Управление балансом потребления и воспроизводства ресурсов морской среды в эколого-экономической системе «берег – море»

И. Е. Тимченко✉, Е. М. Игумнова, С. В. Свищев

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

✉ e-mail: timchenko.syst.analysis@mhi-ras.ru

Аннотация

Цель. Построить адаптивную модель эколого-экономической системы прибрежной зоны моря, предназначенную для управления объемами потребления морских ассимиляционных и биологических ресурсов береговой социально-экономической системой – цель данной работы.

Методы и результаты. Предложена модель, основанная на слежении за интегральным балансом скоростей загрязнения морской среды и очищения ее от загрязнений вследствие природных физических и биогеохимических процессов, а также в результате природоохранных действий. Применена концепция стационарного состояния морской экосистемы, в качестве которой использованы средние многолетние значения ее переменных. Для условий формирования области загрязнения прибрежной морской среды предложен алгоритм, учитывающий соотношение скоростей роста концентрации загрязнителей, поступающих от берегового источника, и их деструкции вследствие естественных механизмов очищения морской среды. Управление береговым стоком загрязнений осуществлялось путем наложения штрафных санкций на экономическую систему, которая была вынуждена сокращать выпуск обобщенного продукта при увеличении его себестоимости. В модели морской экосистемы были использованы нижние звенья пищевой цепи: концентрации фитопланктона, зоопланктона и бактериопланктона. Их взвешенная сумма составляла индекс биоразнообразия морской среды, который был принят за концентрацию биоресурса, потребляемого береговой экономической системой. Считалось, что между индексом биоразнообразия и концентрацией загрязнителей существует обратная зависимость. Поэтому ориентировочный допустимый уровень концентрации загрязнителей оценивался по величине допустимых значений индекса биоразнообразия. Наряду с контролем экономической рентабельности потребления морских ресурсов в модели предусмотрено слежение за тем, чтобы индекс биоразнообразия не опускался ниже допустимых значений. В этом случае агент управления, включенный в модель, ограничивал производство. Уравнения модели построены методом адаптивного баланса влияний, который сохранял материальные балансы реакций взаимодействия как экологических, так и экономических процессов. Модульные уравнения метода позволили использовать известное стационарное состояние экосистемы для получения оценок коэффициентов влияний. Показано, что прогнозируемые сценарии обеспечивают нахождение компромиссов между рентабельностью производства береговой экономической системы и способностью морской экосистемы восстанавливать потребляемые ассимиляционные и биологические ресурсы.

Выводы. Предложенная модель позволяет прогнозировать сценарии эколого-экономических процессов, обеспечивающие баланс потребления и воспроизводства ресурсов морской среды.

Ключевые слова

адаптивная модель управления, ассимиляционные и биологические ресурсы, береговая экономическая система, морская экосистема, адаптивный баланс влияний, загрязнение морской среды, индекс биоразнообразия, агенты управления стоком, прогнозируемые сценарии, влияние динамики моря

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0827-2018-0004 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей». Вычислительные эксперименты с моделью эколого-экономической системы «берег – Севастопольская бухта» проведены при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Севастополя в соответствии с грантом № 18-47-920001 «Исследование принципов построения адаптивных моделей эколого-экономических систем и цифровых информационных технологий для управления сценариями устойчивого развития природно-хозяйственных комплексов Севастопольского региона».

