На следующем  этапе ведется построение комплексных  моделей, объясняющих имеющееся  состояние экосистемы и служащих для прогнозирования изменений. Вырабатываются и исполняются рекомендации по повышению устойчивости экосистем. Постоянно ведется корректировка  управления деятельностью человека.

  На заключительном этапе работы планируется и осуществляется система наблюдений за состоянием экосистемы – экологический мониторинг (от англ. monitor – подстерегающий). При осуществлении экологического мониторинга используются физико-химические измерительные методы, а также методы биотестирования и биоиндикации.

  Биотестирование – это контроль за состоянием среды с помощью специально созданных тест–объектов. Тест–объектами могут служить культуры клеток, тканей, целостные организмы. Например, выведен специальный сорт табака, на листьях которого при повышенном содержании озона образуются некротические пятна.

  Биоиндикация – это контроль за состоянием среды с помощью обитающих в ней организмов. В этом случае в качестве тест–объектов используется видовой состав фитопланктона, спектр морфологических типов лишайников. Например, видовой состав травянистых растений может служить для индикации эрозии почв. На почвах, не затронутых эрозией, или слабосмытых почвах произрастают: костер безостый, клевер луговой. На смытых почвах произрастают: ястребинка волосистая, мать-и-мачеха.

  Для обнаружения  тяжелых металлов используется физико-химический анализ тканей организмов, избирательно накапливающих различные металлы. Например, подорожник избирательно накапливает  свинец и кадмий, а капуста избирательно накапливает ртуть.

2. ПРИНЦИП ПОДОБИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ЕСТЕСТВЕННЫМ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СИСТЕМАМ

      При рассмотрении с экологических позиций  организационной структуры сельскохозяйственных предприятий и специфики производственной деятельности можно установить их органическое сходство с экологическими системами  природы.

      Это сходство отчетливо проявляется  в однородности вещественно-энергетического  потенциала и тождестве основных функций в продукционных процессах  естественных экологических систем и в процессах производства продукции  сельскохозяйственных предприятий.

      Экологические системы природы и сельскохозяйственные предприятия имеют одинаковую форму  организации, основанную на принципе сочетания  взаимозависимости и взаимодействия составляющих их абиотических и биотических  подсистем, являющихся фундаментом  для обеспечения развития любого продукционного или производственного  процесса.

      Биотические подсистемы экосистем природы представлены биоценозами растительных и животных сообществ флоры и фауны; биотические  подсистемы сельскохозяйственных экосистем  представлены агрозообиоценозами конкретных сельскохозяйственных предприятий.

      Абиотические  подсистемы в природе и сельском хозяйстве тождественны и представлены твердыми, жидкими и газообразными  объектами окружающей среды, в составе  наземных, водных и воздушных экосистем. Главной, конечной целью продукционного процесса в естественных экосистемах  и производственного процесса в  сельском хозяйстве является воспроизводство  растительной и животной биомассы живого вещества.

      Этим  обусловлено сходство организации  и основных закономерностей вещественно-энергетического  обмена в продукционных процессах  экологических систем природы и  в производственных процессах сельскохозяйственных предприятий.

      Тождественность конечных целей: получение новой  биомассы живого вещества в природных  и антропогенных экосистемах  обуславливает общность основных условий их существования, функций жизнедеятельности и процессов воспроизводства продукции.

      Основным  условием существования и жизнедеятельности  экосистем природы, равно как  и производственной деятельности предприятий  сельского хозяйства, является открытость этих систем, обеспечивающая свободный  вещественно-энергетический обмен  с внешней средой, эффективность  которого является основным фактором успешного развития продукционных  и производственных процессов.

      И природным экологическим системам и хозяйствам присущи такие характерные  для них функциональные свойства как стремление к достижению стабильности продукционных и производственных процессов, оптимальных условий  существования популяций биологических  объектов в экосистемах природы  и выращиваемых сортов сельскохозяйственных культур и пород животных, разводимых в сельском хозяйстве; стремление к  достижению максимального количества воспроизводимой биомассы.

