Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Оценка потенциала картографо-информационного анализа в решении экологических проблем в районах добычи углеводородного сырья 11
1.1. Приоритетные экологические проблемы в районах добычи углеводородного сырья Тюменской области 11
1.2. Картографо-информационное обеспечение в решении экологических проблем 18
1.2.1. Методы и задачи картографии в рациональном природопользовании 18
1.2.2. Использование геоинформационных систем в тематическом картографировании природной среды 24
1.3. Принципы построения региональной экологической ГИС Тюменской области 31
Глава 2. Анализ антропогенной нагрузки на ландшафты Тюменской области 38
2.1. Материалы и методы исследований 38
2.2. Анализ уровня механических нарушений ландшафтов 43
2.3. Геоинформационный анализ уровня химического загрязнения на территории Тюменской области 49
2.3.1. Особенности построения ГИС эколого-геохимической направленности 49
2.3.2. Анализ загрязнения поверхностных вод 50
2.3.3. Анализ загрязнения донных отложений 71
2.4. Картографо-информационный анализ загрязнения на локальном уровне 78
2.4.1. Анализ нефтяного загрязнения на территории лицензионных участков нефтедобычи 78
2.4.2. Геоинформационный анализ загрязнения территории г.Тюмень нефтепродуктами и 3.4-бензпиреном 80
Глава 3. Эколого-географический анализ устойчивости ландшафтов к антропогенным воздействиям 92
3.1. Понятие "устойчивость" в системе географических наук 92
3.2 Методические подходы к оценке устойчивости природных систем 94
3.3. Ландшафтный подход как основа для оценки устойчивости природно-территориальных комплексов 96
3.4. Оценка и отображение устойчивости ландшафтных комплексов на крупномасштабных картах 98
3.5 Оценка и отображение устойчивости ПТК на мелкомасштабных картах 110
Глава 4. Применение ГИС в геоэкологическом картографировании особо охраняемых природных территорий (на примере природного парка "Нумто") 113
4.1. Особенности картографического обеспечения охраняемых природных территорий 113
4.2. Характеристика природного парка "Нумто" 117
4.3 Создание картографо-информационной базы природного парка "Нумто" 119
4.4 Инвентаризационное картографирование 122
4.5 Прогнозно-оценочное картографирование 131
4.6. Функциональное зонирование территории
природного парка "Нумто" 136
Заключение 149
Список литературы 154
Приложение
- Приоритетные экологические проблемы в районах добычи углеводородного сырья Тюменской области
- Материалы и методы исследований
- Понятие "устойчивость" в системе географических наук
- Особенности картографического обеспечения охраняемых природных территорий
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Тюменская область является крупнейшим поставщиком углеводородного сырья в России. Широкомасштабное освоение территории области и, в особенности, её северных районов неизбежно сопровождается интенсивным техногенным воздействием на окружающую среду. К основным факторам воздействия относятся механическое повреждение поверхности и загрязнение разнообразными химическими веществами. Эти факторы проявляются на различных стадиях строительства и эксплуатации промыслов, а также при аварийных ситуациях; наносимый ими экологический ущерб во многом зависит от свойств самой природной среды.
Изучение механического нарушения поверхности и химического загрязнения, их источников и интенсивности, является необходимым звеном в комплексном прогнозировании последствий техногенеза и определении устойчивости природных систем севера Западной Сибири.
Многими авторами (Исаченко, 1991; Козин, 1993, 1996, 1998; Мельцер, 1994; Селиверстов, 1996; Глазовская, 1998 Ткачёв, 1998) отмечается актуальность определения устойчивости ландшафтов. Неотъемлемой частью экологического прогнозирования являются ландшафтно-экологические изыскания. Изучение свойств ландшафтных комплексов разного ранга, оценка их устойчивости, сопоставление устойчивости с ожидаемой техногенной нагрузкой является основным способом оценки потенциального воздействия нефтегазового комплекса на окружающую природную среду и выработки решений о возможности или невозможности размещения технических объектов в данном месте.
Совершенно очевидно, что сложившаяся в настоящее время экологическая ситуация на севере Западной Сибири требует учета и
анализа данных по техногенному загрязнению и устойчивости ландшафтов. Эта задача, как и решение проблемы охраны и оптимизации природной среды, имеет чётко выраженный пространственный аспект (Сальников и др., 1990). В связи с этим существенно возрастает роль тематического картографирования при инвентаризации природных и природно-техногенных ситуаций.
