ЦЕЛ, МЕТОДИ И ЗАКОНИ В ЕКОЛОГИЯТА

Всяка съвременна наука се характеризира с дефинирани цел и задачи, собствени методи на изследване и обективни закони.

- Човечеството представлява част от природата, неговият живот зависи от непре-къснатото функциониране на природните системи.

- Дългосрочните изгоди, които могат да бъдат получени от природата, зависят от запазването на екологичните процеси и системи, съществено важни за поддържане на живота, а също така и от разнообразието на органични форми, които човекът подхвърля на опасност в резултат на извънмерната експлоатация или разрушаване на природните местообитания.

- Човекът трябва да придобие знания, необходими за запазване и разширяване на неговите възможности за използване на природните ресурси, запазвайки при това видовете в екосистемите за благото на сегашните и бъдещите поколения.

- Използваните от човека екосистеми и организми, а също така и ресурсите на сушата, морето и атмосферата, трябва да се управляват по такъв начин, че да могат да осигурят и запазят оптимална и постоянна производителност, но без ущърб за целостта на тези екосистеми, което е възможно при запазване на съобществата от видове.

- Дейността, криеща в себе си повишена опасност за природата, трябва да се предшества от задълбочен анализ и специалистите трябва да докажат, че предполагаемата полза от нея е значително по-голяма от щетата, която може да бъде нанесена на природата. В случаите, когато възможното неблагоприятно въздействие на такава дейност не може точно да се прецени, тя не трябва да бъде предприемана.

Методологични, методични и обобщаващи разработки по опазване на природната и жизнената среда на човека. Научен фундамент са екологичните закони, действието на които е обективно независимо от волята на човека. Човек като един от 20-те милиона видове, формиращи съвременното живо вещество, е длъжен да съблюдава и прилага в практическата си дейност тези закони.

Много учени и експерти отъждествяват проблемите на съвременната екология с устойчивото развитие на системата общество-природа.

В някои случаи екологичните опити се провеждат при мащабни промени на екосистемите (например създаване на горски пояси при поливно земеделие и други антропогенни преобразувания на естествените екосистеми). Получената информация при тези опити служи за решаване на конкретни екологични проблеми и обогатява екологичната наука. Получените резултати позволяват да се разработят програми за моделиране на съобществата от животни, ограничаване на популациите на вредителите и т. н.

В екологията първите математически модели на “хищник-жертва” и “паразит-гостоприемник” са разработени от Волтера (1931). Неговите научни изследвания са послужили като основа за създаването на значително по-сложни модели за хранителните и пространствените взаимоотношения. Използването на съвременна изчислителна техника позволява да се усложнят значително моделите, като вече се моделират по-сложни саморегулиращи се системи с обратна връзка - популации, биоценози, екосистеми.

Важна насока при математическото моделиране е създаването на методи за използване на природните ресурси, без да се нарушава равновесието в екосистемите, като особено важно е прогнозирането на евентуалните последици от стопанската дейност на човека.
Системният анализ е последователна и логична организация на данни и информации във вид на модели, съпровождани от проверка, анализ и усъвършенстване на самите модели. Моделът представлява описание на естественонаучните проблеми с физични или математични средства. Следва да се подчертае, че системният анализ не е математичен метод. Той е стратегия на научно търсене, която използва математични методи и схващания в рамките на систематизиран научен подход при решаването на сложни проблеми. По своята същност системният анализ е възможност да се организират знанията за обекта по начин, който позволява да се избере нужната стратегия или да се подскажат резултатите от прилагането на една или друга стратегия, като се определят най-целесъобразните с оглед решаването на конкретната задача.
При използване на системния анализ за решаване на практически задачи в областта на екологията се различават 7 етапа:
1. Избор на проблема. Този етап е критичен за успеха на цялото изследване, тъй като е необходима висока професионална квалификация за правилен подбор на актуални проблеми, които, от една страна, могат да бъдат изследвани чрез системен анализ, а от друга - да бъдат достатъчно сложни и значими за практиката, за да е наложително използването му.

2. Формирането на задачата и ограничаване степента на нейната сложност. След като същността на проблема е осъзната, следва да се опрости задачата до степен, която позволява тя да има аналитично значение и в същото време да запазва елементите, които правят проблема достатъчно актуален и значим за практическо изучаване. По тези причини и вторият етап е критичен от гледна точка на успеха на научното изследване.

