14

Экологическое восстановление

Одной из задач научных основ рационального природопользования является сохранение биологического разнообразия. Традиционно эта работа ведется в природных резерватах или в “естественных” территориях, где воздействие человека минимально или, как это возможно в случае с некоторыми коренными народами, в местах, где использование природы человеком поддерживает высокое биологическое разнообразие. В настоящее время, однако, все возрастающее число людей, выступающих за рациональное природопользование, обращают свое внимание на более или менее сильно преобразованные территории, такие как заброшенные сельскохозяйственные поля, коммунальные коридоры, обочины автострад, деградированные водно-болотные угодья, еутрофизированные озера, реки перекрытые дамбами или спрямленные каналами и даже брошенные шахты и карьеры. Такие территории предоставляют возможность сделать вклад в сохранение биоразнообразия не только путем охраны и поддержания популяций и сообществ, которые сохранились здесь, но и путем увеличения ценности этих местообитаний через активную программу экологического восстановления. Мы займемся этим подходом здесь.

Хотя оно было признано как стратегия рационального природопользования только лишь в последнее десятилетие и получило признание как дисциплина только в последние несколько лет, экологическое восстановление сейчас играет важную роль в планировании и программах государственных агентств, таких как Служба Национальных Парков и Армейский Корпус Инженеров, также как и неправительственных организаций (НГО) таких как TNC, Общество Аудюбона и Сьерра Клуб. Экологическое восстановление это распускающееся поле, о чем свидетельствует рост двух научных обществ – Общества Экологического Восстановления (созданного в 1987) и Экологического Общества Америки, а также создание ими новых журналов Restoration Ecology и Ecological Applications соответственно. Сегодня приверженцы экологического восстановления находятся в процессе открытия второй границы рационального природопользования – сохранение биоразнообразия и других особенностей естественного ландшафта на территориях, о которых предшествовавшие поколения природоохранников писали как об “утерянном деле”.

Термин экологическое восстановление в действительности один из семейства родственных терминов описывающих различные подходы к задаче экологического исцеления или реабилитации. Эти термины включают восстановление как таковое, также как и реабилитацию, исправление, сотворение заново и экологическая реверсия, определение и обсуждение которых содержится в Разделе 14А.

Врезка 14А

Определения общих терминов, используемых в экологическом восстановлении

Восстановление (Restoration): Слово restore означает “возвращать назад… в предшествующее или исходное состояние” (Новый Университетский Словарь Вебстера 1977). Экологическое восстановление просто означает этот вид деятельности для экологической системы. Восстановление часто рассматривают как отдельную форму менеджмента по рациональному природопользованию, отличающуюся от “сохранения”, “рационального использования”, “управления”, или даже “менеджмента” как такового. Не существует резкого различия между этими различными формами обращения. Все они включают серии попыток компенсировать особым, экологически эффективным путем изменения, которые обычно вызваны активностью человека.

Реабилитация(Rehabilitation): Это широкий термин, который может использоваться для обозначения любых попыток восстановления элементов структуры или функционирования экологических систем, причем, не обязательно подразумевая попытку полного восстановления до какого-либо определенного предшествующего состояния; например, посадка растений для предотвращения эрозии в определенном местообитании.

Исправление(Reclamation): Этот термин обычно используется для реабилитационной работы проводимой в наиболее сильно деградированных местообитаниях, таких как земли, нарушенные карьерными разработками или крупномасштабным строительством. Хотя исправительная работа часто рассматривается как сокращенное от восстановления в наиболее полном его смысле (копия естественной экосистемы не достигается), совершенно очевидно, что это необходимый шаг в процессе восстановления в подобных условиях. В известном смысле это первый шаг к восстановлению более естественной экосистемы.

К сожалению направления исправления и восстановления развивались более или менее независимо, и только недавно обнаружилось существенное взаимодействие между ними.

Сотворение заново(Re-creation): Сотворение заново – это попытка реконструировать экосистему всю сразу в местообитаниях настолько нарушенных, что фактически не осталось ничего, что бы можно было восстанавливать. Новая система может быть смоделирована на основе системы расположенной вне ареала исторической системы или может быть основана в условиях отличных от тех, в которых она встречается в естественных условиях. Такие усилия не являются восстановлением в самом строгом смысле этого слова, но они могут приводить к важному проникновению в суть систем, включенных в эти усилия и условий, поддерживающих существование этих систем, что может быть бесценным для усилий, направленных на восстановление (Aber 1987; Jordan et al. 1987).

Экологическая реверсия(Ecological recovery): Реверсия включает в себя оставление системы в покое, предоставление ее самой себе, обычно в ожидании, что это приведет к возвращению желаемых атрибутов посредством естественной сукцессии. Этот подход нулевого порядка к восстановлению может срабатывать или не срабатывать. Лучше всего рассматривать его как ключевой компонент восстановления – собственный вклад системы, которая была здесь до этого. В таких случаях человек занимающийся восстановлением добивается дополнения и укрепления естественных процессов.

Из всех этих терминов восстановление одновременно и наиболее точно определенный и указывающий на наиболее значимые цели. В таком случае большинство принципов, методик и вопросов, относящихся к другим формам экологической реабилитации в процессе работы подходят к восстановлению и могут быть рассмотрены в этом направлении. По этой причине мы ограничились здесь только обсуждением восстановления.

Начнем наше рассмотрение экологии восстановления с обсуждения характеристик людей, называющих себя восстановителями в следующем порядке.

1. Восстановитель допускает, что система была преобразована некоторым образом в результате прямого или непрямого воздействия человека и делает точное оценочное суждение о желательности восстановления этих изменений. Эта точка зрения является важной, поскольку она признает с самого начала нечто такое, что специалист по рациональному природопользованию иногда стремится оставить вне игры: то, что люди, как и все другие виды, постоянно взаимодействуют с экосистемами, то, что это взаимодействие совершенно невозможно избежать и то, что оно неизбежно изменяет экосистемы. Признание этого является критическим первым шагом в направлении управления любой системой таким образом. Чтобы сохранить ее исторические качества.
2. Восстановитель берет на себя очень точное обязательство по сохранению определенной системы или ландшафта с особыми, исторически определенными свойствами. В противоположность, такие разделы как “менеджмент”, “управление”, и даже “сохранение” оставляют место для значительной неясности в определении целей. Это является одной из причин, почему восстановление оказывается особенно доступным для критики: оно обещает конкретный результат, который может быть объективно оценен.
3. Восстановитель допускает, что возвращение системы к ее историческим условиям – или ее поддержание в присутствие новых воздействий – обычно требует обдуманных действий, для того, чтобы компенсировать эти влияния. Другими словами – это активный, также как и пассивный процесс. Эта точка зрения отражает явное признание не только выдающейся роли людей, которую они могут играть в восстановлении деградировавшей системы, но и их ответственности за исполнение этой роли.
4. Настолько, насколько это возможно, восстановитель также радеет о воссоздании целостной системы во всех ее аспектах, каковые включают в себя динамические и функциональные особенности экосистемы наряду с конкретными элементами, такими как биотические и абиотические компоненты системы.

До недавнего времени охрана и менеджмент естественных территорий были главной составляющей природоохранной практики, в то время как роль явного восстановления была незначительной или вообще не существующей. Тому был ряд причин. Во первых, по крайней мере в Западном Полушарии, естественных или не преобразованных территорий было довольно много и активисты природоохранного дела были озабочены стремлением выделить и защитить эти территории от чрезмерного воздействия человека, до того, как они исчезнут. Второе, есть широко распространенное мнение, что в некотором смысле “восстановленные” системы являются по существу системами второго сорта по отношению к их естественным аналогам. Третье, в представлении некоторых людей истинное восстановление экосистем невозможно. И наконец, есть опасение, что обещание восстановления может быть использовано для подрыва аргументов за сохранение существующих естественных и диких территорий. Другими словами, если у нас есть возможность восстановить любую экосистему, есть ли необходимость сохранять некоторые из них нетронутыми?

В течение ряда последних лет несколько обстоятельств привели к возрастанию интереса к практическому восстановлению, даже среди тех, кто сохраняет крайний скептицизм по поводу нашей способности к созданию аутентичных копий исторических экосистем. Эти обстоятельства включают (1) законодательные требования к восстановлению территорий, нарушенных определенными видами горных разработок также как и восстановлению или воссозданию вводно-болотных угодий для компенсации или “смягчения” повреждений, наносимых таким угодьям вследствие активности добывающей промышленности или строительства (Brenner, 1990) (2) увеличившееся использование восстановительных процедур, включая использование естественной растительности в инженерных проектах, таких как коммуникационные коридоры, обочины дорог и каналы (Crabtree, 1984) (3) растущий интерес к естественной растительности как элементу ландшафтного строительства (Diekelman and Schuster 1982; Smyser 1986); и (4) настолько явный уровень экологических нарушений, что он делает восстановление необходимым и привлекательным.

Уменьшение возможностей для охраны природы, по мере того как существующие естественные территории исчезают или получают статус охраняемых территорий, приводит охранников природы к признанию нарушенных территорий как объектов природоохранных действий. Так же, такие события как резкий рост популяций животных в некоторых охраняемых территориях, катастрофические пожары в Йеллоустоунском Национальном Парке летом 1988 года и массовые пожары по всему Западу в 1996 привлекли внимание широких слоев общественности также как и сообщества профессиональных охранников природы к необходимости более активного менеджмента даже в охраняемых территориях. В дополнение к вышеперечисленным факторам, которые повлияли на желание прилагать усилия по восстановлению, есть общий рост осознания широкой общественностью факта ухудшения состояния ландшафтов как естественных, так и управляемых (Anderson, 1995).

На политической арене крайне опасна перспектива того, что восстановление может восприниматься как альтернатива охране природы. В действительности они являются не альтернативными, но взаимодополняющими частями единой природоохранной стратегии. В известном смысле, охрана природы является целью, а восстановление – одним из способов достижения этой цели. Если рассматривать с этих позиций, то восстановление не является альтернативой охране природы, скорее оно входит в охрану природы и является способом достижения ее, не только в экстремальных условиях, но и в любом ландшафте, который подвергается нежелательному воздействию. Основным принципом восстановления, заимствованным из медицины, является “не навреди!”.

Ценность экологического восстановления заключается в приложении собственных усилий к действительно обратимым потерям, что позволяет природоохранникам перейти в наступление в борьбе за сохранение естественных ландшафтов. Хотя начальная выгода может быть скромной, потенциал восстановительных усилий добавляет новое измерение в работу по охраняемым территориям, а также в менеджмент и охрану природы в целом. Развитие и признание восстановления ведет к охране природы, которая включает улучшение экологического состояния существующих резерватов, их расширение и модификацию за счет восстановления прилежащих деградированных земель и даже создание новых резерватов на хозяйственно измененных или других экологически нарушенных территориях (см., например, Hughes and Bonnicksen, 1990).

Несколько базовых положений являются общими для всех типов восстановительных проектов. Эти положения включают результат или цель, за которые борются, возможность получения аутентичного результата, масштаб проекта и его стоимость. Недавно эти положения были помещены в более концептуальные рамки Hobbs and Norton (1996), которыми был составлен список шагов, важных по их мнению для восстановительных усилий:

1. Прежде всего, выявление и работа с процессами, ведущими к деградации.
2. Определение реальных целей и показателей успеха.
3. Разработка методов для достижения целей.
4. Включение этих методов в менеджмент земель и стратегии планирования.
5. Мониторинг восстановления и оценка успеха.

Фундаментальной задачей экологического восстановления является вернуть определенное местообитание или экосистему к состоянию близкому, насколько это возможно, к ее исходному состоянию до нарушения (Рис. 14.1). Восстановление может также включать улучшение местообитаний для аборигенных видов – в некоторых случаях специально для определенных редких видов. Для достижения любой из этих целей, необходимы некоторые знания о предшествовавшем, ненарушенном состоянии системы, включая знания об ее структуре (видовом составе и относительном обилии видов) и ее функции (динамике биотических и абиотических взаимодействий, включая гидрологию и циклы питания). Конечно, для большинства экологических систем, у нас есть только неполные знания о структуре и функции, но, по крайней мере, некоторое представление о присутствующих доминирующих видах необходимо, чтобы сделать “цель” для восстанавливаемой системы. Уровень знаний о предшествовавшей системе, по крайней мере, частично определяет насколько близко мы можем приблизиться к ней при восстановлении и насколько хорошо мы сможем оценить успех. Один из подходов к определению цели “Показатель биотической целостности” был разработан Джеймсом Карром и обсуждается им в Эссэ 14А.