Для представления моделей территориальной организации природной среды актуально применение принципов ландшафтной экологии (Виноградов, 1998; Козин, 1993; Природопользование..., 1996). При ландшафтном подходе к геоэкологическому моделированию значение приобретает не только функционирование природных комплексов, но и их пространственная структура. Моделирование геосистем с учетом их пространственной организации возможно только на основе картографического метода исследования.
При анализе экологических ситуаций и выработке приемов рационального природопользования важнейшее значение приобретает возможность оперативной обработки больших объёмов геоэкологической информации, что обуславливает широкое внедрение технологии геоинформационных систем (ГИС).
Цель исследования состоит в разработке методики комплексного тематического картографирования для эколого-географической оценки с использованием современных геоинформационных технологий и ее практической реализации для геоэкологического анализа территорий нефтедобычи на севере Западной Сибири.
В соответствии с целью исследования поставлены и решены следующие задачи:
- изучены принципы разработки и использования геоинформационных систем, а также опыт использования
цифрового тематического картографирования в природоохранной деятельности;
с применением геоинформационных технологий проведено определение уровня загрязнения в районах нефтедобычи на основании данных о химическом составе поверхностных вод и донных отложений, оценена площадь антропогенно-трансформироанных участков.
проведена оценка устойчивости ландшафтов к нефтяному загрязнению и механическим нарушениям с помощью ГИС-технологий;
выявлены особенности цифрового тематического картографирования на локальном (муниципальном) уровне на примере карты техногенного загрязнения города Тюмени, эколого-геохимические параметры внесены в состав муниципальной ГИС Тюмени;
изучены особенности геоинформационного обеспечения охраняемых природных территорий на примере природного парка "Нумто", проведено инвентаризационное, прогнозно-оценочное картографирование, а также функциональное зонирование территории парка с использованием ГИС-технологий;
Исследование опиралось на научно-методологические принципы и идеи комплексного тематического и эколого-географического картографирования, заложенные В.Б.Сочавой, А.Г.Исаченко, К.А.Салищевым, А.М.Берлянтом, Б.И.Кочуровым. При оценке экологической ситуации использованы принципы ландшафтной экологии, применительно к геосистемам Западной Сибири изложенные в работах В.В.Козина. Также в качестве методической базы использованы теоретические и прикладные достижения в области геоинформационного картографирования АМ.Берлянта, В.С.Тикунова, А.В. Кошкарева, И.К.
Лурье и других. При оценке геохимической устойчивости ландшафтов
использованы методические принципы, разработанные М.А.Глазовской и
ее последователями. Оценка устойчивости ландшафтов полярных и
приполярных ландшафтов к механическим нарушениям была выполнена
на основании научно-методических положений о
мерзлотостабилизирующей и индикаторной роли растительного покрова, изложенных в работах А.П.Тыртикова. Н.Г.Москаленко, Л.И.Мельцер . Методологическая основа
Базовым был принят комплексный ландшафтно-экологический подход, утверждающий, что каждая геосистема, занимая определённое место в ландшафтной структуре и хозяйственной деятельности, обладает рядом функций, значимых для природы территории или человека (экологически значимых). В основу исследования был положен метод картографического моделирования, т.е. научно-обоснованного моделирования конкретного пространства, в котором происходит взаимодействие природы и общества. Опираясь на системный подход к изучению географических явлений, карты в качестве инструмента для пространственно-временного анализа, были использованы для исследования взаимосвязей, выявления закономерностей, экстраполяции развития, объективизации и формализации описания состояния геосистем.
Объект и предмет исследования
Объекты исследований - геосистемы северных районов Западной Сибири, включая в это понятие природные, производственно-хозяйственные, селитебные и природоохранные территориальные комплексы. Предмет исследований - изменение экологического состояния геосистем в результате антропогенного воздействия.
Научная новизна
Разработана блочная структура и реализовано наполнение региональной экологической ГИС, предложен алгоритм анализа экологической ситуации районов нефтедобычи Тюменской области с использованием картографо-информационного подхода. Выполнена оценка уровня техногенного загрязнения территорий нефтегазового комплекса, а также проведен многокритериальный анализ устойчивости ландшафтов к нефтяному загрязнению и механическим нарушениям. В результате исследований выявлены участки хронического загрязнения поверхностных вод и почв, связанные с проведением буровых работ, добычей нефти и газа.