      Основной  отличительной особенностью экологических  систем природы, позволяющей утверждать их неоспоримое преимущество перед  производительными агроэкосистемами, созданными человеком, являются их значительно  большие продукционные возможности  и конечные результаты производства продукции растительной и животной биомассы. Более высокая эффективность  продукционных процессов экосистем  природы обусловлена способностью к саморегуляции жизненно важных процессов, выражающаяся в формировании постоянно надежных вещественно-энергетических связей обеспечения жизнедеятельности  биотических подсистем, авторегуляции  пространственных размеров и продукционных  возможностей экосистем до оптимальных.

      Продукционное превосходство естественных экологических  систем интегрировано выражено меньшими временными периодами на формирование продукции растительной и животной биомассы по сравнению с периодами  времени, необходимыми для получения  продукции на предприятиях сельского  хозяйства. В природных экосистемах  полностью отсутствуют этапы  производства средств производства, производства ресурсов производства и  организации инфраструктуры. Продукционный  процесс развивается по возможно кратчайшей схеме: энерговещественные ресурсы – продукция. В то время как современное промышленное сельское хозяйство невозможно без предварительных сложных и дорогостоящих производственных этапов, являющихся неотъемлемой частью сложного энерго- и ресурсоемкого многоэтапного процесса промышленного сельскохозяйственного производства, реализуемого по более значительно сложной временной схеме: разработка исходных ресурсов природы à производство средств производства (удобрений, ядохимикатов, оборудования, систем машин и механизмов) à производство объектов и организация инфраструктуры сельскохозяйственных предприятий à основной производственный процесс, также включающий ряд агротехнических и зоотехнических звеньев. Схема показывает, насколько более сложен и менее эффективен процесс производства сельскохозяйственной продукции по сравнению с продукционным процессом формирования растительной и животной биомассы в естественных экологических системах.

      Вышеизложенное  позволяет сделать вывод о  большем совершенстве организации  экосистем природы, вещественно-энергетическом совершенстве их продукционных процессов  и общей продукционной эффективности  по сравнению с аналогичными показателями агроэкологических систем.

      Тем не менее, правомерен и другой вывод, имеющий важное практическое значение: в связи с изложенным можно  констатировать безусловное сходство организации и основных процессов  формирования продукции в экологических  системах природы и сельскохозяйственных предприятиях.

      Таким образом, вполне правомерна постановка вопроса о принципиальном подобии  сельскохозяйственных предприятий  естественным экосистемам.

      Принцип подобия его в приложении к  сельскому хозяйству может быть изложен в такой формулировке: сельскохозяйственные предприятия как антропогенные агроэкологические системы тем более эффективны в продукционном, экологическом и экономическом отношениях по результатам своей производственной деятельности, чем более их организация и механизм производственного процесса подобны организации и продукционным процессам экологических систем природы.

      Принцип подобия может быть эффективно использован  в качестве теоретической основы для совершенствования сельского  хозяйства XXI века. Этот принцип ориентирует на создание хозяйств нового типа на основе использования в их организационной структуре и механизме производственного процесса элементов организации и особенностей продукционного процесса естественных экологических систем.

      Организация таких хозяйств позволит значительно  уменьшить приток извне вещественно-энергетических ресурсов и материально-технических  средств, необходимых для обеспечения  производственного процесса. Это, в  свою очередь, повысит продукционную, экономическую и экологическую  эффективность их производства, поскольку  значительное количество ресурсов для  производства будут воспроизводить сами хозяйства.

      В связи с изложенным можно предположить, что создание хозяйств нового типа на основе применения в их организации  принципа подобия естественным экологическим  системам может быть делом недалекого будущего.

      Действие  принципа подобия распространяется не только на сельскохозяйственную сферу  деятельности. Этот принцип проявляет  себя в любом направлении человеческой деятельности, в которую вовлечены  биотические, абиотические объекты  и экосистемы природы. В приложении к таким видам деятельности принцип  подобия имеет следующую формулировку:  любые антропогенные экологические системы, в организации и работе которых участвуют объекты природы, тем более эффективны по результатам деятельности (в своем функциональном назначении) экологически совместимы с жизнедеятельностью биосферы земли и совершенны по формам своей организации, чем более по данным критериям они подобны аналогичным системам природы. 
 
 

3.Биоремедиация.