Рис. 14.1 Траектория восстановительного проекта может рассматриваться в терминах структуры и функционирования экосистемы. Изменения в обоих измерениях возникают во время деградации; восстановительный процесс является попыткой направить систему назад к исходному состоянию. Полное восстановление будет включать возвращение к таковому состоянию; частичное возвращение или другие направления, которые приведут к реконструкции или замещению другой системой. (Bradshaw, 1984 с изменениями).

Эссэ 14А

Измерение биологической целостности

James R. Karr, Университет Вашингтона.

Изменение окружающей среды всегда реально и продолжительно. Изменения на нашей планете вызываются ветром и водой, геологической активностью, астрономическими событиями и работой микроорганизмов, растений и животных. Эти силы активны везде и во всех масштабах в пространстве и времени. Обычно силы с наибольшим потенциалом для катастрофического изменения редки (как извержения вулканов), локальны (как торнадо или пожары от молний) или очень медленны (как наступление и отступание ледовых щитов)

В течение двух последних веков, однако, эта модель изменилась. Активность одного вида Homo sapiens стала основной причиной изменений на поверхности Земли. Влияние человека велико, непрерывно и глобально. Впервые в истории Земли биологический агент – отдельный вид как таковой – способен конкурировать с геофизическими силами в формировании Земли.

Изменение, вызванное человеком, может быть положительным, нейтральным или негативным. Проблема, которая стоит перед природоохранными биологами и другими исследователями окружающей среды состоит в том, чтобы выявить и объяснить изменение, разобраться в причинах, его вызвавших и понять и объяснить его последствия, особенно те, которые приводят к изменению живых систем. Менеджеры ресурсов и окружающей среды хотят определять и рассматривать те изменения, которые имеют негативные последствия, но в то же время они хотели бы избежать потерь ресурсов на изучение изменений с нейтральными или положительными последствиями.

Под негативными последствиями понимаются риски, которые были определены и оценены исторически в отношении их воздействия на здоровье человека; утечка токсических химикатов, например, несомненно представляет прямую угрозу человеческому благополучию. Но прямые угрозы человеческому здоровью не являются единственными рисками в области окружающей среды, с которыми сталкивается общество; другие экологические риски также угрожают нашему благосостоянию.

Человеческая деятельность, которая увеличивает экологические риски простирается от утечки токсических химикатов и чрезмерного высвобождения питательных веществ из смыва с сельскохозяйственных земель до разрушения и фрагментации естественных местообитаний и внедрения заносных видов. Десятилетиями современное общество вело себя так, как будто оно обладает иммунитетом к экологическим рискам; традиционный здравый смысл придерживается того, что эти риски легко могут быть выявлены и затем исправлены до того, как произойдут серьезные нарушения. Это поведение оставило в наследство деградированную окружающую среду.

Для эффективного восстановления деградированных территорий или для охраны существующих территорий высокого качества, мы должны быть в состоянии определить атрибуты “нормальных”, недеградированных или “здоровых” местообитаний как модельных. В противном случае, как мы можем объективно оценивать, являются ли смягчающие и восстановительные технологии удачными и вообще, насколько они необходимы? Один из способов установить базис для измерения успешности восстановления – это определить нормальную “биологическую целостность” системы и затем измерять отклонения от нее.

Фраза биологическая целостность была впервые использована в 1972 году для обоснования цели Акта Чистой Воды США: “восстановить и поддерживать химическую, физическую и биологическую целостность национальных вод”. Это поручение действительно создало легальную основу для охраны водной биоты. К сожалению, это видение биологической целостности не было отражено в исполнительных требованиях акта.

Под целостностью подразумеваются незатронутые условия, либо качество или состояние полноценности и неразделенности. Биологическая целостность определяется как “способность поддерживать сбалансированную, целостную и адаптированную биологическую систему, имеющую полный набор элементов (родов, видов и семейств) и процессов (мутаций, демографических и биотических взаимодействий, динамики энергии и питательных веществ, метапопуляционных процессов) ожидаемых для естественных местообитаний этого региона” (Karr 1996). Неотъемлемой частью данного определения является допущение, что (1) живые системы проявляют себя через многообразие масштабов от особей до ландшафтов; (2) полностью функционирующая живая система включает части, которые поддаются учету (элементы биоразнообразия) плюс процессы, которые создают и поддерживают их; и (3) живые системы вставлены в динамичный эволюционный и биогеографический контексты, которые влияют и, в свою очередь, подвержены влиянию их физического и химического окружения.

К сожалению, Clean Water Act был нацелен на регулирование контроля и сокращение химических загрязнений и, таким образом, на охрану здоровья человека; целостность биологических сообществ игнорировалась (Karr 1991). В результате состояние водных организмов и водной среды стремительно ухудшились в последние десятилетия. Современный кризис водных ресурсов простирается далеко за пределы деградации качества воды вследствие загрязнения; помимо этого мы стоим перед лицом утраты видов, гомогенизации биологических сообществ и утраты рыбных ресурсов. Программы водных ресурсов не защищали и не защищают биологическую целостность в национальных водах, поскольку общество не в состоянии увидеть реки и ландшафт, дренируемый ими в их взаимном единстве. До тех пор пока в нашем коллективном сознании не будет доминировать перспектива целостности, состояние рек будет ухудшаться далее.

В разделе 305 (b) Clean Water Act имеется требование к каждому штату сообщать статус водных ресурсов в его границах, все еще при доминировании числовых химических критериев в оценке стандартов качества воды, что приводит к хронической недооценке реальной деградации. В одном штате принятая химическая оценка не способна оценить до 50% нарушений поверхностных вод по сравнению с более всесторонней, чувствительной и объективной биологической оценкой. Сегодня все больше ресурсных менеджеров признают слабость подхода с использованием химических загрязнителей, агентства штатов и федеральные агентства переходят на использование более сложных биологических критериев – численных оценок или повествовательного изложения которое описывает характеристики живых водных сообществ.

Для применения биологических критериев менеджеры нуждаются в формальных методах отбора проб биоты в водных потоках, оценки полученных данных и четких описаний условий территории исследуемого потока. Я разработал измерительную систему под названием показатель биологической целостности (IBI) для удовлетворения этих потребностей. Сложность биологических систем, и разнообразие воздействий, которые человек оказывает на них, требуют показателя основанного на широкой многомерной базе, которых бы объединял информацию об уровнях особей, популяций и сообществ.

IBI, как и условные экономические показатели, такие как показатель лидирующих экономических индикаторов, дают возможность удобного измерения состояния сложных систем. Оба требуют исходного времени или состояния от которого будущие условия будут оцениваться. Для IBI такое исходное состояние – биологическая целостность – это условия в местообитании с биотой, которая является продуктом эволюционных и биогеографических процессов при относительном отсутствии эффктов современной деятельности человека.

Метрические значения IBI были выбраны, поскольку они отражают специфические и предсказуемые ответы биоты водных потоков на активность человека в ландшафте, который дренирует этот поток (Рис. А). Эти ответы сходны с кривыми дозированных ответов, измеряемыми токсикологами, в которых ответ организма изменяется в зависимости от дозы токсического вещества. Поскольку они дают возможность интегрального измерения кумулятивных эффектов всех человеческих воздействий в изучаемом бассейне, измерение IBI может рассматриваться как экологические кривые дозированного ответа. IBI основан на эмпирически определенных значениях поскольку (1) такие значения имеют биологический и экологический смысл; (2) они увеличиваются или уменьшаются с увеличением влияния человека; (3) они чувствительны к некоторому спектру стрессов; (4) они различают изменения вызванные стрессом от естественных изменений и вариаций выборки; (5) они значимы для общественных интересов; (6) они легки для измерения и трактовки.

Показатель IBI оценивает видовое богатство; индикаторные таксоны (устойчивые и неустойчивые к стрессу), относительное обилие трофических гильдий и других видовых групп, присутствие заносных видов, а также случаи гибридизации, заболеваний и аномалий, вызванных стрессом, таких как повреждения, опухоли или эрозия плавников (для рыбы) и аномалии головной оболочки (для водных насекомых). Для определения IBI в конкретном потоке метрические значения из данного потока сравниваются со значениями, ожидаемыми для относительно ненарушенного потока сходного размера в том же географическом регионе. Каждое измерение имеет значение 5, 3 или 1 в зависимости от того совпадают ли его условия, немного отклоняются или существенно отклоняются от “ненарушенных” условий. Метрические значения затем суммируются для получения индекса (в случае рек среднего запада США, основанного на 12 измерениях) который изменяется от низшего значения 12 там, где совершенно не осталось рыбы, до 60 в водоемах, где ихтиофауна соответствовала таковой в нетронутых или относительно ненарушенных водоемах. IBI или его концептуальные клоны используются сейчас на шести континентах как в пресноводных так и в морских системах. К 1996 году 47 штатов США приняли биологические критерии для оценки состояния водных ресурсов. Агентство охраны окружающей среды штата Огайо, например, использует IBI для обоснования и поддержания возможного использования водных объектов (Рис. В) и поддержания их так называемого Раздела 319 Clean Water Act программы не указанных ресурсов, Раздела 305 (b) Clean Water Act отчетов по качеству внутренних вод и лимитов на выбросы в рамках Национальной системы ограничения выброса загрязнений (NPDES). Концептуальная поддержка IBI сечас распространилась на различные виды водных экосистем (Davis and Simon 1995), включая крупные реки, озера, ветланды, речные коридоры и водохранилища. Таксоны, изученные в процессе развития IBI, включали водоросли, бентосных беспозвоночных и рыб (Ohio EPA 1988; Lyons et al. 1995; Fore et al. 1996).

Ключ к успешному восстановлению, усилиям по смягчению стресса и охране природы имеет объективный путь оценки и сравнения биологической целостности нарушенных местообитаний. IBI предоставляет инструмент для этого и в то же время позволяет менеджерам поставить особые цели биологической целостности для программ восстановления.

Процесс восстановления в действительности включает перемещение системы на новую траекторию развития в направлении ее определенной “цели”, ее предшествовавшего состояния. Насколько далеко система продвинется по этой траектории зависит от ряда вещей, включая уровень знаний о предшествующем состоянии; насколько нарушенной является система; доступность биоты для восстановления; генетическое разнообразие биоты; уровень изменения гидрологии; почвы и геоморфологии; затраты и доступность финансирования и политической воли. Во многих случаях продукт будет не точной копией предшествовавшей системы, но скорее будет представлять крупные изменения в траектории по направлению к цели.

Организация и планирование восстановительных проектов для достижения конечного продукта может быть сложным и охватывать большое разнообразие проблем и задач. Национальный комитет исследований (1992) разработал вопросник, предназначенный для восстановительных проектов, включая вопросы, адресованные к организации и планированию проекта, к самому проекту, и к после проектной стадии (Табл. 14.1). Постановка таких вопросов помогает тем, кто занимается восстановлением определить конечный продукт, довести проект в направлении этого продукта, оценить продукт и сделать необходимую корректировку.

Поскольку процесс восстановления направляется его целями, те, кто занимаются восстановлением, должны уделить немало внимания вопросам, связанным с тем как должны быть определены цели для восстановительного проекта, как должны оцениваться результаты, какова степень до которой восстановление действительно может быть доведено, каково качество восстановленных экосистем, и какова осуществимость выполнения высококачественных восстановительных работ в масштабе, существенном для окружающей среды (см. например, Jordan 1990).

Табл. 14.1. Вопросник для планирования, проведения и оценки восстановительных проектов.