Впервые проведено детальное изучение ландшафтной структуры
природного парка «Нумто» (Тюменская область, Ханты-Мансийский
автономный округ, Белоярский район). С использованием материалов и
при участии автора составлены ландшафтная и эколого-фитоценотическая
карты парка в масштабе 1:100 000. Впервые для данной территории
детально была изучена проблема устойчивости ландшафтов к
механическим нарушениям и химическому загрязнению. Результатом
прогнозно-оценочных исследований стало составление карт устойчивости
ландшафтов и пожароопасности на территории парка. Разработанные
карты, с учетом особенностей природопользования, социальных и
і этнокультурных характеристик послужили основой при проведении
функционального зонирования территории природного парка «Нумто»,
регламентирующего природопользование на этой территории. В
результате исследования выявлены особенности картографического
обеспечения охраняемых территорий в местах добычи углеводородного
сырья.
Соискателем выдвигаются следующие основные положения,
составляющие предмет защиты:
1. Применение геоинформационного инструментария в эколого-географических исследованиях позволяет оптимизировать процесс обработки экологической информации и построения карт природоохранной направленности. Эффективным методом определения устойчивости природных комплексов является геоинформационное моделирование на основе анализа ландшафтно-экологических условий территории.
2. Одним из ведущих факторов, определяющих уровень химического
загрязнения, является уровень аварийности на объектах
нефтедобывающего комплекса. На территории Тюменской области
существует ряд участков хронического и интенсивного загрязнения почв и
поверхностных вод хлоридами и нефтепродуктами, к числу которых
относятся длительно разрабатываемые месторождения Среднего Приобья.
3. При разработке принципов размещения, функционального
структурирования и режима особо охраняемых природных территорий
северных регионов важнейшим условием является комплексный
картографический анализ этнокультурных и природных особенностей.
Практическая ценность и реализация результатов.
Использование региональной ГИС Тюменской области необходимо в работе управленческих и природоохранных организаций для целей оптимизации природопользования. Данные региональной ГИС нашли применение при разработке многочисленных проектов обустройства месторождений и прокладки трубопроводов на севере Западной Сибири (Ново-Уренгойское, Северо-Уренгойское, Валанжинское, Киняминское, Салымское месторождения, трубопроводы «Находкинское месторождение - ДКС Ямбургская», «Ростовцевское месторождение -промбаза Нурма», «Юрхарово- Пуровский ЗПК» к др) . Результаты исследований природного парка "Нумто" и созданные карты использованы при разработке его
проекта и проведении функционального зонирования территории, регламентирующего природопользование.
Данные цифрового тематического картографирования на локальном (муниципальном) уровне могут использоваться при составлении земельных кадастров и оценке экологической обстановки. Результаты исследования и картографирования загрязнения почв Тюмени нашли применение в деятельности Комитета охраны природы при администрации города.
Апробация. Положение работы докладывались на областной научно-практической конференции "Окружающая среда" (Тюмень, 1998), четвёртой международной конференции "Освоение Севера и проблемы природовосстановления" (Сыктывкар, 1998), межвузовской научной конференции "Природопользование в районах со сложной экологической ситуацией" (Тюмень, 1999), второй всероссийской конференции проблемы региональной экологии (Томск 2000), международной научно-практической конференции Теоинформатика - 2000" (Томск 2000), всероссийской научно-практической конференции "Геоэкологические аспекты функционирования хозяйственного комплекса Западной Сибири" (Тюмень, 2000), второй всероссийской конференции "Экологический риск - 2001" (Иркутск 2001).
Работа является результатом многолетних (1997-2005) исследований автора состояния окружающей природной среды Тюменской области. Автор принимал участие в экспедиционных исследованиях в различных районах области. С его личным участием проводился сбор и обработка фактического материала в рамках бюджетных и хоздоговорных работ Института проблем освоения Севера СО РАН. По результатам исследования составлены многочисленные инвентаризационные и оценочные карты на различные районы Тюменской области, опубликовано ряд 14 работ посвященных данной тематике.
