращаться в него в силу инертности и восстанавливаемости, а также переходить из одного состояния в другое вследствие пластичности, не выходя при этом за рамки инварианта в течение заданного интервала времени. Инертность (И) — способность геосистемы при внешнем воздействии сохранять свое состояние в течение заданного интервала времени неизменным; восстанавливаемость (В) — способность восстанавливать свое состояние после возмущения; пластичность (П) — наличие у геосистемы нескольких состояний и ее способность переходить в случае необходимости из одного состояния в другое, сохраняя за счет этого инвариантные черты структуры. Инвариант — свойство (или свойства как совокупный инвариант) системы, не изменяющееся при внешних воздействиях в пределах ее устойчивости. Таким образом, формула устойчивости будет иметь следующий вид:
У = И + В + П.
При обосновании количественных оценок устойчивости необходимо различать устойчивость природной среды и ее отдельных компонентов и устойчивость сформировавшейся природно-техногенной системы (ПТС), т. е. нового образования, включающего биоценоз, экотоп и нооценоз. Их взаимодействие на определенном уровне антропогенного вмешательства создает ПТС, характеризующуюся эмерджентностью, т. е. новыми свойствами, не повторяющими свойства ее элементов. Устойчивость ПТС обусловлена способностью при воздействии различных природных, техногенных и активизированных техногенезом природно-техногенных факторов сохранять (или восстанавливать) равновесие связей и параметров состава, структуры, состояния и свойств отдельных компонентов, обеспечивая единство структурных и функциональных отношений.
Устойчивость при действии внешних техногенных факторов следует оценивать только применительно к конкретному виду нарушений. Одна и та же система может быть устойчива к одним воздействиям и неустойчива к другим. Любая геосистема обладает свойством селективной реакции на разные внешние воздействия. Устойчивость системы — комплексный критерий, который можно использовать при нормировании нагрузок на природно-территориальные комплексы.
Используются два основных подхода к оценке устойчивости. Широкое распространение получили экспертные оценки на основе балльных шкал, базирующиеся на квалифицированном анализе результатов геоэкологических исследований. Они применимы к сложным системам, для которых затруднено получение конкретных значений — нет расчетных методик. Работа экспертов начинается с определения иерархической системы признаков, на основании которых оценивается устойчивость геосистемы. Собственно экспертный анализ заключается в установлении оценок важности и выраженности признаков. По специальной программе выполняется расчет относительных показателей. Одним из способов статистического анализа (например, по критерию Шеффе) оценивается согласованность результатов работы экспертов. При удовлетворительном сходстве интегральных показателей выполняется дальнейший расчет экспертных оценок. Для оценки устойчивости структурных частей геосистемы необходим предварительный анализ существующего уровня техногенной нагрузки. С этой целью проводятся полная инвентаризация источников и видов воздействия и расчет их «рейтинговых оценок» по специальной программе.
Для того чтобы установить предельно допустимые антропогенные нагрузки на экосистемы, нужны количественные методы оценки устойчивости, а их разработка — методически не простая задача. Расчетные методы определения значений этого параметра в настоящее время ограничены. Они могут использоваться при детальных исследованиях отдельных компонентов системы применительно к конкретным видам воздействий. В процессе решения указанной задачи необходимо количественно охарактеризовать воздействия и обосновать пороговые значения для компонентов геосистемы или ПТС. При этом применяются показатели ассимиляционной емкости геосистемы (при химическом и физическом загрязнении) и геодинамического потенциала территории (при геомеханическом воздействии и активизации экзогенных геологических процессов).
На основании современных представлений выделяют несколько свойств экологической устойчивости. Во-первых, как упоминалось раньше, геосистема и ее компоненты обладают разной устойчивостью к различным воздействиям и нарушениям. Иными словами, геосистема может быть устойчива к одним воздействиям и неустойчива к другим. Например, гумифицированные (с высоким содержанием органического вещества) донные осадки устойчивы к химическому загрязнению и неустойчивы к механическому воздействию.
Во-вторых, устойчивость эмерджентна, т. е. признаки устойчивости системы отличаются от таковых элементов или подсистем. Отсюда устойчивость отдельных компонентов не обязательно обеспечивает устойчивость всей системы. Так, относительная устойчивость абразионных берегов к химическому загрязнению становится причиной уязвимости геосистемы прибрежной зоны в целом.
В-третьих, при оценке геосистем разных иерархического уровней (биосферного, регионального, локального) изменяется набор главных факторов устойчивости. На биосферном уровне факторами устойчивости могут выступать показатели потенциальных техногенных нагрузок (через речной сток, атмосферный перенос, диффузное поступление загрязняющих веществ) и глобальные характеристики ассимиляционной емкости оцениваемых регионов (климатические условия, открытость системы и др.). Иными словами, оценка устойчивости геосистемы планетарного мас-штабаможет проводиться на основе феноменологическихмоделей. На региональном и локальном уровнях основное значение приобретают факторы устойчивости конкретных абиотических компонентов среды и биотической составляющей. Большое значение имеют показатели ассимиляционной емкости системы (геохимические барьеры, ассимиляционные показатели компонентов среды, геохимические условия). На этих уровнях целесообразно использование прогностических моделей.
В практике исследований при сравнительной оценке устойчивости систем или подсистем вследствие их многофункциональности и вариантности возникает проблема поиска критериев сравнения. Как один из подходов к выбору критериев сравнения используется термодинамическая (энтропийная) концепция устойчивости. Структура, функции и эволюция геосистемы, во многом определяющие устойчивость, зависят от обмена веществом и энергией с окружающей средой, а также от увеличения или уменьшения энтропии системы.