1. Хорошо ли понята и определена проблема, нуждающаяся во вмешательстве?
2. Достигнуто ли взаимопонимание в отношении миссии восстановительной программы?
3. Определены ли цели и задачи?
4. Спланировано ли восстановление в соответствующих рамках и с достаточной компетенцией?
5. Есть ли в восстановительном менеджменте ежегодные или в середине проекта точки корректировки точного соответствия принятым методам?
6. Являются ли выбранные индикаторы – измеримые биологические физические и химические параметры – прямо и уместно связанными с целями проекта?
7. Были ли разработаны адекватные программы мониторинга, надзора, менеджмента и поддержания в течение проекта, так что стоимости мониторинга и детали процесса были предугаданы и результаты мониторинга были бы доступны, чтобы служить вкладом в улучшение технологий восстановления, используемых с развитием проекта?
8. Была ли выбрана соответствующая система (или системы) ссылок, из которой были получены целевые значения выбранных индикаторов для сравнения в процессе оценки проекта?
9. Было ли собрано достаточное количество исходных данных об экосистемах проекта за соответствующий период времени для облегчения сравнения до и после воздействия?
10. Были ли опробованы критические моменты проекта в небольшом экспериментальном масштабе на части территории проекта для минимизации риска неудачи?
11. Был ли проект разработан так, чтобы сделать восстановленную экосистему насколько возможно самоподдерживающейся, чтобы минимизировать усилия по ее поддержанию?
12. Обдумывалось ли насколько долго мониторинг должен продолжаться до того как проект мог бы считаться эффективным?
13. Адекватно ли оценен риск и неопределенность на этапе планирования проекта?

1. Основываясь на результатах мониторинга, были ли достигнуты ожидаемые промежуточные цели? Если нет, были ли приняты соответствующие шаги для того, чтобы исправить эту проблему?
2. Должны ли быть изменены цели или избранные показатели? Если так, то какие изменения необходимы в программе мониторинга?
3. Является ли адекватной программа мониторинга?

1. До какой степени цели и задачи проекта были достигнуты?
2. Насколько сходной по структуре и функциям является восстановленная экосистема с целевой экосистемой?
3. До какой степени восстановленная экосистема самоподдерживающаяся, и какая поддержка необходима?
4. Если не все естественные компоненты экосистемы были восстановлены, то были ли восстановлены критические функции экосистемы?
5. Если не все естественные компоненты экосистемы были восстановлены, то были ли восстановлены критические компоненты экосистемы?
6. Как много времени занял проект?
7. Какие уроки можно извлечь из этого проекта?
8. Были ли эти уроки распространены среди заинтересованных лиц для максимизации возможностей технологического обмена?
9. Каковой была окончательная стоимость, в терминах чистой окончательной оценки, восстановительного проекта?
10. Какие экологические, экономические и социальные преимущества реализовались в течение проекта?
11. Насколько эффективным по затратам был проект?
12. Мог ли другой подход к восстановлению привести к желаемым результатам за меньшую стоимость?

Из этих вопросов наиболее фундаментальные связаны с определением целей и задач восстановительных проектов. Кажется, что такое определение должно быть простым, но оно часто является сложным и включает трудные решения и компромиссы. Идеально, восстановление воспроизводит целую систему в смысле полноты во всех ее аспектах – генетическом, популяционном, экосистемном и ландшафтном. Это означает не только воспроизводство состава, структуры и функций системы, но также ее динамики – даже допускающей эволюционные, также как и экологические изменения. Действительно, один практик отстаивал то, что цели восстановительных проектов должны быть определены как “движущиеся картинки” скорее, чем “моментальные фотографии” (Dunwiddie 1992). Ограничения здесь таковы, что объекты такие как виды обычно легче определить в планировании восстановительных проектов – и осуществлять мониторинг при оценке их успеха – чем такие процессы как экосистемные функции и динамика сообществ, не говоря уже об эволюционных изменениях. В результате все еще есть тенденция изображать восстановительные проекты в более или менее статических терминах.

Учитывая сказанное выше, насколько хороша может быть работа, которую в состоянии делать человек, занимающийся восстановлением, при современном уровне этого мастерства? Насколько реально восстановить исходные экосистемы? Ответы различны для различных типов экосистем и зависят, конечно, от природы и степени имеющегося воздействия или деградации. Удовлетворительный ответ принимает во внимание не только соответствие итоговой системы – в том смысле насколько близко она напоминает модельную или эталонную систему в отношении экологических параметров, таких как состав, структура, функция и динамика – но также ее подлинность в более широком смысле, принимая во внимание ее историческое и эстетическое значение. Большинство этих проблем не исследовались в деталях и исследования даже наиболее ярких экологических параметров, определяющих успех восстановительных усилий, находятся все еще во младенчестве (Общество Экологического Восстановления 1990). Действительно, восстановление предлагает фундаментальную проблему для экологов: проблему определения тех аспектов экосистемы, которые являются наиболее важными.

Наиболее обширная работа в этой области была проведена на ветландах. Уполномоченное законом в некоторых ситуациях, восстановление ветландов стало бурно развивающимся бизнесом, однако есть озабоченность среди природоохранников по поводу качества итоговых систем. В нескольких случаях, в которых делались попытки сравнить восстановленные экосистемы с их естественными аналогами, интерпретация результатов широко варьировала. В одном широко цитируемом исследовании приливных маршей, которые были восстановлены в заливе Сан Диего, Калифорния, исследователи обнаружили, что, хотя восстановленные ветланды напоминали эталонную систему в отношении скорости фиксации азота в корневой зоне, они существенно различались по десяти другим измерениям структуры, состава и функций (Zedler and Langis 1991). Очерк 14В Joy Zedler описывает этот опыт.

За два последних столетия около 53%территории ветландов в континентальной части США (без Аляски) было разрушено, в основном за счет дренажа для сельского хозяйства (Dahl 1990). Это соответствует средней скорости примерно 1 акр в минуту, при общей потере более 116 миллионов акров за 200 лет. В 48 континентальных штатах осталось только около 100 миллионов акров ветландов. Не удивительно, что лидеры природоохранного движения разработали политику “не допустить потерь ветландов по площади и функциям (The Conservation Foundation 1988), и National Research Council (1992) призвали к восстановлению 10 миллионов акров к 2010 году. Это эссе посвящено тому, почему, где и как мы должны двигаться, чтобы достичь эту цель.

Почему ветланды должны быть восстановлены связано с их многочисленными функциями ландшафтного уровня. Ветланды работают как “губки”, обеспечивая защиту от наводнений, сокращением пика водности и сокращают эрозию берегов. Для пользователей воды ниже по течению, они являются “почками” ландшафта, поскольку они фильтруют осадки, питательные вещества и загрязнители из протекающей воды, и поэтому улучшают качество воды. Для местных и мигрирующих животных они являются “супермаркетами” которые предоставляют большое разнообразие пищи. Ветланды создают древесину, водоплавающих птиц, и другие продукты, имеющие экономическое значение. Дополнительно, они приятны эстетически, что частично является причиной того, что более 160 миллионов американцев тратят 14.3 миллиарда долларов каждый год, наблюдая, фотографируя и наслаждаясь природой (Duda 1991). Ресурсные агентства и менеджеры согласны в том, что ветланды выполняют критические функции во благо человечества.

Где ветланды должны быть восстановлены - более спорная проблема, и такая, что может быть аргументирована с различных точек зрения. Поскольку Калифорния потеряла наибольшую часть ее исторических ветландов (91%), возможно она должна иметь наибольший приоритет. Поскольку Флорида претерпела наибольшие потери по площади (более 9 миллионов акров Dahl 1990), возможно здесь есть наибольшая необходимость. С другой стороны Луизиана в настоящее время теряет ветланды с наивысшей скоростью.

Возможно величайшая угроза ветландам в будущем вырисовывается для приморских ветландов. Только 7% от сохранившихся национальных ветландов встречаются вдоль побережья, куда мигрирует большая часть населения, принося с собой возрастающий пресс на освоение ветландов. Прибрежные ветланды также потенциально находятся под угрозой поднимающегося уровня моря в связи с глобальным потеплением. Повышение температуры на 3˚С к 2100 вызовет предсказуемое повышение уровня моря на 1м, что уничтожит 65% береговых маршей в континентальных США (Park et al. 1989). Таким образом, береговые ветланды возможно имеют наибольшую необходимость в восстановлении.

Восстановление ветландов не всегда выполнимо, но оно возможно там, где топография и гидрология ветландов восстановимы и где экономический компромисс возможен. Например, многие ветланды были мелиорированы канавами или трубами для нужд сельского хозяйства, но были продуктивными только по краю; их дренажные системы могут быть легко перекрыты и характер этих ветландов позволит восстановить их без больших затрат. Такие краевые сельскохозяйственные земли создают замечательные возможности для восстановления ветландов на ландшафтном уровне (National Research Council 1992).

Наиболее сложный вопрос – это как ветланды могут быть восстановлены в большом масштабе. В некоторых местах это относительно просто и связано лишь с восстановлением гидрологии которая позволит дальнейшее развитие естественных ветландов. На севере Флоридских Эверглейдс рабочий план состоит в возвращении реки Kissimmee в ее историческое извилистое русло путем разрушения 90км прямого канала, прорытого в 1960е годы, который уничтожил 45000 акров пойменных ветландов и привел к сокращению популяций водоплавающих птиц на 90% (Koebel 1995). Перемещение реки назад в ее естественное меандрирующее русло восстановит большую часть этой поймы (Toth et al. 1995). Этот проект имеет большие шансы на успех, поскольку речное русло все еще не поврежденное и виды естественных ветландов встречаются неподалеку(Harris et al. 1995; Trexler 1995; Weller 1995).

В других местах восстановление намного более сложно. Попытка восстановления соленых маршей Южной Калифорнии может представлять одну из наиболее сложных задач. В районе Сан Диего 85% соленых маршей исчезли, рунные бассейны существенно преобразованы, на реках установлены дамбы, и загрязненные воды текут в каждый береговой ветланд. Участки ветландов окружены урбанизированными территориями без буферных зон, отделяющих ветланды от развитых территорий. Многие из видов южно калифорнийских ветландов считаются “чувствительными” или находящимися под угрозой исчезновения; например, список чувствительных видов Для Эстуария Тихуана включает одно растение, семь беспозвоночных, две рептилии и четырнадцать птиц.

Значительное внимание было уделено восстановлению гнездовых местообитаний одной птицы из федерального списка угрожаемых видов легконогого водяного пастушка (Rallus longirostris levipes). Это оседлая птица южно калифорнийских соленых маршей. В качестве смягчения воздействий на естественные ветланды, вызванное расширением шоссейной дороги была сделана новая дорога, новый канал для контроля наводнений, и два марша были созданы в заливе Сан Диего только для водяного пастушка. Первый проект улучшения включал 12 акров из серии островов и каналов, созданных в 1984 году. В 1990 дополнительное местообитание в 17 акров было выкопано землечерпалкой. На сегодня пастушки не гнездятся ни в одном из этих местообитаний.

В этих созданных соленых маршах было несколько несоответствий по сравнению с естественными эталонными маршами, включая меньшее обилие эпибентосных беспозвоночных (Scatolini and Zedler 1996), более низкую растительность (Zedler 1993) и низкую концентрацию органического вещества и азота в почве (Langis et al. 1991). С точки зрения водяного пастушка, низкий рост растений может быть наибольшей проблемой: в момент прилива растительный покров полностью погружается, не оставляя пространства для пастушков, их гнезд и птенцов.

Цепь событий объясняет более низкий растительный покров в этих созданных маршах. Песчаные отложения плохо удерживают питательные вещества, поэтому они не накапливаются. Азот ограничивает рост растений, особенно в высоту. Низкое содержание органических веществ еще более ограничивает скорость фиксации азота и, возможно, ограничивает развитие беспозвоночных, которые помогают реутилизировать элементы минерального питания. Наконец, низкая растительность кажется не походящей для использования жуками (Coleomegilla fuscilabris), которые уничтожают чешуйчатых насекомых (Haliaspis spartina), которые, в свою очередь, являются естественными вредителями сообществ песколюбки (Ammophylla sp.) (Boyer and Zedler 1996). Вспышки численности чешуйчатых насекомых далее снижают рост песколюбки. Эксперименты по удобрению почвы как органическими веществами, так и азотом улучшали рост растений в течение первых двух лет, но чешуйчатые насекомые сокращали рост растений на третий год. Текущие эксперименты имеют целью создать высокие растения до момента резкого увеличения популяции чешуйчатых насекомых.