Приоритетные экологические проблемы в районах добычи углеводородного сырья Тюменской области
Окружающая среда Тюменской области на протяжении последних десятилетий подвергается интенсивному техногенному воздействию. В Тюменской области учтено 544 месторождения углеводородного сырья, в Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО) в промышленной разработке и пробной эксплуатации находится свыше 200 месторождений углеводородов, с общим фондом эксплуатационных скважин более 68 тысяч единиц (Обзор..., 2002). Общее количество пробуренных скважин на территории Тюменской области составляет свыше 200 тыс. (Бабина, 1994). Только в течение 2004 года введены в эксплуатацию 1790 нефтяных скважин, 4 газовые скважины, 4 компрессорные станции. (Обзор..., 2004).
Весьма высоки показатели нарушенности земель при обустройстве месторождений нефти и газа. Под объекты нефтегазодобычи, транспортировки и переработки нефти и газа на территории ХМАО отводится ежегодно до 10 тыс. га земель государственного лесного фонда и земель запаса. Основная площадь нарушенных земель приурочена к трассам сборных и магистральных трубопроводов, площадкам разведочного и эксплуатационного бурения, местам добычи строительных материалов. При сооружении магистрального трубопровода на каждые 100 км трассы нарушается в среднем 500 га земельных угодий, а при прокладке дорог - не менее 250 га (Мазур, 1991).
По состоянию на 01.01.2004 общая площадь нарушенных земель (Обзор..., 2004) по области составила 170,6 тыс. га, в том числе тыс. га: - ЯНАО (Ямало-Ненецкий автономный округ) 112,6 -ХМАО 53,7 - южная зона 4,3
Механическое повреждение поверхности, вызванное обустройством объектов месторождений углеводородов и строительством трубопроводов, а также добычей строительных материалов, меняет геоморфологические, геохимические и гидрологические характеристики ландшафта, активизирует эрозионные процессы, в результате чего иногда формируются качественно новые природно-территориальные комплексы. Результатом механического повреждения поверхности, в зависимости от интенсивности техногенного давления, характера грунтов и растительности, может быть частичное нарушение или полное уничтожение растительного покрова и почвы. Воздействию подвергаются грунтовые и поверхностные воды, образуя обширные участки подтопления и переосушения. Оказывается негативное воздействие и на животный мир, для которого изменяются условия обитания, создаются препятствия на пути миграции. (Природопользование..., 1996). Деградация почв и растительности ведёт к сокращению рыбных запасов и охотничьих ресурсов. Деградация ландшафтов вызывает падение природно-ресурсного потенциала и ставит под угрозу традиционный уклад жизни и само существование коренных малочисленных народностей Севера, который во многом зависит от состояния окружающей природной среды в местах его проживания (Обзор..., 1999).
Все технологические процессы бурения, добычи и транспортировки газа неизбежно сопровождаются поступлением в окружающую среду комплекса химических веществ, которые меняют природную геохимическую обстановку и часто несут угрозу для биоты. Загрязнение окружающей среды при нефте- и газодобыче сопровождается нарушениями в структуре биогеоценозов, вызывает неблагоприятные изменения в органах и тканях растений. Это подтверждают в своих работах отечественные и зарубежные авторы, такие как Дьяконов, 1980; Воеводова 1987, 1988, 1989; Тентюков 1990; Мазур 1991; Козин 1993, 1996; Московченко,1998; Блисс,1990; Шуйцев,1982; Етеревская, Яранцева, 1976; Макунина и др., 1982; Арестова, Опекунова 2000; Deering, 1990.
Особую опасность представляет химическое загрязнение окружающей среды, которое происходит в результате разливов нефти, нефтесодержащих продуктов (подтоварной воды, промывочной жидкости), пластовых вод, химреагентов (поверхностно-активных веществ, ингибиторов коррозии, метанола и пр.), или выбросов в воздух продуктов сгорания топлива, паров и продувочных газов. Особая опасность химического загрязнения связана с тем, что оно попадает в мобильные сферы - атмосферу и гидросферу, которыми разноситься на большие расстояния. Поэтому даже локальный источник может загрязнить огромные территории. Важное значение при оценке химического загрязнения имеет токсичность отдельных видов химических загрязнителей, степень их избирательного влияния на компоненты окружающей природной среды и человека.