Использование природных микроорганизмов для  биоремедиации было продемонстрировано при ликвидации загрязнения нефтью берегов Аляски после печально известной  катастрофы там танкера, в результате чего одиннадцать миллионов галлонов нефти вылилось в море. Около полутора тысяч километров береговой линии  оказалось загрязнено нефтью. Было привлечено около 11 тысяч рабочих, разнообразное  оборудование и техника, затрачивалось  по 1 млн. долл. в день. 
 
Процедура биоремедиации  береговой линии состояла во внесении в почву азотсодержащего удобрения, стимулирующего метаболизм природных микроорганизмов, способных к деградации содержащихся в нефти углеводородов. Оказалось, что этот метод в 3–5 раз ускоряет процесс деградации нефти.  В результате проведенной биоремедиации отрицательный эффект от загрязнения нефтью, который, по расчетам, продлился бы 10 лет, был сокращен до 2 лет. Что касается затрат на биоремедиацию, то они составили менее 1 млн. долларов. 
 
Как видим, самым распространенным является загрязнение нефтью и различными нефтехимическими продуктами. Существует ряд технологий обработки загрязненных грунтов. Наиболее распространены сжигание, захоронение и биоокисление. По имеющимся сравнительным оценкам, биоокисление является наиболее дешевым, экологически безопасным и перспективным методом. В литературе для обозначения этого процесса используются термины «биодеградация», «биовосстановление», «биорекультивация» и «биоремедиация». 
В основу очистки нефтяных загрязнений методами биоокисления положена биохимическая деятельность нефтеокисляющих микроорганизмов, которые довольно широко распространены в природе. При этом очевидно, что для эффективной очистки нефтяных загрязнений необходимо использовать быстрорастущие штаммы микроорганизмов, интенсивно потребляющих углеводородные субстраты. 
 
Институт ГосНИИсинтезбелок более 30 лет занимается поиском, селекцией и использованием нефтеокисляющих микроорганизмов. Из имеющихся в институте штаммов нефтеокисляющих микроорганизмов были отобраны наиболее эффективные. При получении биопрепаратов за основу была принята технология получения кормового белка, из которой была исключена стадия термической обработки биомассы микроорганизмов, а стадия распылительной сушки при высоких температурах была модернизирована с целью получения жизнеспособной биомассы микроорганизмов в высушенном состоянии. Таким образом, высушенный порошок биопрепарата содержал не менее 1011 живых клеток на 1 грамм. Препарат был назван «Олеоворин» (от латинского названия основного компонента микробной биомассы – бактериального штамма Acinetobacter oleovorum) Этот штамм, как и другие входящие в биопрепарат штаммы микроорганизмов, выделен из природного биоценоза. 
 
Кроме строго нефтеокисляющих микроорганизмов, выделены специальные штаммы, способные эффективно окислять фенол. 
 
Технология проведения работ по очистке различных объектов от нефтяных загрязнений может быть различной в зависимости от конкретных условий. 
 
В случае аварийных разливов нефти на почву при благоприятной гидрогеологической обстановке её очистка производится на месте загрязнения. Производится обваловка участка, перемешивание и структурирование грунта, обработка биопрепаратом. При внесении биогенных компонентов создаются благоприятные условия для развития микрофлоры – как естественной, так и внесенной с биопрепаратом. Для этого почва рыхлится, увлажняется, поддерживается необходимый уровень содержания в почве компонентов питания микроорганизмов. 
 
При неблагоприятной гидрогеологической обстановке (если существует опасность просачивания загрязнений в водоносные горизонты) грунт для биовосстановления вывозится на специально подготовленные гидроизолированные площадки. 
 
Наиболее удобным методом очистки загрязненных грунтов, в особенности имеющих организационный характер (например, осадки ливневой канализации, загрязнения автозаправочных станций и др.), является создание специальных установок биокомпостирования. Эти установки представляют собой площадки, оборудованные устройствами для распределения осадка на площади карты, рыхления, орошения и дренажа, а также системой внесения биогенных элементов. Желательно также обеспечить условия для поддержания плюсовых температур в холодное время года. На этих площадках в загрязненный грунт вносятся биогенные элементы и биопрепарат, производится мониторинг нефтяных загрязнений, периодическое рыхление, увлажнение и подкормки. Это позволяет в течение теплого времени года довести содержание углеводородов в грунте до уровня ниже 1000 мг/кг. 
 