Из проблем, которые досаждали попыткам восстановления в заливе Сан Диего, мы заключили, что мы все еще не в состоянии воссоздать самоподдерживающиеся соленые марши или восстановить самоподдерживающиеся популяции исчезающих видов птиц наших соленых маршей. Все еще не ясно сейчас как гарантировать долговременный успех. Наши исчезающие виды могут быть наиболее сложными компонентами для восстановления в экосистемах ветландов. Из за высокой специфичности их местообитаний, они выпадают первыми при изменении местообитаний и, возможно, последними, кто возвращается в искусственно созданные местообитания.

Мы знаем почему ветланды необходимо восстанавливать: для восстановления гидрологии, качества воды и функций местообитаний. Мы имеем некоторые представления о том где может быть достигнут наибольший результат в кратчайший период времени: на крайне мало продуктивных сельскохозяйственных землях. Мы знаем как восстанавливать ветланды там где местообитания не настолько нарушены и где регионально биоразнообразие не настолько истощено: восстановить гидрологию, пересадить естественную растительность и ждать, пока популяции животных не займут новые местообитания. Что мы все еще не можем гарантировать – это восстановление местообитаний для наиболее чувствительных видов в регионе, где местообитания сильно нарушены и популяции критически важных компонентов пищевых сетей не обильны. Это область, в которой студенты и исследователи могут сделать очень многое.

Суммируя их впечатления об успехе попыток восстановить различные варианты ветландов, Kusler and Kentula (1990) заключают: “Полное копирование естественных ветландов невозможно в связи с их сложностью и разнообразием естественных также как и созданных или восстановленных систем и тонкими связями между гидрологией, почвами, растительностью, животными и питательными элементами, которые могли развиваться тысячелетиями в естественных системах. Тем не менее, опыт, накопленный к сегодняшнему дню предполагает, что некоторые типы ветландов могут быть приблизительно скопированы и определенные функции ветландов могут быть восстановлены, созданы или улучшены в определенном контексте. Часто возможно восстановить или создать ветланд с растительностью, напоминающей таковую естественных ветландов. Это не означает, однако, что он будет иметь местообитания или другие ценности аналогичные таковым в естественных ветландах, также как и то, что он будет устойчивым, т.е. на протяжении длительного времени элементом ландшафта, подобно многим естественным ветландам.”

Дополнительно к работе по ветландам, существенная работа была сделана по оценке усилий по восстановлению озер (Cooke et al. 1986) и рек и ручьев (Gore 1985). Напротив, оценки попыток восстановить наземные экосистемы часто не систематичны и имеют ограниченное применение (Jordan 1990). Большинство исследований касается только некоторых особенностей системы – обычно особенностей состава и структуры – чаще чем более трудных функциональных или динамических атрибутов. Тем не менее, комментарии экологов по поводу некоторых проектов наивысшего качества, таких как Зеленая Прерия Арборетума Университета Висконсина (Cottam 1987, обсуждается ниже) И эстуария Лососевой реки в Орегоне (Morlan and Frenkel 1992), предполагают, что восстановление по крайней мере некоторых экосистемвозможно в благоприятных условиях.

Один момент, который совершенно ясен из восстановительных исследований на сегодняшний день заключается в том, что возможность восстановления сильно изменяется от системы к системе. Некоторые системы, как например определенные приливные ветланды, которые содержат несколько видов растений и относительно просты по структуре, могут быть восстановлены достаточно хорошо в благоприятных условиях. Другие, такие как торфяные болота, где торф был удален или сильно нарушен, вглядят не поддающимися восстановлению. Таким образом, невозможно сделать общее обсуждение восстановимости экосистем. Это допущение само по себе представляет важное достижение в природоохранной и восстановительной мысли.

Дополнительное предостережение должно быть вставлено здесь и повторено позже. Как было упомянуто выше, когда определяются цели восстановительного проекта, необходимо иметь в виду, что большинство экологических систем находятся в постоянном изменении и в действительности представляют движущуюся цель для того, кто занимается восстановлением. Традиционная точка зрения, что естественные экосистемы всегда сбалансированы и находятся в равновесии вызвала проблемы в природоохранной науке в целом (Sprugel 1991) и оказывалась неверной настолько часто, что экологи повернулись к новой неравновесной парадигме, обсуждаемой в этой книге (Wu and Loucks 1995). Ее истинность еще более очевидна в восстановительных исследованиях (Wyant et al. 1995).

Размер восстановительных проектов является центральным вопросом который имеет важное отношение к его последующему успеху или провалу. Дополнительными вопрсами о качестве или соответствии восстановленных экосистем являются вопросы о временном и пространственном масштабах, в которых восстановление было выполнено и степени до которой восстановительные усилия могут быть расширены без чрезмерной потери качества (Рис. 14.2). National Research Council (1992) дает четыре уазания, которые необходимо принять во внимание при определении размера восстановительного проекта:

1. Проект должен быть достаточно большим для минимизации опасного эффекта краевых условий и событий внутренней динамики.
2. Проект должен быть такого размера, чтобы менеджер был в состоянии добавить, контролировать или удалить, если необходимо, нарушения в системе.
3. Проект должен быть достаточно большим, чтобы позволять измерить различные эффекты, для оценки успеха проекта.
4. Размер проекта должен соответствовать средствам.

Можно предположить, что наилучшим специалистом по восстановлению является тот кто работает в умеренном масштабе, включая относительно трудоемкие процедуры. Можно также предположить, что попытки увеличить масштаб проекта в пространстве или времени с необходимостью повлекут за собой компромиссы по качеству. В некоторых случаях это правда. В настоящее время наилучшие восстановленные прерии, например, те, которые были посажены с использованием трудоемких (“садоводческих”) методов, и которые относительно малы по площади (Рис. 14.3). Зеленая Прерия в Арборетуме Университета Висконсина, например, составляет всего 16 гектаров. Часть прерии посаженной в Мортон Арборетуме в пригороде Чикаго, вероятно наиболее тщательно посаженная прерия из всех известных и занимает только несколько гектаров. Это территория высокого качества в отношении присутствия и распространения сосудистых растений, по сравнению с частью прерии которая была добавлена позже с использованием менее трудоемких методов. Попытка расширить до 250 га восстановленную прерию в Фермилаб привела к дальнейшему ухудшению качества. Проблемы, включая низкое разнообразие естественных видов, непредставленности редких видов или видов сложных при размножении и уходе и большая доля заносных видов.

Наблюдения подобные этому ведут к определенному пессимизму в отношении ценности восстановления в практике охраны природы. Здесь специалист по восстановлению кажется зажатым между экологическим подходом с одной стороны и техническими и экономическими ограничениями с другой. Экологическое качество частично зависит от размера: чем больше, тем, обычно, лучше из за различных функциональных соображений и особенностей островной биогеографии (Глава 10). Напротив, расширение проекта, даже если оно благоприятно для всей экосистемы, скорее всего приведет к издержкам в некоторых компонентах системы – по крайней мере в короткий срок.

Есть несколько причин полагать, что возможно создавать восстановленные экосистемы высокого экологического качества в большом масштабе. Первое, это принцип, основанный на теории островной биогеографии, что большой размер действительно помогает. Большие местообитания имеют более полную функциональную инфраструктуру (большее разнообразие почв и экспозиций, более протяженные и полные гидрологические системы и т.д.) и могут поддерживать больше видов. Сходным образом, более крупные местообитания имеют большую возможность к самовосстановлению, чем мелкие местообитания и вследствие этого подталкивают восстановительные усилия более эффективно по направлению к цели. Даже при скромных усилиях по обеспечению своевременного внедрения видов и сохранения процессов нарушений таких как выжигание или выпас на протяжении многих лет, можно ожидать, что крупномасштабные проекты будут постепенно улучшаться посредством того, что может быть названо “субсидирующей сукцессией”до того момента, когда они достигнут даже более высокого качества, чем более интенсивно восстановленные мелкомасштабные проекты.

Второе, родственное соображение касается того, что абиотическая система, которая остается полностью нетронутой или легко восстановимой, даже не смотря на глубокие преобразования в биотической составляющей, создает надежную основу для восстановления компонентов экосистемы. Прекрасным примером является недавнее открытие специалистов по восстановлению прерии, что простое разбрасывание семян растений прерии поверх дернины на старых полях часто приводит к прерии с более “консервативными” или сложными для реинтродукции видами, по сравнению с прерией сделанной более трудоемким и дорогостоящим традиционным методом который начинается с распашки для снятия конкуренции видов и освобождения пространства для видов прерии. Старый метод разрушал экосистему; новый подход одновременно строился на предыдущей экосистеме и брал преимущества богатого ассортимента организационных возможностей, предоставляемых существующей системой, даже если она полностью состоит из заносных видов. Эта работа позволяет предположить, что возможно обойти соотношение качества и количества, достигая восстановления высококачественных систем в большом масштабе.

Восстановительные проекты, предпринятые в большом масштабе (сотни или тысячи гектаров), обычно делают упор на реинтродукции, удалении или преобразовании процессов экосистемного масштаба, таких как пожары, выпас или гидрологические процессы. Небольшие, если вообще какие то преобразования этих сообществ, через реинтродукцию естественных видов или удаление или контроль заносных видов, если это возможно, могут быть только благодаря размеру системы. Так, восстановление тысяч гектаров тропического сухого леса в национальном парке Ганакасте в Коста Рике (описывается ниже), включало в себя прекращение выпаса и выжигания для того, чтобы убрать эффект столетий этой практики (Jordan 1987). Также крупномасштабные проекты по восстановлению ветландов часто включают в себя немногим более, чем восстановление соответствующих гидрологических режимов – это все, что необходимо в некоторых случаях, чтобы гарантировать постепенное восстановление сообщества. Проектом такой направленности можно считать восстановление Kissimmee River во Флориде, чьей целью была пойма на протяжении 166км по течению реки и ожидаемая стоимость 372миллиона долларов (Dahm 1995; Toth 1995).

Стоимость на гектар за восстановление является, конечно, важным соображением, поскольку она придает цену экосистеме, связывает ее экологию с человеческой экономикой, также как и устанавливает пределы размеров проекта. Стоимость является одним из нескольких соображений которые, в конечном итоге, определяют позицию равновесия между восстановлением естественных систем и другими формами землепользования в окультуренном ландшафте. Проект должен быть реалистично определен внутри четких финансовых границ; слишком претенциозный проект или проект выходящий за рамки нормального размера вскоре останется без финансирования и возможно потерпит полную неудачу, просто потому, что выйдет за пределы финансовых ограничений, воздвигнутых вокруг него.

Поскольку стоимость восстановительных проектов изменяется в очень широких пределах¸ невозможно определить каким-нибудь значимым образом “рабочую норму” для восстановления гектара, скажем высокотравной прерии или соленого марша. Более того, стоимости и гонорары за проекты часто становятся основой на рабочей конкуренции, что препятствует публикации такой информации, так что доступные данные обычно неполные, устаревшие или иными словами обманчивые (Guinon 1987). Не смотря на эти разъяснения, несколько приблизительных чисел могут быть полезны. Thompson (1992) сообщает, что образование прерии в Айове из семян может стоить 625 долларов за акр, в то время как стоимость поддержания составляет 12-18 долларов за акр в течение трехлетнего периода. Леса, в зависимости от того, как деревья будут восстанавливаться, могут стоить ощутимо больше. В засушливых районах, где стоимость земли низкая и восстановление затруднено, стоимость восстановления, включая подготовку местообитания, часто в несколько раз выше за один гектар, чем рыночная стоимость земли и может составлять несколько тысяч долларов за гектар.

В простейшем смысле есть два общих подхода к восстановлению, которые существенно различаются. Первое, наиболее знакомое приближение заключается в восстановлении нарушенных территорий до их “естественного состояния”. Однако, мы редко знаем каким было “естественное” состояние – мы можем видеть только то, что существует сейчас. Многие местообитания были подвержены неизвестной истории использования человеком таким образом, что сейчас мы имеем очень слабые представления о том, как бы они могли выглядеть без человеческого влияния. Даже исторические оценки основаны на ландшафтах, которые возможно были изменены поселенцами в доисторическое время. Второй подход к восстановлению заключается в создании системы, которая, хотя и не напоминает естественную ситуацию, имеет серию замечательных характеристик, которые делают территорию лучше, чем она была до восстановления. В обоих случаях, сознательно или бессознательно, человек, занимающийся восстановлением имитирует естественный процесс сукцессии.