Весьма велики объемы загрязнителей, поступающие в атмосферу. За 2003 год от 127 (90806 источников) предприятий нефтегазодобывающего комплекса поступило в атмосферный воздух свыше 2648,1 тыс. т загрязняющих веществ. В том числе, тыс. т: Ямало-Ненецкий Автономный Округ (ЯНАО) 542,1 Ханты-Мансийский Автономный Округ (ХМАО)... .2087,4 Южная зона ..19,1 Основная часть загрязняющих веществ - 86% от суммарного выброса по отрасли, поступила в атмосферу от предприятий нефтедобывающей промышленности, 13% - от газовой, 1% - от нефтеперерабатывающей.
С 2000 г. наблюдается значительный рост объёмов выбросов: в Ханты-Мансийском автономном округе - в 2,1 раза, Ямало-Ненецком - в 1,6, южной зоне - в 1,3.
Основными загрязняющими веществами являлись оксид углерода (1596,6 тыс. т), углеводороды и летучие органические соединения (827,5тыс. т), твёрдые вещества (174,6 тыс. т), окислы азота (47,2 тыс. т), сернистый ангидрид (2,3 тыс. т). Среди углеводородов и летучих органических соединений превалировали метан - 284 тыс. т, бензин нефтяной 2,5 тыс. т, бензол - 0,7 тыс. т, толулол - 0,6 тыс. т, бутан - 0,4 тыс. т и ксилол - 0,3 тыс. т; среди твёрдых веществ - сажа - 172, 6 тыс.т.
Материалы и методы исследований
Настоящая работа является результатом проведённых автором исследований по программе научно-исследовательских и хозяйственно-договорных работ в составе лаборатории ландшафтных и фитоценотических исследований института проблем освоения Севера Сибирского отделения Российской Академии наук (ИПОС СО РАН) В соответствии с поставленной целью методика работ включала в себя построение серии тематических карт в электронном виде, связанных с атрибутивной базой данных, состоящей из числовой (количественной) и текстовой (описательной) частей.
В основу исследования был положен метод картографического моделирования. Было использовано основное гносеологическое свойство карты, как модели действительности - возникновение в карте данных, которыми не располагал в процессе ее создания картограф. Появление новых данных явилось результатом научного анализа и метода индукции, когда на основе изучения отдельных фактов и дискретных характеристик удалось получить новое знание и сделать общие выводы. Базовым в исследовании был принят комплексный ландшафтно-экологический подход, утверждающий, что каждая экосистема, занимая определённое место в ландшафтной структуре и хозяйственной деятельности, обладает рядом функций, значимых для природы или человека (экологически значимых).
При анализе уровня механических нарушений использовался метод дистанционного зондирования - механические нарушения были выявлены путем анализа космо- и аэрофотоснимков. Помимо собственных материалов, использовались данные о нарушенности ландшафтов на месторождениях Приобья из фондовых и литературных источников.
При оценке химического загрязнения ландшафтов использованы данные геохимических исследований, проведенные ШТОС СО РАН в 1993-2003 гг, а также фондовые материалы Научно-аналитического центра рационального недропользования ХМАО. Данные гидрохимического опробования (химический состав речных и озерных вод, донных отложений) заносились в атрибутивную базу данных с точной географической привязкой (как правило, использованы данные GPS-навигатора). Данные о содержании химических компонентов в речных водах и донных отложениях были занесены в картографо-информационную базу по точкам опробования (точечные объекты) и по отрезкам рек (линейные объекты). Атрибутивная база гидрохимических данных содержит информацию о дате опробования, об основных показателях химического состава (главные ионы, физико-химические показатели, содержание органических загрязнителей, нефтепродуктов и др.), об отношении содержания химического вещества к экологическим нормативам (ПДК). При этом структура таблицы удовлетворяет условию соответствия одной строки таблицы одному пространственному объекту карты. Для удобства табличной обработки информации атрибутивная база данных была переведена в файл формата Excel. Математико-статистическая обработка данных проводилась в дальнейшем с использованием программ Excel и Statistica, которые дают больше возможностей для обработки табличных данных. Перевод файлов Mapinfo - Excel не представляет технической сложности, поскольку программы предусматривают взаимообмен файлами и окнами посредством стандартной процедуры операционной системы Windows. Статистическая обработка включала в себя вычисление общих статистических параметров выборки (среднее, дисперсия, коэффициент вариации), коэффициентов корреляции, факторный анализ.