Сказанное выше касается в основном нерастворимых в воде нефтепродуктов, для которых характерным является поверхностное загрязнение грунта, если только оно не является результатом многолетнего складирования и захоронения нефтезагрязненных почв и осадков (например, в амбарах). Более трудная ситуация возникает в случаях, когда загрязнитель относительно хорошо растворяется в воде. Тогда загрязненная вода проходит в нижние горизонты почвы, поражая грунт и вызывая длительные загрязнения грунтовых вод. 
 
К таким веществам относится, в частности, фенол. Институт ГосНИИсинтезбелок и ООО ПКФ «БИГОР» столкнулись с этой проблемой в связи с ликвидацией последствий железнодорожной аварии в результате которого опрокинулся грузовой поезд с цистернами, заполненными фенолом, повлекшим интенсивное загрязнение территории. Работники железной дороги «ликвидировали» загрязнение методом захоронения, что обнаружилось через 3–4 года, когда фенол просачился в грунтовые воды. 
 
Для решения проблемы очистки почв и грунтовых вод была предложена комплексная технология, включающая следующие стадии: 
   –промывка грунта водой с целью извлечения загрязнений; 
   –откачка из скважин промывной воды; 
   –двухстадийная биологическая очистка промывной воды на биофильтрах, где остаточный фенол деструктуризуется бактериальным консорциумом. 
 
В бактериальном консорциуме, образовавшемся на месте аварии, были выделены 4 основных вида бактерий. Штамм Aureobacterium saperdae 6–204 оказался наиболее активным с точки зрения скорости биодеградации фенола. 
 
Конструкция разработанной установки исключает возможность попадания дренажных вод в подземные горизонты. В процессе биодеградации фенолов не образуется веществ, оказывающих влияние на окружающую среду. Исчерпав фенолы, клетки биопрепарата–деструктора замещаются природной микрофлорой. 
 
Данный способ может быть рекомендован также для очистки подземных загрязнений другими растворимыми в воде органическими веществами. 
 
 
 
 
 
 

Заключение

     В процессе круговорота веществ в  естественных экосистемах увеличивается  разнообразие веществ,повышается устойчивость биологических систем,поддерживаются их равновесие,сбалансированность и  происходит саморегулирование.В экосистеме имеют место прямые связи с  ее внешним окружением и обратные связи двоякого рода-положительные(создание материально-биологических ресурсов в результате синтетических процессов) и отрицательные(расходование ресурсов на синтез и процессы жизнедеятельности).Эти  отрицательные обратные связи и  регулируют состав,численность и  продуктивность живых компонентов  экосистемы или биогеоценоза,поддерживая  тем самым видовые популяции  на определенном уровне численности,создавая предел безграничному увеличению этого  уровня.

     Таким образом в экосистемах формируется  статический тип саморегуляции,который  характеризуется тем,что элементы системы вступают между собой  в слуайные взаимоотношения путем  обмена информацией или совместных действий.Роль же хранителя информации и каналов связи между элементами системы выполняет окружающая среда.

     Структура и функционирование экосистем даже в условиях стабильной природной  среды не бывают неизменными,а проходят ряд последовательных стадий.Как  внутренние ценотические,так и внешние  факторы вызывают различные изменения,в  частности флуктуации,циклически обратимые  сукцессии и более направленные сукцессии изменения.

     При замене природных экосистем  агроэкосистемами у последних формируются новые  специфические черты. По Э.Дж.Райкилу,агроэкосистемы-это  «сверхсистемы»,включающие экологические,экономические  и социальные компоненты.Управление агроэкосистемой в отличие от саморегулирующихся природных экосистем  ведется извне,подчинено внешним  целям. Агроэкосистема- особый случай экосистемы,в которой количество чистой продукции превышает обычный  уровень. Продукцию эту потребляют травоядные,в том числе человек  и животные,которых человек использует на мясо. Стабильность поддерживается за счет  дополнительной  энергии.

     Основой для оптимизации экосистем является познание структурно-функциональной  организации  механизмов  их  саморегуляции.