В течение последних 25 лет экологи пытались систематизировать теорию, лежащую в основе естественной сукцессии сообществ. Со все возрастающей степенью результаты этой активности находят свой путь в литературу по прикладной экологии и восстановлению, особенно рекомендуя использовать сукцессионную теорию в проблемах менеджмента ресурсов и восстановления. (Hutnik and Davis 1973; Wali 1979; Bradshaw and Chadwik 1980; Dvorak 1984; Green and Salter 1987; Cairns 1988; Hossner 1988; Redente and DePuit 1988). Тщательный обзор того, что делают менеджеры ресурсов предполагает, что в большинстве случаев они в действительности осуществляют менеджмент процесса сукцессии для достижения определенной цели – часто не понимая того, что они поступают именно так.

Большинство процедур управления разработаны так, чтобы либо сократить естественную сукцессионную последовательность – укорить сукцессию (Moore 1993), - либо задержать сообщество на определенной стадии сукцессии которая имеет, как предполагается, несколько привлекательных характеристик. Например, удаление деревьев можжевельника для увеличения площади питания коров, независимо от того, осознается это или нет, является попыткой отодвинуть сукцессию назад и поддерживать сообщество, в котором доминируют высокопродуктивные злаки. Сходным образом, посадка молодых деревьев на сплошных вырубках является попыткой ускорить сукцессию в направлении леса вместо того, чтобы ожидать естественного заселения местообитания. Сознательное использование принципов восстановления, основанных на естественных сукцессионных процессах должно быть более экономичным, чем попытки высаживать растительность и транспортировать животных, используя методы, основанные на традиционных сельскохозяйственных методиках.

Предположим, что экосистема нарушена. Точная природа нарушения определяет потенциальный путь ее восстановления, главным образом потому, что нарушение определяет, то, что осталось для того, чтобы начать процесс восстановления. В общем смысле, никакие нарушения не разрушают местообитание полностью; обычно остаются несколько зачатков растений или животных, какие-то органические вещества от предшествовавшей экосистемы или другие остатки, также как и абиотические особенности местообитания. Мы можем называть эти остатки предыдущей системы остатками или наследием (Рис. 14.4). Эти остатки являются, по существу, исходными материалами, доступными для восстановления экосистемы. Действительно, тип, степень, длительность и интенсивность нарушения влияют на набор остатков. Два лесных пожара в одном и том же типе леса могут иметь резко различные воздействия на последующее направление сукцессии, в зависимости от их пространственной протяженности, температуры огня, времени года, когда был пожар и других переменных. Сходным образом, сплошная вырубка в том же самом типе леса, оставляет иные остатки по сравнению с лесным пожаром.

Вскоре после нарушения местообитания начинается инвазия растений и животных, инвазия которая продолжается в течение всей жизни экосистемы. Во многих случаях внедряющиеся виды достаточно предсказуемы, поскольку они живут по соседству с нарушенной территорией и являются особенно приспособленными для колонизации нарушенных местообитаний. Однако виды которые не являются ни географически близкими к местообитанию ни специально адаптированными к нарушению могут также быть ранними колонистами если они имеют высокую способность к распространению и если местообитание, даже в его нарушенном состоянии предоставляет подходящие ниши. После извержения горы Св. Елены птицами первопоселенцами, включая Junco, были птицы, гнездящиеся на земле, которые могли использовать упавшие деревья как подходящее место для гнездования. Они не были адаптированы к вулканическим ландшафтам, но способность к полету привела их на это место, а упавшие деревья дали важное местообитание для их размножения.

Как для оставшихся видов, так и для мигрантов местообитание должно предоставлять подходящие условия для формирования жизнеспособной популяции. Хотя вид способен пережить нарушение, условия местообитания, возникающие после нарушения, могут не соответствовать условиям, необходимым для его размножения и существования. Сходным образом, если даже мигрирующие виды способны достичь нарушенного местообитания, это не гарантирует, что условия позволят им закрепиться и процветать.

Закрепившись однажды, виды взаимодействуют друг с другом во всем многообразии биотических взаимодействий, которое характеризует нормальные экосистемы. Такие взаимодействия включают отношения хищник – жертва, паразитизм, мутуализм и конкуренцию. В этих условиях некоторые виды будут процветать, в то время как другие просто будут “отброшены” из видовой смеси. Если только один из пары истинных мутуалистов выживет, он не сможет существовать без своего облигатного партнера. Аналогично, прожорливый хищник может полностью уничтожить выжившую популяцию жертвы.

Как только организуются группы видов, они часто изменяют условия местообитания. Представьте, если хотите, лесное местообитание совершенно пустынное после пожара. Тенелюбивые растения не смогут обосноваться или удержаться здесь. В таких условиях остатки и мигранты должны быть выносливыми к солнцу. Закрепившиеся виды изменяют световой режим, создавая возможности для теневыносливых видов, которые прежде были обречены на неудачу. Сходным образом, роющая активность заселяющихся роющих млекопитающих, таких как карманный суслик (Thomomys) может изменить оставшиеся почвенные условия таким путем, который позволит поселение различных свит растений, которые не могли бы быть встречены без активности животных.

Изменения в составе системных компонентов будут продолжаться до тех пор пока видовой состав не устоится и будет существовать в течение достаточно длительного периода, напоминающего некоторую разновидность равновесия, часто называемую климаксом. Конечно, этот “климакс” является фактически иллюзией, поскольку процесс сукцессии происходит всегда. Виды дополняются и удаляются из экосистемы по различным причинам все время. Есть постоянные нарушения различного размера, и всегда появляются новые поселенцы. Мы слабо замечаем маленькие изменения, поскольку в нашем видении экосистемы обычно преобладают крупные, долгоживущие, многолетние виды растений, которые, кажется, не изменяются со временем. Более пристальное исследование обнаруживает, что многие виды очень изменчивы в их появлении и исчезновении. Факт того, что мы не воспринимаем состав сообщества постоянно изменяющимся, может привести к проблемам в процессе восстановления. Как было упомянуто ранее, мы часто выбираем определенную экосистему как цель для восстановления территории, но эта целевая система изменяется со временем. Таким образом, когда мы пытаемся восстановить нарушенное местообитание до условий целевой системы, мы пытаемся поразить движущуюся цель. Еще одна сложность состоит в том, что изменения в экосистеме чаще прерывисты, чем непрерывны, и присутствие порогового феномена может делать сравнение с эталонными участками сложным и обманчивым (Friedel 1991).

Должно быть очевидно, что каждый процесс, составляющий сукцессию, может существенно влиять на итоговый результат и, таким образом, изменять природу эволюционирующей экосистемы. Но, возможно, не столь очевидно, что эти процессы имеют разное значение в различной окружающей среде (MacMahon 1981, 1987). Предполагалось, например, что в аридных районах выживание может быть более важным, чем некоторые другие процессы, поскольку аридные районы имеют непредсказуемую абиотическую среду (Reith and Potter, 1986). В таких условиях определенная последовательность температуры и осадков может не наблюдаться каждый год также предсказуемо, как в более мезофитных условиях (Рис. 14.5). Действительно, в то время как может быть достаточно дождя , чтобы позволить семенам прорасти, проростки могут не найти подходящих условий для их выживания, роста и воспроизведения. Напротив, крайне влажные местообитания, такие как дождевые леса, могут стимулировать быстрый рост и приживание растений. В этих условиях фаза выживания не является критической, но факт того, что растения приживаются настолько быстро, что перегружают определенное местообитание и замедляют другие аспекты сукцессионного процесса. Поэтому, когда мы пытаемся применить наши знания о сукцессии к восстановительному процессу, мы должны обязательно иметь в виду, какие процессы являются ключевыми в определенных условиях среды.

Хотя и далеко не совершенные, наши знания о сукцессии достаточно хороши, для того, чтобы экологические принципы могли служить важным фундаментом для восстановительного процесса. Эти принципы были использованы при восстановлении сообществ от тундры (Cargill and Chapin 1987) до дождевых лесов (Jordan and Farnworth 1982). Фактически, существуют три книги, которые определяют сукцессионную теорию как особую базу для восстановительных стратегий (West et al. 1981; Majer 1989; Luken 1990) и много частных исследований, поддерживающих это направление (напрм. Cairns 1995).

Сейчас мы проанализируем несколько примеров восстановительных усилий, которые иллюстрируют различные проблемы, подходы и масштабы активности. Первый пример представлен очень детально, чтобы продемонстрировать сложности, часто связанные с восстановлением; последующие примеры будут все менее детальными и будут в основном иллюстрировать широту принципов, проблем и возможностей восстановления. Все эти примеры начинают демонстрировать сложность, проблемность и воздавать должное восстановительной экологии и ее роли в масштабных природоохранных задачах.

Поскольку производство энергии и использование ресурсов в Соединенных Штатах часто включает добычу угля, урана или других минералов в аридных территориях, способность восстанавливать местообитания после подобных нарушений имеет большое практическое значение. Однако, поскольку приживание растений происходит медленно и зависит от узкого коридора климатических условий, восстановление земель в аридных районах трудно и дорогостояще. Хотя цель современного восстановления после горных работ включает стабилизацию субстрата, она также включает развитие характеристик сообщества, которое бы формировало самоподдерживающуюся систему, которую не нужно было бы поддерживать в будущем. Это требование образования устойчивого желаемого состояния экосистемы подразумевает больше работы и, поэтому, большую стоимость.

Для этого примера мы посмотрим на исследование восстановления территории подвергшейся открытым разработкам угля (Parmenter and MacMahon 1983; Parmenter et al. 1985, 1991).Исследование было выполнено в Питтсбурге и Мидвэе. Угольная компания Elkol-Sorenson Mine расположена в 8км от Кеммерера на юго-запад в западном Вайоминге (высота 2103м). Среднее количество осадков составляет 22,6 см в год, в основном в виде снега, и очень изменчиво по годам. Май и июнь являются влажными месяцами. Количество осадков в каждом из них составляет приблизительно 2,5см. Среднемесячная температура изменяется от -8С в январе до 17С в июле.

Рельеф характеризуется скругленными холмами, возможная естественная растительность представлена кустарниковой степью (West 1983). Доминирующие кустарники территории включают большую полынь (Artemisia tridentata), кроличий кустарник (Chrysothamnus viscidifolius) и соленый куст Гарднера (Atriplex gardneri) с отдельными особями Purshia tridentata, Ceratoides lanata, Amelanchieralnifolia и серого лошадиного куста (Tetradymia canescens) (Рис. 14.6). Разнообразные обычные злаки были найдены в местообитании, и почвы представлены грубыми карбонатными суглинками.

По окончанию карьерных работ первый этап включал оценку состояния местообитания, поскольку не все участки открытых разработок одинаковы. Например, переворачивание и перемешивание почвенных горизонтов во время вскрышных работ может обеднять почву, выводить на поверхность токсические вещества или существенно изменять структуру почвы. Знания об этих воздействиях являются критичными, поскольку общий потенциал для восстановления часто зависит от местных свойств почвы (Bentham et al. 1992). Одновременно с изменениями почвы появляется вопрос о том, зачатки каких растений могли сохраниться. Эти проблемы были выявлены рано мелиораторами, которые рекомендовали перемещать содранную почву в большие кучи рядом с карьером. Когда карьер был закрыт и засыпан, почва могла быть распределена по поверхности, чтобы служить плодородным грунтом для семян (Рис. 14.7).

Первоначальное появление растений на карьерных местообитаниях обычно связано с человеком. Обычной практикой при восстановлении карьеров является посев семян или посадка сеянцев для инициации и ускорения восстановления местообитания. Быстрое покрытие растениями важно для минимизации почвенной эрозии и поддержки прорастания имеющегося семенного банка. Посаженная растительность предназначается для стабилизации почвы и создания ресурса органического вещества, с которого начнется восстановление почвы. Намерение таково, чтобы желаемые, посеянные виды были успешны и некоторые из местных видов из сохраненной почвы могли также восстановиться.

Это конкретное исследование было предпринято с целью определить (1) действительно ли посадка сеянцев в начальной фазе приведет к ускорению восстановления карьерных разработок в аридных районах по сравнению с посевом семян; (2) будет ли посадка вразброс или в группах и характеристики плотности в аридных районах ускорять приживание растений и благоприятным образом преобразовывать почву; и (3) будет ли создание подходящей архитектуры растительного компонента экосистемы ускорять появление животных.