При изучении возможностей ГИС в картографировании загрязнения на локальном уровне был разработан эколого-геохимический блок муниципальной ГИС г. Тюмень. Основу для базы данных и карт-слоев ГИС составили данные исследований, выполненных ИПОС СО РАН в 1999-2001 гг. Отбор и подготовка проб проводились в соответствии с методическими рекомендациями по геохимической оценке загрязнения территорий городов химическими элементами (Верещака, 1998). Всего было отобрано 150 почвенных проб и проб донных отложений со дна городских водоемов. При выборе сетки геохимического опробования ставилась задача по возможности охватить все функциональные зоны города, выявить влияние основных транспортных магистралей, установить источники химического загрязнения и получить достоверный материал для эколого-геохимического картирования. Точки отбора проб распределены в центральной части города относительно равномерно, и более разреженно по окраинам, поскольку именно в центральной части наиболее высока плотность источников загрязнения (автотранспорт, промышленные предприятия). Особое внимание уделялось районам, где проложены главные городские транспортные магистрали.
Отбор проб донных отложений сопровождался отбором биоиндикационных проб - фрагментов водной растительности и затонувших древесных остатков, служащих субстратом для сообществ водных беспозвоночных - зооперифитона. Отобранные образцы -"обрастания" - были отобраны в ряде водоемов центральной части города и для сопоставления - в пригородной зоне. В ходе биоиндикационных исследований проводился подсчет численности и видового состава экологических групп зооперифитона, имеющих индикаторные свойства в отношении органогенного загрязнения (биоиндикационные исследования выполнены к.б.н. ТАШараповой). После лабораторных анализов было проведено сопоставление данных биоиндикации с параметрами загрязнения донных осадков. Точки геохимического опробования были нанесены на картографическую основу, впоследствии в атрибутивную базу были внесены результаты химических анализов. В структуре базы, помимо собственно данных о содержании того или иного вещества, содержится информация о кратности содержания относительно ПДК. По данным опробования был выполнен анализ экологической обстановки и построена серия карт, отражающих распределения загрязнителей.
Понятие "устойчивость" в системе географических наук
Постановка проблемы устойчивости ландшафтов стала результатом двух основных процессов: внедрения системного подхода в географические науки (геосистемная концепция) и экологизации общественного сознания. Геоэкологические исследования основываются на геосистемном анализе (совокупности методов изучения природных и природно-антропогенных ландшафтов путём выявления взаимосвязей между элементами и компонентами ландшафтов и их связей с другими ландшафтами) и эколого-географическом анализе (совокупности методов изучения взаимодействия природных и природно-антропогенных ландшафтов с обществом). Понимание ландшафта как сложной динамической системы привнесло необходимость изучения наиболее общих системных свойств, к числу которых относится устойчивость -способность противостоять возмущающим воздействиям среды.
Устойчивость природных систем понимается большинством исследователей как способность сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних и внутренних факторов. При этом выделяются природные системы " устойчивые" -способные к реакциям, пропорциональным по силе воздействия, и "неустойчивые" - проявляющие несоответственно большой отклик на относительно слабое воздействие (Реймерс, 1990).
Если попытаться суммировать различные походы к определению устойчивости, можно выделить две основные позиции. С одной стороны устойчивость определяется по отношению к тому или иному типу воздействия. В этом случае найденные показатели устойчивости оказываются в равной степени зависимыми как от свойств воздействий, так и от свойств самого ландшафта. Поэтому устойчивость ландшафта можно определить как способность противостоять антропогенным воздействиям, изменяясь только в пределах инварианта. Эти изменения носят характер нарушения, деградации отдельных компонентов или элементов ландшафтов, что отражается на степени их устойчивости. Предел устойчивости ландшафта определяется по тому состоянию, при котором изменения ещё обратимы, в противном случае происходит его разрушение. С другой стороны, довольно часто предметом исследования становится выделение относительной или потенциальной устойчивости ландшафтов, когда антропогенные воздействия рассматриваются не конкретно, а в общем виде. В этих случаях исследование сосредотачивается на тех свойствах и состояниях ландшафта (как внешних, зависящих от влияния среды, так и внутренних, генетически обусловленных), которые способны проявить себя и сохранить его (Реймерс, 1979).