Для цитирования

Тимченко И. Е., Игумнова Е. М., Свищев С. В. Управление балансом потребления и воспроизводства ресурсов морской среды в эколого-экономической системе «берег – море» // Морской гидрофизический журнал. 2021. Т. 37, № 2. С. 258–274. EDN HHJLDE. doi:10.22449/0233-7584-2021-2-258-274

Timchenko, I.E., Igumnova, E.M. and Svishchev, S.V., 2021. Managing the Balance of Consumption and Reproduction of Marine Resources in the “Coast – Sea” Ecological-Economic System. Physical Oceanography, 28(2), pp. 238-254. doi:10.22449/1573-160X-2021-2-238-254

DOI

10.22449/0233-7584-2021-2-258-274

Список литературы

  1. Daly H. E., Farley J. Ecological Economics. Principles and Applications. Washington DC : Island Press, 2011. 512 р. URL: http://library.uniteddiversity.coop/Measuring_Progress_and_Eco_Footprinting/Ecological_Economics-Principles_and_Applications.pdf (date of access: 22.03.2021).
  2. A Global Map of Human Impact on Marine Ecosystems / B. S. Halpern [et al.] // Science. 2008. Vol. 319, iss. 5865. P. 948–952. doi:10.1126/science.1149345
  3. Incorporating ecosystem services in marine planning: The role of valuation / T. Börger [et al.] // Marine Policy. 2014. Vol. 46. P. 161–170. https://doi.org/10.1016/j.marpol.2014.01.019
  4. Changes in the global value of ecosystem services / R. Costanza [et al] // Global Environmental Change. 2014. Vol. 26. P. 152–158. doi:10.1016/j.gloenvcha.2014.04.002
  5. Long R. D., Charles A., Stephenson R. L. Key principles of marine ecosystem-based management // Marine Policy. 2015. Vol. 57. P. 53–60. doi:10.1016/j.marpol.2015.01.013
  6. Samhouri J. F., Levin P. S. Linking land- and sea-based activities to risk in coastal ecosystems. // Biological Conservation. 2012. Vol. 145. P. 118–129. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2011.10.021
  7. Cr´epin A.-S., Norberg J., Mäler K.-G. Coupled economic-ecological systems with slow and fast dynamics – Modelling and analysis method // Ecological Economics. 2011. Vol. 70, iss. 8. P. 1448–1458. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2011.02.004
  8. Integrated ecological economic modeling of the Patuxent River watershed, Maryland / R. Costanza [et al.] // Ecological Monographs. 2002. Vol. 72, iss. 2. P. 203–231. https://doi.org./10.1890/0012-9615(2002)072[0203:IEEMOT]2.0.CO;2
  9. Филатов Н. Н., Дружинин П. В., Меншуткин В. В. Информационное обеспечение комплексных исследований природной среды и социо-экономических условий Белого моря и водосбора // ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий: материалы Междунар. конф. М. : Издательство Московского университета, 2019. Т. 25, ч. 1. С. 122–137. http://doi.org/10.35595/2414-9179-2019-1-25-122-137
  10. Ivanov V. A., Igumnova E. M., Timchenko I. E. Coastal zone resources management. Kiev : Academperiodika, 2012. 304 p.
  11. Тимченко И. Е., Игумнова Е. М., Тимченко И. И. Системный менеджмент и АВС-технологии устойчивого развития. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2000. 225 с.
  12. Тимченко И. Е., Игумнова Е. М. Биоразнообразие и биоресурсная емкость морской среды в адаптивной модели эколого-экономической системы берег – море // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 3. С. 223–236. doi:10.22449/0233-7584-2018-3-223-236
  13. Тимченко И. Е., Игумнова Е. М., Свищев С. В. Применение принципов адаптивного моделирования морских экосистем к гидрохимическим наблюдениям в Севастопольской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 70–84. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-70-84
  14. Тимченко И. Е., Игумнова Е. М., Свищев С. В. Моделирование внутрисистемных связей в адаптивной модели биохимических процессов морской среды // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 1. С. 88–102. doi:10.22449/0233-7584-2020-1-88-102
  15. Fasham M. J. R., Ducklow H. W., McKelvie S. M. A nitrogen-based model of plankton dynamics in the oceanic mixed layer // Journal of Marine Research. 1990. Vol. 48, iss. 3. P. 591–639. https://doi.org/10.1357/002224090784984678

Скачать статью в PDF-формате