Для преодоления проблем фазы приживания растений в аридных условиях использовались сеянцы (выращенные из семян, собранных в прилежащих местообитаниях) чаще чем семена (Рис. 14.8). Хотя это дороже чем посев, дополнительные начальные расходы на посадку будут покрыты, поскольку растения не требуют полива или удобрения и также приспособлены к засухе и, таким образом не потребуются усилия по пересеву.

Для посева были выбраны три деревянистых многолетника: большая полынь, кроличий куст и соленый куст Гарднера. Каждый из этих видов формирует “посадочную единицу” или триаду, равносторонний треугольник (со стороной 40см) с растением в каждой вершине. Эти триады были помещены на площадки, представляющие три модели распределения: случайную, регулярную и групповую. Поскольку целью восстановления было создание функционирующей экосистемы, которая напоминает модельную территорию, достижение естественной плотности растений было также важным. Естественная растительность в регионе содержит около 16000 древесных растений на гектар. В исследовании использовались серии экспериментальных посадок с четырьмя различными плотностями растений, каждая представленная тремя моделями распределения. Эти плотности включали значения более, равные или меньшие естественной плотности.

Была сделана большая серия измерений многих аспектов восстанавливаемого сообщества, включая как мезо- так и микрометеорологию, приживание растений, рост, семенную продукцию, движение, приживание и эффективность микоризообразующих грибов, и повторное заселение местообитания животными.

Результаты показали, что как в отношении доживания до определенного возраста, так и образования новых растений из семян, растения высаженные в группах были более успешными, чем в случайных или регулярных посадках. Это можно продемонстрировать на сравнении двух крайних сценариев посадки. Рисунок 14.9А показывает посадку в триадах низкой плотности на площадке с регулярным размещением, тогда как Рисунок 14.9С показывает посадку в триадах высокой плотности на площадке с групповым размещением. Рисунки 14.9B и 14.9D отображают реальное присутствие и увеличение размера растений через три года. На площадке с низкой плотностью только в нескольких триадах все три растения выжили и несколько растений существенно увеличились в размере и практически не было появления новых особей. Напротив, площадка с высокой плотностью имела заметное увеличение размера растений, больший процент выживания, новое пополнение и даже образовала более крупные группы.

Предсказание сделанное в исследовании состояло в том, что посадка в группах была бы предпочтительнее поскольку группы улавливают органическое вещество и споры микоризообразующих грибов. Это предсказание было проверено путем измерения скорости образования микоризных ассоциаций, числа микоризных спор в почве и уровней почвенного органического вещества. Как и было предсказано, все эти измерения были выше в группах, чем в любой другой модели распределения и были обычно более благоприятными при высокой плотности.

Повторное заселение животными было более сложным процессом. Вследствие ограниченной площади карьера, площадки были максимум 0.5 га и это было слишком мало для аккуратного измерения в популяциях крайне подвижных позвоночных животных. Однако, сведения по насекомым показали, что они повторно занимают местообитание быстрее, равно как и беглые наблюдения за позвоночными предполагают лучшую реакцию на групповое размещение.

Две основных темы возникли из этого исследования. Первое – это использование сеянцев вместо семян в этом аридном регионе приводит к лучшему успеху. Исследования с посевами проводились одновременно и были менее успешны. Обычно карьерные местообитания подобные этим нуждаются в нескольких повторных посевах до того как растения приживутся, тогда как посадка сеянцев была успешной с первого раза. Второе, групповая модель посадки ускоряет появление микоризной ассоциации, также как и увеличивает содержание органического вещества в почве. Таким образом, эта модель посадки сама по себе ускорила процесс восстановления и была основной причиной успешного поселения растений и их последующего роста. Более того, использование экологической теории дает существенное и экономическое обоснование для восстановления.

Из всех типов тропического леса листопадный сухой лес наиболее значительно пострадал от активности человека (Рис.14.10). В пантропическом масштабе эти леса были сменены такими культурами как сорго и хлопок и особенно фермами крупного рогатого скота. В Центральной Америке сухие леса раньше простирались от юго-западного побережья Мексики на юг через северо-западную Коста Рику и часть Панамы. Сейчас лес представлен в основном небольшими изолированными островками, которые сохраняются в недоступных местообитаниях, таких как глубокие лога. На аэрофотоснимках эти лесные участки выглядят как маленькие островки в море трав и кустарников.

Восстановление этих лесов, даже в ограниченном масштабе представляется чудовищно трудной задачей. Во-первых, условия, которые вызвали обезлесивание должны быть изменены в первую очередь, и это требует фундаментальных изменений в практике лесопользования. Второе, должно сохраниться достаточное количество лесных ядер, которые будут ресурсом семян для восстановления. Третье, хотя животный мир этих лесных ядер сильно отличается от естественного леса, он по крайней мере должен содержать тех животных, которые критичны для выживания и распространения восстанавливающегося леса, т.е. должно быть достаточное количество и разнообразие опылителей и распространителей семян.

Одно из немногих мест, где сухой лес существует в ядрах достаточно крупных для поддержания экологических условий необходимых для восстановления, является Национальный Парк Гуанакасте на северо-западе Коста Рики. 10700 га парка расположены в низменностях и охватывают амплитуду по высоте от уровня моря до 317м. Естественные леса этого региона состоят из полога деревьев 20 – 30м высотой и подчиненного яруса деревьев 10 – 20м высотой и кустарникового яруса со многими колючими видами и деревянистыми лианами. Две лесные площадки по 4га в этом регионе содержат 44 и 68 видов деревьев, по сравнению с двумя площадками по 4га в Атлантическом дождевом лесу, которые содержат 88 и 112 видов деревьев. На всех площадках десять наиболее обычных видов составляют 45% или более от общей площади сечений (Hartshorn, 1983). Таким образом, различия в видовом богатстве между сухим тропическим лесом и влажным тропическим лесом обеспечивается большим количеством редких видов во влажном лесу. Как цель восстановления, возвращение 10 наиболее обычных видов деревьев будет представлять как минимум почти половину разнообразия древесной биомассы сухих лесов.

Большая часть ландшафта в Гуанакасте была полностью превращена в пастбища, преимущественно монокультуру африканских злаков. Большая часть оставшихся земель деградировала до саванно-подобного ландшафта с несколькими видами деревьев раскиданными по полям сорняков, группами кустарников или маловидовыми вторичными лесами. Пожары являются ключевым процессом деградации и снижение пожарного воздействия является критическим моментом процесса восстановления. Важно отметить, что огонь не является существенной частью режима естественных нарушений в этом регионе, по крайней мере не с той частотой, которая нужна для поддержания злаковников, поскольку грозы с молниями бывают только во влажный сезон. Фермеры устраивают пожары обычно в сухой сезон для предотвращения экспансии древесных видов на их пастбища. В отсутствие пожаров злаки замещаются аборигенными видами деревьев. В течение более десяти лет биологи из Коста Рики вместе с системой Национальных парков и коллегами из США восстанавливают сухой лес на этих землях используя надежные экологические принципы и простую технологию. Их стратегия менеджмента подразделяется на две тактики: сокращение пожаров и способствование распространению семян лесных деревьев. Пожары должны быть исключены для того, чтобы остановить продолжающийся процесс деградации лесов и распространения заносных злаковников. Распространение семян нуждается в усилении, поскольку оставшийся лес фрагментирован на мелкие и изолированные участки и многие агенты нормального распространения отсутствуют. Должны быть найдены альтернативные, эффективные по стоимости пути для переноса семян из лесных пятен в злаковники.

Первая проблема с которой столкнулись менеджеры и разрешили ее было получение прав на менеджмент территории парка для ограничения общественного пользования. Используя эти права, были закрыты ненужные дороги, жестко ограничены места кемпингов и разведения костров, и был запрещен бесконтрольный выпас крупного рогатого скота. Для сокращения числа пожаров менеджерам необходимо было сократить количество очень горимых африканских злаков, которые составляли основу пастбищ в регионе. Поскольку эти злаки могут расти более чем до 2м в высоту, они могут поддерживать очень горячий и быстро распространяющийся пожар который проникает во фрагментированные леса. По обочинам дорог злаки были скошены, стравлены или тщательно выжжены для сокращения случайных и умышленных пожаров.

Как только прекращается выжигание злаковников, естественная древесная растительность быстро начинает внедряться. Например, в одном местообитании по соседству с крупным участком леса злаковник превратился в молодой вторичный лес всего лишь за восемь лет без пожара (Рис. 14.11). Однако, с увеличением расстояния между участками леса естественное распространение семян становится лимитирующим фактором для скорости восстановления леса. Для ускорения распространения семян в злаковники лошадей кормили пищей, содержащей семена важных крупных лесных деревьев, особенно семенами “дерева Гуанакасте” (Enterolobium cyclocarpum, Fabaceae). По мере того как лошади гуляют по злаковникам, они откладывают семена вместе с большим запасом навоза, что представляет высоко эффективный по стоимости подход к восстановлению растительности (Рис. 14.12). По мере созревания этих деревьев они становятся привлекательными “станциями” для остановки в пути для различных птиц и млекопитающих мигрирующих между лесными участками. Таким образом изолированные деревья становятся фокальными точками для дополнительного распространения семян. Деревья, у которых отсутствует эффективное распространение семян на большие расстояния, такие как крупносемянное бобовое Hymenaea courbaril, высаживались вручную.

Этот подход к восстановлению выглядит действенным. Участки парка, которые всего лишь десятилетие назад были полностью заняты африканскими злаками сейчас представляют здоровый вторичный лес из местных видов. (Рис. 14.13).

Два основных урока восстановления иллюстрируются этим примером. Первое, деградированный тропический лес может быть восстановлен в разумном масштабе пространства и времени до тех пор пока лес все еще существует, чтобы служить источником семян и агентов их распространения. Второе, когда осознаны причины деградации, довольно простые технологии могут быть достаточны для инициации процесса восстановления. В этом случае подавление пожаров и ускорение распространения семян были двумя простыми, но ключевыми методиками восстановления. Это наблюдение демонстрирует значение разработки и осуществления концептуальной схемы восстановления, как это было упомянуто выше.

Некоторые из самых ранних усилий по восстановлению были выполнены на деградированных высокотравных прериях на среднем западе США, они начались как проекты Civilian Conservation Corps во время депрессии 1930-х годов. К концу 19 века высокотравная прерия была практически полностью уничтожена на всем ее прежнем огромном ареале, особенно в восточной “кукурузной” части ее ареала, в основном посредством экстенсивного сельского хозяйства. Сохранились только небольшие участки, часто в виде очень мелких пятен, где естественная растительность оставлена неповрежденной, такие как обочины железных дорог и кладбища. Хотя прерии внешне выглядят как очень простые системы, в действительности они имеют довольно высокое разнообразие видов растений и являются пространственно гетерогенными системами. Восстановительные усилия в течение последних 50 лет имели намерением восстановить часть этого разнообразия. (Stevens 1995).

Прерии были объектом основного приложения восстановительных попыток поскольку они приспосабливались для экспериментов в небольшом масштабе и за короткий период. Участки прерий менее одного гектара размером могли восстанавливаться, хотя заявки на восстановление большего размера также предпринимались или предполагались. Несколько обзорных обобщений можно сделать по восстановлению прерий вследствие большого регионального и временного разнообразия условий и того, что каждая попытка имела свой собственный набор уникальных обстоятельств, включая климатические условия, ресурсы семян и растений, историю пожаров и использования для восстановления, а также применявшихся методов посадки (Kline and Howell 1987). Не смотря на имеющееся разнообразие, есть две основных группы проблем, связанных с восстановлением прерий: рост популяций естественных видов прерий и удаление заносных травянистых и древесных видов.