А.А.Крауклис (1979), делая обзор понимания устойчивости в ландшафтоведении, пришел к выводу, что "устойчивость геосистем есть мера соответствия между составляющими временной структуры -нормальным функционированием, восстановлением, необратимым преобразованием генетического качества" (с. 73).
Обычно, характеризуя устойчивость, подчеркивается два главных ее аспекта: 1) способность сохранения структуры при воздействии и 2) способность к восстановлению после нарушения. По утверждению. В. С. Михеева (1990), свойству устойчивости корреспондирует свойство стабильности в структуре и инерционности в комплексе динамических свойств.
Наиболее часто при определении устойчивости географических объектов используется принцип покомпонентной оценки ряда параметров, после чего выводится общая, суммарная оценка.
Использование интегральных показателей при определении устойчивости природных комплексов и экосистем применяется различными исследователями. Согласно В. Д. Васильевской (1990), интегральная характеристика включает геохимическую устойчивость, биологическую устойчивость и физическую устойчивость почв и литогенной основы.
Параметры геохимической устойчивости детально разработаны М. А. Глазовской и Н. П. Солнцевой. Данный тип устойчивости определяется особенностями водного и теплового режима почв, их сорбционными свойствами, свойствами и биохимической активностью гумусового горизонта, наличием ландшафтно-геохимических барьеров. При непромывном типе водного режима, тяжёлом гранулометрическом составе и при наличии вечной мерзлоты в условиях тундровой зоны возникает опасность длительного загрязнения почв. Таким образом, для экосистем тундры в целом характерна пониженная геохимическая устойчивость экосистем локального уровня к различным загрязняющим веществам.
Понятие биологической устойчивости на сегодняшний день разработано недостаточно, несмотря на большое число проведенных работ по этой проблеме. Существуют два подхода в ее определении: с одной стороны устойчивость определяется как способность фитоценозов к самовосстановлению при отсутствии необратимых структурно-функциональных изменений, с другой - как сохранение валовой биопродуктивности сообщества. В данной работе биологическая устойчивость понимается, как способность фитоценозов сохранять видовой состав и структуру при техногенных воздействиях, поскольку способность растительного покрова восстанавливаться и создавать внутреннюю среду со специфическим режимом является основным стабилизирующим фактором экосистемы. Так как сформированный фитоценоз обладает высокими средообразующими свойствами, от его устойчивости в большой степени зависит устойчивость других компонентов экосистемы и экосистем в целом.
Особенности картографического обеспечения охраняемых природных территорий
В условиях интенсивного освоения северных территорий важнейшее значение приобретает приведение региональных процессов природопользования в соответствие с природно-ресурсным потенциалом и экологической ёмкостью эксплуатируемых геосистем. Организация особо охраняемых природных территорий (ООПТ) традиционно считается одним из самых действенных и радикальных средств в решении экологических проблем.
Цель, которая ставится перед охраняемыми природными территориями, состоит не только в сохранении отдельных видов растений и животных, но и в успешном решении задачи по поддержанию естественного равновесия экологической инфраструктуры ландшафта, состоящей из природных объектов, выполняющих средообразующие, транспортные и буферные функции.
В территориальном плане естественное экологическое равновесие можно определить как динамический баланс разнокачественных и разномасштабных экологических (а также агро- и урбо-) подсистем, обеспечивающий элементное разнообразие и оптимальное состояние компонентов, сохраняющий экологическую надсистему в состоянии потенциального самовосстановления.
Поддержание естественного равновесия достигается двумя основными путями. Первому пути соответствует комплекс мероприятий, называемых рационализацией природопользования, которая включает в себя регулировку промышленных и иных антропогенных нагрузок на территорию. Второй путь - собственно природоохранный, системно-балансовый метод полной и частичной консервации части территориальных комплексов, охраны отдельных экологических компонентов и множественности элементов. Только соединение рационализации использования природных ресурсов и территориального резервирования их части создаёт предпосылки для сбалансированного природопользования в условиях естественного равновесия (Реймерс, Штильмарк, 1978). Являясь эталонами относительно нетронутой природы различных природных зон, ООПТ могут быть использованы для определения степени нарушенности остальных экосистем. В качестве эталонов охраняемые территории являются одним из конструкционных блоков устойчивого развития (Показатели..., 2000).
