Современное развитие общества и связанное с этим интенсивное антропогенное воздействие на природную среду имеет свои положительные и отрицательные стороны. Преобразование природы в конечном счете приводит к росту материальных благ и культурных ценностей, увеличению продолжительности жизни людей и т. д. Сопутствующие отрицательные последствия заключаются в тенденции к истощению невозобновляемых природных ресурсов, в загрязнении окружающей природной среды, в уменьшении природных возможностей к воспроизводству возобновляемых ресурсов.

Техническая вооруженность человека в настоящее время такова, что некогда локальные эффекты воздействия на природную среду сейчас достигают континентального и даже глобального масштаба. Отсюда следует необходимость скорейшего устранения отрицательных последствий (возможных и уже существующих) антропогенных воздействий. Среди приоритетных мер в данной области на одном из первых мест стоит создание системы мониторинга, позволяющей на основе некоторых наблюдений и исследований давать адекватную оценку и прогноз последствий антропогенной деятельности. По своему масштабу такая система мониторинга должна быть глобальной и многолетней, а по своему содержанию – экологической, т. е. отражать все основные аспекты антропогенного влияния на экологические системы.

Содержащиеся в настоящей работе предложения основаны на результатах теоретических и экспериментальных исследований, проведенных нами за последние 2—3 года и направленных на создание программы комплексного мониторинга загрязнения природной среды и его экологических последствий в биосферных заповедниках.

Содержание разработанной нами программы, ее специфические особенности объясняются теми задачами, которые мы изначально поставили перед системой мониторинга, и характером той информации, обеспечение которой является целью мониторинга, иначе говоря, информационной системы, не входящей в систему управления, но являющейся необходимым условием разработки эффективных программ регулирования качества окружающей среды.

Прежде всего, предлагаемая нами программа ориентирована на прогноз, а не простую констатацию наблюдаемых факторов. Очевидно, что прогнозировать изменения состояния экосистем и их элементов под влиянием антропогенной деятельности в глобальном масштабе невозможно ни с помощью полевых наблюдёний, ни с помощью экспериментов, поэтому видное место в программе занимает работа по построению соответствующих прогностических математических моделей.

Далее, выявление эффектов воздействия фоновых загрязнений на фоне естественных колебаний экологических систем и их элементов полевыми методами не представляется возможным в разумные сроки из-за высокого уровня шума. Отсюда вторая важная особенность предлагаемой программы экспериментальные исследования эффекта загрязнений фоновой интенсивности на биоту в контролируемых условиях абиотической среды.

Программа экологического мониторинга в биосферных заповедниках разработана таким образом, чтобы выявить глобальные и региональные последствия антропогенной деятельности. Эта программа предусматривает широкий комплекс биологических, геофизических и геохимических исследований. Учет реальных материальных, методических и инструментальных возможностей обусловил необходимость тщательного и жесткого отбора при составлении перечня рекомендуемых наблюдений.

Программа экологического мониторинга подразделяется на две части: абиотический мониторинг и биотический мониторинг.

Абиотический мониторинг предполагает систематические многолетние наблюдения за уровнем загрязнения всех сред (воздух и атмосферные осадки, природные воды, почвы, биота), а также сопутствующие геофизические наблюдения. Перечень приоритетных загрязняющих веществ для мониторинга в биосферных заповедниках можно считать разработанным, и эти наблюдения уже проводятся в течение нескольких последних лет.

Биотический мониторинг включает в себя натурные, теоретические и экспериментальные исследования. Экспериментальная программа имеет целью определить чувствительность особей видов данной экосистемы к воздействию низких, близких к фоновым концентраций загрязняющих веществ. Это можно сделать лишь в ходе экспериментов с особями отдельных видов в специальных установках для поддержания постоянных условий среды — экостатах — и с использованием высокоточного оборудования, способного зафиксировать весьма небольшие изменения характеристик состояния объекта исследования.

Целью этих экспериментов является построение кривых «доза—эффект», отражающих изменение коэффициента размножения при воздействии низких уровней загрязняющих веществ, измеряемых нами по программе геофизического мониторинга. Коэффициент размножения выбран нами в качестве интегрального показателя состояния биоты по той причине, что его изменения хорошо отражают все существенные изменения важных с эволюционной точки зрения характеристик состояния особи или вида.

Поскольку для адекватной оценки и прогноза состояния экосистем необходимо знать чувствительность к загрязнению всех видов экосистемы, а получить эту информацию, проводя эксперименты с особями всех видов экосистем, не представляется возможным, то для экспериментальных исследований необходимо выбрать некие представительные виды, а затем интерполировать результаты исследований на другие виды экосистемы. Выбор объектов экспериментов и интерполяцию результатов на другие виды целесообразно производить в координатах филогенетического древа и таким образом, чтобы минимизировать среднюю ошибку интерполяции. При выборе вида для вовлечения его в экспериментальные исследования при прочих равных  условиях предпочтение  следует отдавать видам, играющим в сообществе важную экологическую роль.

Для осуществления эффективного прогноза состояния экосистем необходима также информация, не относящаяся к влиянию загрязнения на биоту. Это количественная информация об экологических взаимодействиях между видами (отношениях хищничества, паразитизма и пр.), представленная в демографических терминах.

Количественная характеристика такого рода взаимодействий — сложная научно-исследовательская задача одновременной фиксации плотностей взаимодействующих видов и структуры смертности. В настоящее время еще нет возможности унифицировать методы получения такого рода данных и рекомендовать соответствующую систему режимных наблюдений и экспериментов. Это дело ближайших лет. Однако уже сейчас следует организовать представление в унифицированном виде как уже имеющихся данных, так и тех данных о демографических параметрах биоты, которые предполагается получить в ходе реализации настоящей программы.

Для осуществления адекватной оценки и прогноза антропогенных изменений экологических систем на основе описанной выше информации необходимо создание комплекса математических моделей, описывающих биологические и геофизические процессы, протекающие в природной среде. Разработанная в настоящее время методология построения моделей ответной реакции биоты на воздействие загрязняющих веществ сводится к моделированию экзогенной сукцессии. Эти модели, будучи состыкованными с моделями циркуляции загрязняющих веществ в геофизических при родных средах, позволят прогнозировать количественные и качественные перестройки природных экосистем, возникающие в ответ на воздействие антропогенных загрязнений.

Таким образом, входными параметрами модели будут:

1) данные о прогнозируемых уровнях загрязнений среды;

2) экспериментальные данные о чувствительности биоты к воздействию этих уровней загрязнений;

З) данные об экологических воздействиях между видами изучаемой экосистемы.

В результате мы сможем определить, какие виды экосистемы исчезнут или резко снизят свою численность в первую очередь.

Предлагаемая программа позволит оценить фоновое состояние загрязнения природных сред и вызываемые им биологические эффекты, выявить наиболее чувствительные к загрязнениям виды для каждого типа экосистем, а также осуществлять ориентировочный прогноз изменения состояния биоценозов, возникающего в ответ на изменения уровней антропогенного воздействия.