Старейший и, вероятно, наиболее известный восстановительный проект включал прерии Curtis и Greene в арборетуме Университета штата Висконсин (Рис. 14.14). Эти местообитания использовались для выращивания зерновых или под пастбища в течение предыдущего века, и их естественная растительность была практически полностью уничтожена. Восстановительные работы начались в 1930-е годы (Cottam 1987). Подготовка местообитаний для восстановления прерии могла включать различные технологии в зависимости от местных условий и несколько из них было использовано в этих местообитаниях. Если местообитание было полностью занято заносной растительностью эти растения могли быть удалены с применением гербицидов , обработки или стерилизации почвы. Однако, наиболее экстремальные воздействия, такие как стерилизация, являются наиболее разрушительными для почвенных организмов и часто приводят к увеличению периода появления новой растительности и почвенных организмов. Если какая-то желательная растительность присутствует, то выборочное сгребание, дискование почвы или выжигание могло удалить заносные виды и освободить место для видов естественной флоры.

Технологии посадок также были различны. Пересадка дернины прерии, или индивидуальная посадка растений значительно ускоряют успех, но стоят дорого. Напротив, если есть доступная существующая прерия, она может быть скошена в конце сезона и “сено” перенесено на восстанавливаемое местообитание. Семена в “сене” засеют потом новое местообитание.

Наблюдения за восстановленными прериями в местообитаниях Curtis и Greene в течение нескольких десятилетий показали, что это очень динамичные системы с большой долей непредсказуемости по составу видов и структуре сообществ. Детальное картирование прерии каждые 5 лет показало, что состав сообщества в местообитании изменяется со временем и что сообщества изменяют местообитания “в амебообразном движении которое вероятно является ответом на кратковременные климатические события года, непосредственно предшествующего картированию” (Cottam 1987). Такой динамизм за 24-х летний период отражен на Рис. 14.15.

Несколько классов вопросов важны для успешного восстановления прерий (Kline and Howell 1987) и нуждаются в дальнейшем внимании. Первый включает нарушения. Мы знаем, что прерии исторически испытывали нарушения в динамичной мозаичной схеме. Как мы можем создать долговременный соответствующий режим нарушений? Исторически нарушения включали в себя пожары, образование муравейников, и воздействие бизонов. Такие нарушения, вероятно, являются критическими для поддержания естественных видов и удаления заносных, но какая именно модель нарушений является существенной?

Второе, каково значение популяционных взрывов некоторых видов растений? Например, в Висконсинском проекте прерий, растение под названием “хозяин гремучей змеи” (Eryngium yuccifolium) полностью покрыло прерию Curtis, хотя обычно оно обильно (но никогда не доминирует) только в мезофитной естественной прерии (Cottam 1987). Чем вызваны такие взрывы, будут ли они продолжаться и вызывают ли они ослабление других естественных видов?

Третье, обычно рекомендуется, что только адаптированные растения местного происхождения могут использоваться для посадки. Но насколько это важно? Есть ли какие-то преимущества в использовании более удаленных генетических вариаций, хотя бы для увеличения генетического разнообразия? Должны ли использоваться растения из более теплого климата в предвидение глобальных изменений климата? С другой стороны, не будут ли растения не местного происхождения замедлять процесс восстановления, или напротив, не будут ли они вытеснять другие местные виды или особи местного происхождения? Очевидно, многие вопросы остаются для детального рассмотрения в процессе восстановления прерий.

Со времени самых ранних восстановительных усилий в регионе прерий в течение 1930-х, многие сотни проектов были выполнены, часто любителями (Packard and Mutel 1996). Многие, выполненные для образовательных или декоративных целей, были мелкими, но проекты в масштабе от 10 до 20га были обычны. Дальнейшее развитие технологий, включая сукцессионное восстановление (при посеве семян прямо в существующую дернину) и использование выборочного сельскохозяйственного оборудования для таких операций как сбор семян и посадка привело к общему увеличению масштаба проектов в последние годы.

Примечательный проект внутри части круга ускорителя в Национальной Лаборатории Ферми в пригороде Чикаго начался в середине 1070-х и сейчас покрывает около 200га (Nelson 1987). Отдел охраны природы округа Мак Генри сейчас работает над проектом, который будет включать около 600га в северо-восточном Иллинойсе, The Nature Conservancy в Иллинойсе начинает работать над своим “Chicago Wilderness” проектом – программой, которая будет восстанавливать сотни гектаров прерии и других типов экосистем в районе Чикаго. Проект федеральной службы рыб и дикой фауны на Ореховом ручье в центральной Айове будет включать около 2800га прерии, в основном на заброшенных сельскохозяйственных землях (Drobney 1994). Также другие проекты, такие как те, что проводит The Nature Conservancy в Канзасе и Небраске, которые связаны с улучшением существующих прерий более, чем с восстановлением из ничего, имеют дело с пространством многих сотен гектаров.

Конечно, даже десятки тысяч гектаров все еще только маленькая часть миллионов гектаров высокотравных прерий которые существовали в центральной части Северной Америки до появления европейцев. Таким образом, даже то, что выглядит маленьким прогрессом, является крайне важным с точки зрения сохранения биоразнообразия. Результатом этих проектов явилась реинтродукция прерии в регионы в которых она была практически истреблена, и они расширили местообитания для сотен видов естественных растений и животных. Некоторые из этих видов были исключительно редкими и были сокращены лишь до очень малой части их прежнего ареала. Многие проекты восстановления прерий сейчас включают ряд видов, включенных в списки исчезающих видов штата или федерального уровня. Хотя нет доступной полной картины, работы по восстановлению в течение последних трех десятилетий несомненно привели к небольшому увеличению площади прерий в Среднем Западе, повернув вспять двухвековую тенденцию убывания и дали богатую информационную основу того, как восстанавливать экосистемы прерий.

Водные системы – озера, ручьи, реки и переувлажненные земли – являются критическим ресурсом в любом регионе, но имеют историю неправильного использования по всему миру. Дамбы, каналы, выкачивание грунтовой воды, отводы русла и использование как открытые сточные канавы это всего лишь несколько из многих примеров неправильного обращения с водными системами. К счастью многие из этих проблем решаемы, часто путем удаления определенного агента нарушения, другие же требуют значительных восстановительных усилий. Несколько примеров проиллюстрируют некоторые из этих проблем и возможные решения по восстановлению.

Озеро Вашингтон представляет собой озеро площадью 87кв.км. около Сиэтла, штат Вашингтон. Озеро подвергалось воздействию сырых и обработанных отходов Сиэтла большую часть 20 века, и к 1955 году увеличивающееся содержание фосфора привело к цветению синезеленой водоросли (Oscillatoria rubescens) вида, который ранее не обнаруживался в озере (NRC 1992). Присутствие Oscillatoria является классическим индикатором того, что состояние воды в озере быстро ухудшается (Lehman 1986). Из-за выпуска отходов и последовавшего за ним сильного цветения водорослей качество воды продолжало ухудшаться в озере Вашингтон, что привело к формированию общественного мнения против разрушения этого ресурса. Местными властями было сформировано агенство и предоставлены средства для отвода отходов Тихий Океан в Puget Sound. К 1967 году, через четыре года после того как отвод был сделан, 99% ранее поступавших в озеро отходов больше не поступали в озеро Вашингтон. Это отразилось в снижении содержания питательных веществ и имело быстрое воздействие на озеро: прозрачность воды значительно увеличилась, содержание фосфора упало от 70 до 16 мг/литр (NRC 1992). Хотя отвод отходов из озера в Puget Sound казалось только переадресовал проблему, фактически огромный, по сравнению с озером размер водного объекта, сделал дополнительный привнос отходов относительно нормальным. Условия в озере Вашингтон были значительно улучшены просто за счет удаления поступления отходов. Неотразимый и читабельный отчет об истории озера Вашингтон представлен Edmondson (1991).

Такая евтрофикация является обычной проблемой в озерах США и по всему миру. Увеличивающийся уровень элементов минерального питания, таких как фосфор и азот поступающих из сточных канав и со смывом удобрений с полей, стимулирует рост водорослей, фундаментально изменяет биологические, химические и физические условия системы. Такие воды обычно становятся теплее, зеленее и сверхпродуктивными. Когда цветущие водоросли погибают, они опадают на дно и разлагаются, этот процесс отнимает кислород из воды и придонная часть становится анаэробной, убивая крупные организмы, такие как беспозвоночных и рыб. Восстановительный подход в этих случаях стандартный и несложный: исключение ресурса дополнительного питания. Сложности, конечно, возникают от влияния властей и политической воли необходимой для того, чтобы сделать изменения.

Различные типы проблем воздействуют на многие реки по всему миру: фундаментальные изменения в морфологии русла, обычно в результате драгирования, проекты по контролю наводнений или сельскохозяйственная активность в поймах. Такие действия приводят к непреднамеренным изменениям в морфологии реки и течения, обычно вызывая большие проблемы для людей, по сравнению с исходным поведением реки, которое они намеревались изменить. Примером этого может быть река Сан Хуан в юго-западном Колорадо. В 1930-х ивы вдоль берегов Сан Хуан были выжжены, и низменности вдоль реки были распаханы под сельское хозяйство. Это привело к созданию нестабильной и неестественной системы каналов разбитых на несколько “кос” меандрирующих по речной долине (NRC 1992). Почвы речных берегов были сильно эродированы, поскольку ивовые деревья больше не закрепляли их на месте, прилегающие земли были смыты, качество воды ухудшилось, а дороги и ирригационные системы были повреждены.

В попытке восстановить реку до ее начальных условий, был призван гидролог для изучения естественного течения ненарушенной реки в этом районе и для разработки программы восстановления для Сан Хуан. Он создал новое речное русло, поймы и речные террасы, основываясь на узоре меандрирования, соотношение ширины и глубины и модель течения, соответствующую стабильному потоку в регионе. Он задействовал так называемую “мягко-инженерную” технологию, которая использует естественные материалы и принимает во внимание естественные тенденции речного потока. Вместо того, чтобы строить бетонный и стальной канал или положится на каменные заслоны (большие камни, используемые для искусственной стабилизации дна), он использовал естественные материалы, такие как стволы деревьев, валуны, корни и растительность для укрепления нового речного русла. Новая модель меандрирования оставалась стабильной в течение пяти лет, переносила отложения так как она должна, и справлялась с наводнениями без проблем. Проект продемонстрировал, что понимание естественного и предсказуемого речного течения является ключевым моментом для восстановления системы без использования сложных технологий и создания искусственных сооружений. “Мягкая” технология позволит в конечном итоге реке вернуться в более естественное состояние, чем искусственные материалы, и при этом при меньшей стоимости. Этот проект был частью обоснования массового освобождения подпрудных вод в реку Колорадо весной 1996 для восстановления ее прежней геоморфологии – крупное. Высокой интенсивности, кратковременное восстановительное усилие, которое, как показали предшествовавшие результаты, было довольно успешным.

Наконец, переувлажненные земли по всему миру быстро сокращаются за несколько последних столетий. В континентальных США около 53% от оценочного естественного распространения переувлажненных земель было потеряно за последние два века (Dahl 1990; Рис. 14.16). Топи, поймы, болота, трясины, марши, ключи и другие переувлажненные земли, которые выполняют жизненно важные экосистемные функции и являются центрами биоразнообразия были дренированы, мелиорированы, выкачаны. Очевидное восстановительное мероприятие в этих случаях – это восстановление прежних гидрологических условий путем восстановления прежних потоков воды. Дренажные канвы могут быть закрыты, откачка воды остановлена, запруды удалены и так далее.

Потенциальным лимитирующим и усложняющим фактором в этом виде восстановления будет доступность зачатков или мигрантов на вновь восстановленные переувлажненные земли. Если только несколько лет прошло с момента осушения, банк жизнеспособных семян может все еще существовать в местных почвах, так что естественное растительное сообщество может самовосстановиться. Если имеется коридор с соответствующими условиями к другим переувлажненным участкам или связанным с ними дренированным землям, то животные, такие как амфибии и рептилии могут прийти назад в систему путем естественной миграции. Однако, в отсутствие естественной реколонизации, может быть необходимым восстановление растительного сообщества, как это было сделано в рассмотренных выше примерах восстановления прерии и заброшенных карьеров в засушливой местности. Также может возникнуть необходимость заноса рыбы и популяций беспозвоночных в местообитание или даже сделать “прививку” из воды и субстрата, содержащих беспозвоночных и микробов из сходной системы.