При создании картографического материала, отражающего состояние ООПТ, и его дальнейшем анализе должны быть прослежены и учтены следующие процессы, объекты и показатели: рельеф и геологическое строение территории; макро- и мезоклиматические особенности в пределах крупных экосистем и влияний на них изменений в тепловом режиме, водном балансе и растительности (распределение и сила воздушных потоков, радиационный баланс, осадкообразование); распределение современной и восстановленной растительности, ход сукцессионных процессов; динамика формирования газового состава, общий фон и влияние промышленных объектов на загрязнение воздуха (если таковые имеются); характер водного режима и его вероятное изменение при том или ином направлении хозяйственного преобразования территории, формирование грунтовых и почвенных вод, изменение глубины их залегания при антропогенном нарушении поверхности, влияние этих процессов на растительность, почвообразование и т. д.; структура почвенного покрова, особенности почвобразовательных процессов, взаимосвязь между антропогенными воздействиями и изменениями в почвенном покрове; пути миграции, места зимовок и гнездований, массовых размножений ценных видов фауны; особенно хорошо сохранившиеся участки природы, её выдающиеся памятники, уникальные ландшафты; межрегиональная экологическая оптимальность, т. е. рациональное сочетание крупных экологических систем, основные природные ресурсы, включая минеральные, для определения перспектив развития хозяйства и возможности его специализации; общее состояние экологического баланса в пределах крупных экосистем, возможность его оптимизации путём определения оптимального соотношения охраняемых и эксплуатируемых площадей.
Карты ООПТ, являясь моделями состояния окружающей среды, дают возможность контролировать её нарушения, планировать природоохранные мероприятия и оценивать их эффективность.
В наиболее полном виде система тематических карт должна включать: карты природы, характеризующие состояние природных комплексов; социально-экономические, дающие производственную, транспортную, культурно-бытовую характеристику территории; карты окружающей среды, отражающие взаимодействие природы и общества (загрязнение, изменение, нарушения природной среды под воздействием антропогенных факторов). Каждая из указанных трёх групп карт состоит из серий (слоев), внутри которых осуществлён переход от более простых покомпонентных и отраслевых к сложным синтетическим картам, дающим интегральные характеристики региона. Совмещение, сопоставление и анализ разных слоев дает возможность составить ресурсные, оценочные и рекомендательные карты.
Уже на первом этапе необходимо создание покомпонентных инвентаризационных карт. Информация, заложенная в них должна дать всестороннюю характеристику современного состояния природной среды региона. На ландшафтной карте нужно отразить интенсивность изменений ландшафтов, направление этих изменений, результаты воздействия на природу. Путём учёта определённых индикаторов выявляются важнейшие экологические пределы для почв, воздуха, вод и ландшафтов.
Безусловно, отображение и анализ экологического потенциала геосистем - одно из ключевых звеньев в эколого-географическом картографировании особо охраняемых природных территорий. Выделение экологических типов геосистем, т.е. геосистем того или иного уровня, классифицированных соответственно их экологическому потенциалу, является экологической интерпретацией ландшафтной карты. В ней находят ясное отражение основные географический закономерности территориального разнообразия жизненной среды, в т. ч. зональность, секторность, азональная дифференциация. Этот слой карты отображается с помощью качественного фона.
Большое значение имеет отображение антропогенного воздействия. Экологический эффект одних и тех же антропогенных воздействий на природную среду зависит от их исходного естественного инварианта, т.е. от структуры, динамики геосистем и их устойчивости к тому или иному воздействию. Это второй план карты. Он отображается с помощью штриховки, структурных диаграмм, внемасштабных и линейных знаков. Сюда наносятся, с одной стороны, непосредственно факторы (источники) разного рода воздействий с их количественной характеристикой (например, источники промышленных выбросов, их состав и количество), с другой фиксируется прямой и косвенный эффект подобных воздействий, например, в виде нежелательных вторичных природных процессов, ухудшения качества водной и воздушной среды и т. д. (Исаченко, 1993).
Подобный подход и был применен к экологическому картографированию территории с применением ГИС-технологий природного парка "Нумто" (Белоярский район Ханты-Мансийского автономного округа)