3. Установяване на йерархия на целите и задачите. Обикновено целите и задачите на изследването се подреждат в йерархичен ред, като основните задачи последователно се разделят на цял ред второстепенни. При формиране на тази йерархия е необходимо да се определи предимството на различните стадии и на условията, които са необходими за постигането на поставените цели. През третия етап е необходимо творчество и висока компетентност, тъй като при установяване на йерархията следва да се има предвид значението на отделните задачи.

4. Избор на пътища за решаване на задачата. В този етап е възможно да се избере повече от един път за решаване на задачата. Необходимо е при избора да се търси най-общото аналитично решение, което ще позволи максимално да се използват резултатите от изследване на подобни задачи. Обикновено аналитикът разработва няколко решения и по-късно се спира на едно от тях, което е най-целесъобразно.

5. Моделиране. След като се анализират възможностите, се пристъпва към важния етап на моделиране взаимовръзките между различните страни на проблема. При това трябва да се има предвид, че моделираните процеси, както и механизмите за обратна връзка, се характеризират с вътрешна неопределеност, което значително може да усложни както възприемането на системата, така и нейната управляемост.

6. Оценка на възможните стратегии. След като моделирането е доведено до етап, при който моделът може да се използва, започва преценката на възможните стратегии, получавани от този модел. По тази преценка се изследва чувствителността на резултатите по отношение на предложенията, направени при построяването на модела. Обикновено е необходимо да се изследва и “чувствителността” на модела към страните на проблема, които са били изключени от анализа по време на втория етап.

7. Внедряване на резултатите. Заключителният етап на системния анализ представлява използване на резултатите, получени в предидущите етапи на практическата дейност. В процеса на внедряване обаче може да се появи непълнота на един или друг етап или необходимост от тяхното преразглеждане, поради което е възможно да се наложи повтарянето на някои от завършените етапи.
Целта на многоетапния системен анализ се състои в това, че подпомага да се избере правилна стратегия при решаването на практически задачи в областта на екологията. Този анализ насочва главните усилия към сложните и мащабни проблеми, които не се поддават на решаване посредством по-елементарни изследователски методи, като например наблюдения или лабораторни опити. Поради сложността на проблемите за решаването на които се прилага системният анализ, се използва електронноизчислителна техника за обработка и анализ на данните, а също така и на сложен математичен апарат. Математичните методи и електронноизчислителните машини не са основната характеристика на системния анализ. Същественото за него е мащабността на задачите, които решава, задачи, значително по-сложни и по-големи в сравнение с тези, решавани с помощта на другите известни методи. Неговото използване в екологията е целесъобразно поради относителната сложност на проблемите и необходимостта да се анализират многообразните взаимодействия между голям брой популации и жизнената им среда. Почти всички взаимодействия се изменят във времето, а много от тях и в пространството. Освен това надорганизмовите форми на организация на живото вещество - популации, биоценози, екосистеми, биосфера се характеризират с наличието на обратни връзки. Участващите в екосистемите организми също са изменчиви. По тази причина съществуването на екосистемите е резултат от много взаимодействия и тяхното анализиране е възможно с помощта на системния анализ.

Характерна за нашата съвременна действителност е една неразривна връзка между околната среда и антропогенната дейност на човешкото общество. Състоянието на околната среда се изменя постоянно не само под въздействието на естествените природни процеси, но също така и в резултат на антропогенните процеси, както и под комбинираното взаимодействие между тях. Именно тези негативни промени в състоянието на околната среда представляват източник на тревога за съвременното ни човешко общество и поставят на дневен ред да се намери ясен и точен отговор на поредица основни въпроси като:

• 
  Какви са точно измененията на околната среда и могат ли те да бъдат прецизно идентифицирани и локализирани във времето и пространството?
  
• 
  Каква част от тези изменения се дължи на човека и каква на естествените процеси?
  
• 
  Кои от тези изменения представляват риск за човека, човешкото общество или за някои елементи на живия свят?
  
• 
  Как да бъде установена и внедрена научна база, позволяваща чрез научни, технически, технологични, юридически и дори политически подходи да бъдат намерени решения по проблемите на околната среда?
  
• 
  Могат ли да бъдат предвидени възможните еволюционни промени, като естествените и антропогенни процеси и взаимодействието помежду им?
  
• 
  Възможно ли е да бъдат контролирани, овладени и управлявани измененията в околната среда, за да се достигне до желана или избрана бъдеща ситуация?
  

Замърсяването на околната среда е глобален общочовешки проблем, който може да бъде успешно решен само при условие, че всички държави вземат активно участие при неговото разработване и ако се изпълняват всички пунктове на приетите международни споразумения.