Jackson et al. (1995) утверждают, что успех экологического восстановления определяется четырьмя общими факторами: особыми экологическими условиями в которых протекает восстановление, различными оценками, сделанными в отношении процесса, ценностями привнесенными в проект, или теми, с которыми он должен работать и социальными взглядами на проект и его цели (Рис. 14.17). Наилучшие результаты восстановления бывают тогда, когда все эти четыре фактора приближаются к идеальному состоянию; чем дальше какой-либо из этих факторов от идеального состояния, тем труднее будет достичь намеченной цели. Очевидно, что восстановление – это сложный процесс который протекает вне экологических суждений.

Как следует из нескольких приведенных примеров, планирование и руководство восстановительным проектом требует принимать во внимание огромное количество условий местообитания и выбирать соответствующие технологии из огромного набора альтернатив. Особого внимания заслуживает понимание того, что факторы, связанные с восстановлением, особенно те, которые ограничивают, сдерживают или влияют на процесс естественного восстановления крайне изменчивы от системы к системе (MacMahon 1987). В прериях ключевым лимитирующим фактором обычно выступает доступность генетического материала для восстановления. Основное восстановительное усилие тратится на поиск и интродукцию естественных видов в соответствующей пропорции, а также на удаление или сокращение заносных видов, но сравнительно малое внимание уделяется моделям распределения. В кустарниковых зарослях сухого Запада узор и структура критичны, а распределение видов даже на индивидуальном уровне, может быть важным атрибутом системы, существенным для успешного восстановления. В водных системах восстановление может быть простым и заключаться в удалении основного источника фосфора или в восстановлении естественного гидрологического режима или сложным в случае реструктуризации речного русла. При восстановлении в крупном масштабе, как например в проекте Гуанакасте, восстановление фокусируется на удалении антропогенных нарушений и изменений в практике использования земель, чтобы позволить восстановление естественной растительности, дополняя это интенсификацией распространения семян естественных видов.

Другие факторы, часто очень различной природы, включаются в игру когда мы имеем дело с совершенно различными типами систем, такими как обрывы, альпийские регионы или весенние водоемы. Для некоторых систем, особенно лесов, последовательность интродуцируемых видов является ключевой и часто сложной задачей. В других системах определенный тип почвы или ее структура могут определять успех или неудачу. Буквально нет конца особым условиям и они являются предметом растущего объема литературы. Успешное восстановление зависит от определения этих ключевых лимитирующих факторов и эффективной работы с ними.

Сходные рассуждения приложимы к восстановительным усилиям предпринятым в системах, которые испытывали разную степень и виды воздействия – различия в процессе нарушений. Восстановление может включать омоложение системы, которая, хотя и была изменена или деградирована каким-то образом, все-таки предоставляет для работы базовую структуру, которая, выражаясь на жаргоне автомагазина, не была разбита. Часто есть нечто, с чем можно работать – остатки или наследие – даже если это не всегда очевидно. Время и усилия, потраченные на поиск остатков и извлечения некоторых преимуществ из этого как правило потом окупаются. Фактически, распознавание того, с чем можно работать является наиболее важным шагом в успешном восстановлении. Могут потребоваться близкие наблюдения за системой, иногда в течение нескольких лет. Классическим примером является работа выполненная по поиску реликтов прерии на старых кладбищах и по обочинам дорог в северо-восточном Иллинойсе и последующему их восстановлению в основном за счет разумного пропалывания и выжигания (Betz and Lamp 1992). Во многих случаях это вело к восстановлению приличного состояния прерии в местообитаниях настолько сильно зараженных заносными видами, что виды прерий были вытеснены и их трудно было отыскать.

Не смотря на такие успехи, есть тенденция пропускать этот первый шаг в восстановлении, игнорируя то, что есть в наличии и уничтожая все для очищения местообитания с помощью плуга, топора или гербицидов. К сожалению эта стратегия часто влечет за собой разрушение элементов функционирующей экосистемы, которые в действительности могли бы дать лучшую основу для восстановительных усилий. Если эти элементы удаляются или разрушаются, их восстановление может оказаться практически невозможным. Интригующим примером этого принципа, упомянутого выше, является современное развитие сукцессионного восстановления прерий в котором вместо очистки земли с помощью плуга или пестицидов, специалисты просто разбрасывали семена видов прерии поверх существующей дернины. Развитие прерии было сравнительно медленным в таких условиях, но результаты показывают, что этот метод благоприятен для видов, которые трудно было бы вырастить на голой земле. Это не только более легкий и дешевый процесс, но формирующиеся в результате прерии также могут быть более высокого качества, чем те, которые были получены более интенсивными методами. Этот метод позволяет избежать потери качества за счет количества, которое раньше ограничивало значение восстановления прерии как природоохранной стратегии.

Этот принцип, очевидно, имеет важное применение в практике восстановления. Признание того, что даже слабая работа с относительно нетронутыми системами является в действительности восстановлением, поможет практикам более четко думать о более близкой работе, включая выявление нарушений, определение целей и т.д. Этот подход будет также препятствовать тенденции прятать неудачные или нечеткие мысли и планирование за мягкими нечеткими терминами, такими как “менеджмент”, “надзор” или даже “сохранение”.

Есть пожелание, что должна быть универсальная мера для оценки статуса экосистемы или ее здоровья (Rapport 1989), которая могла бы вести наше планирование и способствовать прогрессу. Микробы могут представлять группу, которая потенциально может быть полезной при восстановлении. Совершенно ясно, что они важны для экосистемы в целом (напр. Allen 1991) и в восстановительных проектах в частности (Kieft 1991), также как они были важны в исследовании угольных карьеров, описанном здесь. Некоторые исследователи рекомендовали микробов как индикаторов прогресса восстановления, по крайней мере для наземных восстановительных проектов (Bentham et al. 1992). Что бы это ни было – организмы, процессы или строение системы, когда они выступают хорошими индикаторами восстановительного прогресса, мы должны всегда иметь нашу восстановительную цель в виду, даже если причуды естественных систем делают эту цель труднодостижимой. В прошлом измерение прогресса было простой задачей сравнения восстанавливаемого местообитания с эталонным. Теперь мы поняли, что это сравнение сложно и не совершенно (Pickett and Parker 1994), но все еще полезно (Aronson et al. 1995).

Относительное отсутствие животных в нашем обсуждении отражает состояние наших знаний, как в исследовании, так и в практике восстановления. Большинство исследований концентрируются на растительности и обычно на наиболее заметных видах. Животные могут играть жизненно важную роль в восстановительных усилиях (как мы это видели в программе Гуанакасте), но систематическое изучение большинства из них с точки зрения восстановления все еще находится в зачаточной стадии. (Для представления об исследованиях животных в восстановлении можно отослать читателя к Panzer 1984 по насекомым в восстановленных прериях; к Green and Salter 1987 and Majer 1989 по животным в общем и к Holl 1996 в качестве примера неудачи при восстановлении бабочек на восстанавливаемой шахте.)

Восстановление играет важную и ценную роль в охране природы. Число деградированных экологических систем по всему миру растет по мере того, как число относительно нетронутых систем снижается. Сосредоточие только на последних и игнорирование предыдущих отбрасывает огромные возможности в охране природы. Большинство земель и вод по всему миру деградированы до некоторой степени, но многие могут быть использованы как важные территории в плане охраны природы и буферные зоны для диких территорий. Растущее внимание к этим деградированным территориям как к среде, в которой существуют центры ненарушенных экосистем, может только служить улучшению общих усилий по остановке потерь биоразнообразия. Экологическое восстановление является ключом к будущему охраны природы и является наиболее эффективным в случае следования стойким экологическим и природоохранным принципам.

Экология восстановления является инструментом в арсенале, направленном против потерь биоразнообразия, но не самодостаточным. Защита естественных местообитаний до того, как они будут повреждены человеком, является предпочтительным направлением действий в охране природы, но иногда восстановление поврежденных местообитаний является ценной и необходимой активностью. Специалисты по восстановлению работают с системами, которые были повреждены или деградированы в результате человеческой активности с явным намерением направить эту систему назад к ее прежнему естественному состоянию путем хорошо обдуманных манипуляций. Прогресс экологического восстановления был достигнут благодаря ряду факторов, включая законодательство, обязывающее к восстановлению местообитаний после воздействия человека, рост использования восстановительных методов при различных инженерных подходах, растущий интерес к культивированию естественной, а не экзотической растительности, и растущая осведомленность об экологических нарушениях по всему миру. Но восстановление запускает политический риск возможности ложного впечатления того, что оно допускает экологические нарушения, которые можно будет исправить позже. Восстановление не является альтернативой охране природы, но дополнением и частью природоохранной работы.

Основные вещи, общие для всех восстановительных усилий включают определение желаемого продукта, определение осуществимости проекта, оценка достоверности результатов, работа на подходящем и осуществимом масштабе, и работа с реалистичными затратами. Цель должна быть у каждого восстановительного проекта, она должна основываться на хороших знаниях систем до нарушения, знаниях по сходным ненарушенным системам, или просто об экологически более благоприятных условиях, по сравнению с существующим, деградированным состоянием (Bradshaw 1995). Затем система направляется по новой траектории развития в избранном направлении. Осуществимость восстановления зависит от множества факторов, включая современные условия местообитания (такие как уровень нарушений и состояние гидрологии и почв), доступность биологического материала для восстановления (включая его генетическое разнообразие), а также стоимость восстановления и доступность финансирования. Масштаб проекта имеет большое значение для его потенциального успеха. В общем количество убивает качество, т.е.обычно детали не столь хорошо проработаны в больших проектах. Реальная стоимость также имеет большое значение для успеха восстановления.

Большая часть восстановительных работ просто связана с манипуляциями с сукцессией, либо для ускорения сукцессионного процесса, либо для остановки его на ранней стадии. В этом сукцессионном контексте, остатки или наследие ненарушенной системы должны быть определены и использованы с выгодой. Остатки предшествующей системы поставляют не только сырой материал для восстановительных усилий, но также информацию о ненарушенном состоянии.

Мы обсудили несколько примеров восстановительных проектов которые продемонстрировали различные установки, проблемы и методики, используемые в экологическом восстановлении. Все вместе они показывают, что каждый восстановительный проект уникален и каждый должен быть разработан и выполнен для определенного местообитания. Как и для всей природоохранной биологии, нет стандартизованной “книги рецептов”, описания которой могли бы заменить хорошие знания местной экологии.

1. Представьте себе, что вы получили работу по восстановлению прерии. О чем вам необходимо подумать для того, чтобы начать работу? Составьте список вопросов касающихся того, что вам необходимо знать и что вам необходимо сделать для того, чтобы восстановить прерию.
2. Повторите первый вопрос для другого местообитания, такого как эстуарий, который был деградирован, небольшого болота, которое было осушено для нужд сельского хозяйства, или альпийского луга, вытоптанного коровами и людьми. Насколько этот список отличается от того, который был в первом вопросе?
3. Если вы успешно восстановили прерию в первом вопросе, могут ли некоторые методики быть преобразованы для другого проекта восстановления прерии в 50 км от этого места? В 500 км? Какие факторы необходимо принять во внимание при преобразовании методов и подходов?
4. Насколько результативной может быть попытка восстановительного проекта если вы точно не можете гарантировать успех? Какие экологические и политические “подводные камни” которые могут привести к провалу восстановительной попытки? Как далеко необходимо идти по пути восстановления , вкладывая время и деньги в проект? Можете ли вы разработать несколько рекомендаций (экологических, экономических, политических) которые помогли бы понять когда нужно заканчивать (или стоит ли браться за) восстановительный проект?

Copyright c 1997 by Sinauer Associates, Inc.
c Все права защищены. Эта книга не может быть воспроизведена целиком или частично для каких бы то ни было целей без письменного разрешения издателей.
За информацией обращаться по адресу: Sinauer Associates, Inc., P.O.Box 407, Sunderland, Massachusetts, 01375-0407, U.S.A.
FAX: 413-549-1118. Internet: publish@sinauer.com; http://www.sinauer.com
c МБОО "Сибирский экологический центр", перевод, 2004
Перевод не может быть воспроизведен целиком или частично, а также выставлен в Интернет без письменного разрешения Сибирского экологического центра.
За информацией обращаться по адресу: МБОО "Сибирский экологический центр", 630090 Новосибирск, а/я 547, Россия.
Факс/тел.: (3832) 39 78 85. E-mail: shura@ecoclub.nsu.ru; http://ecoclub.nsu.ru