Екологичният мониторинг се провежда на три етапа, както следва:

• 
  Наблюдения и изследвания;
  
• 
  Оценка за фактическото състояние на компонентите на околната среда (извършва се според нанесените загуби от въздействието на антропогенните фактори върху околната среда);
  
• 
  Прогноза за възможните изменения във фактическото състояние, като се знае пределно-допустимото натоварване на природната среда.
  

• 
  Оценка на прогнозируемото състояние;
  
• 
  Поддържане в определени норми на качествата на околната среда или разработване на мерки за опазване на околната среда.
  

Екологичен мониторинг и контрол не са равнозначни понятия. Контролът съдържа не само наблюдения и получаване на информация, но и елементи на управление. Екологичният мониторинг изключва управлението на качеството на околната среда, но е необходимо условие за създаване на ефективна система за контрол и управление на околната среда.

Информационната система на екологичния мониторинг за антропогенните изменения се явява част от системата за управление на взаимодействието на човека с околната среда дотолкова, доколкото информацията за околната среда и нейните изменения служат за база за разработка на мерки по опазване на околната среда при планиране на развититето на екосистемите.

Основните функции на екологичния мониторинг се предопределят от неговата същност. Те са :

• 
  Наблюдение върху състоянието на околната среда и факторите, оказващи въздействие върху нея;
  

• 
  Оценка на фактическото състояние на околната среда и факторите, оказващи въздействие;
  
• 
  Прогнозиране състоянието на околната среда и оценка на това състояние.
  

• 
  Биосферен (глобален) мониторинг – отнасящ се за цялата планета;
  

• 
  Регионален, локален (импактен) мониторинг - в границите на определен регион ;
  
• 
  Екологичен;
  
• 
  Биолоигичен;
  
• 
  Санитарно-токсикологичен;
  
• 
  Международен /трансграничен/ - обхваща няколко страни;
  
• 
  Национален – в границите само на една държава;
  
• 
  Базов (фонов);
  
• 
  Непосредствен мониторинг;
  
• 
  Дистанционен ( в т.ч авиационен и космически) мониторинг.
  

В практиката най-често се изграждат комбинирани системи, като при всички видове се отделя първостепенно внимание на наблюденията за антропогенните изменения в околната среда. Антропогенните фактори, влияещи на биосферата са с много широк спектър. Наблюденията се осъществяват по физически, химически и биологически показатели. Най-перспективни са интегралните показатели за състоянието на околната среда.

Учредено е изграждането на Национална система за мониторинг на околната среда, която обхваща територията на цялата страна и включва :

1. 
   националните мрежи за:
   

• 
  мониторинг на атмосферния въздух;
  
• 
  мониторинг на валежите и повърхностните води;
  
• 
  мониторинг на подземните води;
  
• 
  мониторинг на морските води;
  
• 
  мониторинг на геоложката среда;
  
• 
  мониторинг на земите и почвите;
  
• 
  мониторинг на горите и защитените територии;
  
• 
  мониторинг на биологичното разнообразие;
  
• 
  радиологичен мониторинг;
  
• 
  мониторинг на шумовото замърсяване в околната среда;
  
• 
  мониторинг на нейонизиращи лъчения;
  
• 
  мониторинг на депата и старите замърсявания с отпадъци;
  

2. 
   контролно-информационна система за емисии във въздуха и състоянието на отпадъчните води;
   

3. 
   експлоатацията, комуникационното и информационното осигуряване и лабораторното обслужване на мрежите ;
   

• 
  Националните мрежи за мониторинг на околната среда се проектират и изграждат в съответствие с националните, европейските и международните стандарти.
  

• 
  За информационното осигуряване на Националната система за мониторинг на околната среда се създава национална автоматизирана система за мониторинг на околната среда.
  

• 
  Националната автоматизирана система за мониторинг на околната среда се организира на национално, на басейново и на регионално ниво.
  

• 
  Измерванията и лабораторните изпитвания се извършват от акредитирани лаборатории.
  

• 
  Министърът на околната среда и водите утвърждава със заповед националните мрежи за мониторинг на околната среда.
  

• 
  Националната система за мониторинг на околната среда, с изключение на националната система за мониторинг на шума в урбанизираните територии се организира и ръководи от министъра на околната среда и водите.
  

• 
  Създаването, функционирането, материално-техническото и информационно-програмното осигуряване на националната автоматизирана система за екологичен мониторинг, с изключение на националната система за мониторинг на шума в урбанизираните територии се осъществяват от Изпълнителната агенция по околна среда – ИАОС.
  

• 
  Методическото ръководство на мониторинговата дейност, с изключение на мониторинговата дейност върху шума в урбанизираните територии се осъществява от Изпълнителната агенция по околна среда – ИАОС.
  

• 
  Оценките за състоянието на околната среда се извършват на регионално и на национално равнище от РИОСВ и Изпълнителната агенция по околна среда – ИАОС.
  
• 
  Данните и оценките за състоянието на околната среда се публикуват в тримесечен и годишен бюлетин за състоянието на околната среда.
  

• 
  Данните от наблюденията и оценките, получени в резултат на дейността на Националната система за мониторинг на околната среда, както и на собствения мониторинг са основа за осъществяване на контрол и за налагане на санкции при нарушаване на нормативните изисквания.
  

Резултатите от мониторинга следва да се интерпретират задълбочено и компетентно. В края на учебника прилагаме резултатите от мониторинга реализиран през 90-те години като подчертаваме комплексността на преценката, която позволява да се диференцират степените на антропресия и като финал на анализа доколко антропресията въздейства върху здравето на човека и здравето на ещкосистемите. Представен е анализ на заболяваемостта от 15 социалтно значими заболявания свързани с промени в околната среда. “Здравето на екосистемите” се преценява по два критерия: биологично разнообразие и наличие на ендемични видове.

Разработването на тази система за оценка на екологичния риск отговаря на следните основни принципи:

- възможност за преценка на степента на отклонение от оптимума;

- използване на параметри, които отразяват най-важните особености на функциониране на биологичните системи;

- висока чувствителност, позволяваща да се установят още началните (които са обратими) промени в състоянието на организмите под влияние на отклоненията в параметрите на средата;

- универсалност, позволяваща да се установят последиците от въздействието на различни видове в различни региони и различни типове екосистеми;

- възможности за преценка на промените с оглед преценка състоянието на природните екосистеми;

- възможност за широко прилагане в практиката.

След прецизен подбор на известните тестове е установено, че на посочените по-горе условия отговарят следните методи:
Морфогенетична хомеостаза (стабилност на развитието) - използват се интегрални показатели, като основен интегрален показател за стабилността на развитието е средната честота на асиметричната проява на определен признак. Анализират се различията на изследвания признак в дадени части на организма, средната величина на асиметрия, както и средният брой на дребните фенодевианти (незначителни отклонения от условно нормалния строеж на изследваната структура).
Цитогенетична хомеостаза - най-обективен критерий е честотата на клетките с хромозомни аберации. Авторите включват в това понятие всички клетки, които имат в различна степен промени в хромозомите.

Имунен статус - анализира се информацията от изследването на три основни клетъчни популации:

1. Фагоцитиращи клетки;

2. В-лимфоцити;

3. Т-лимфоцити.

За допълнителна информация може изследванията да се проведат след експериментална паразитоза, при която се преценява степента на промени в имунния отговор.
Физиологична хомеостаза - прилага се биоенергийният подход, като се приема, че промяната в биоенергетиката на организма предшества останалите изменения, които се дължат на неблагоприятни въздействия. В основата на този критерий е принципът, че количеството на енергията, изразходвана по време на растежа, е обективна характеристика за качеството на средата. Растежът се преценява по различни методи - при моделирани условия или като се изследват отделни органи - например промените в дентина на зъбите на гризачите. Биоенергийният подход включва и преценка на фотосинтезата по различни методи.
Биохимична хомеостаза - основен критерий са окислително-редукционните процеси в организма. Разработени са и се прилагат методи за доказване на непълното окисляване на органичните вещества в клетките чрез количеството на получените продукти.
Концептуалните модели за преценка на екологичния риск включват изследвания на популационно равнище. В модела, разработен от Kendall и сътр. (1996).стресорното въздействие на средата се преценява в зависимост от репродукцията на популацията, биотичните взаимоотношения (като се акцентира върху активността на хищниците), инфекции и жизненост на популацията. Интегрален показател е смъртността на популацията от изследваните птици. Този и подобни модели включват показатели, които трудно могат да получат точна количествена преценка в условията на автоматизирана система за биоекологичен мониторинг. По тази причина ние (Байков и Гугова, 2000) предлагаме нов концептуален модел, който включва следните изследвания на популационно равнище:

• имунен статус - чрез определяне на фагоцитозата с автоматичен анализатор и прилагане на Фаготест и Бурсатест;

• екологична биоенергетика - по разработена от нас методика, включваща разход на енергия за получаване на 1g биомаса и разход на енергия за получаване на 1KJ енергия във вторичната биологична продукция;

• възпроизводство на популацията - определяне по методите за преценка възпроизводителните възможности на мъжките и женските организми;