Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические основы оценки качества и оптими зации земелных ресурсов регионов интенсивного Сельскохозяйственного освоения 12
1.1 Теоретические вопросы оценки качества территорий 12
1.2 Территории интенсивного хозяйственного освоения. Соотношение с понятием антропогенный ландшафт 18
1.3 Территориальные природно-технические системы, типология, подходы к изучению 23
1.4 Анализ проблем изучения и рационального использования природных ресурсов территории. Определение возможных направлений их решения 38
2. Принципы и методы оценки качества и оптимиза ции структуры земельных ресурсов агропромыш ленных регионов 47
2.1 Основы принципы оценки устойчивости и оптимизации земельных ресурсов 47
2.2 Методические основы определения границ сельскохозяйственных природно-технических систем показателей и факторов обеспечивающих их функционирование 53
2.3 Методические основы определения потенциальной устойчивости территориальных комплексов 65
2.4 Основы оптимизации соотношения земельных ресурсов регионов интенсивного сельскохозяйственного освоения 69
2.4.1 Методические основы оптимизации соотношения земельных ресур сов регионов интенсивного агропроизводственного освое ния 69
2.4.2 Методические основы определения величины изменения потенциаль ной устойчивости ландшафтно-экологических подтипа земель при раз мещении на них различных видов сельскохозяйственных угодий 71
2.4.3 Методические основы определения экономической эффективности освоения земель при изменении состава различных видов сельскохозяйственных угодий 75
2.4.4 Методические основы оптимизации земельных ресурсов регионов интенсивного агропромышленного освоения 76
3. Создание логико-математической модели оптими зации структуры земель регионов интенсивного хозяйственного освоения 81
3.1 Основные элементы теории математического моделирования 81
3.2 Математическая постановка задачи 83
4. Основные подходы построения географической информационной системы оценки и оптимизации структуры земельных ресурсов 91
4.1 Природные особенности и современное состояние земельных уго дий исследуемого региона 91
4.1.1 Природные условия и ландшафты востока Среднерусской возвышенности 91
4.1.2 Современное состояние земельных ресурсов 96
4.2 Обобщённая схема построения и использования информационно-аналитической системы оценки и оптимизации территорий интенсивного хозяйственного освоения 99
4.3 Особенности сбора и подготовки исходных данных ...104
4.4 Математическое обеспечение комплексной оценки состояния территорий интенсивного хозяйственного освоения. 106
4.5 Анализ точности комплексной оценки состояния территорий интенсивного хозяйственного освоения 107
4.6 Реализация модели информационно-аналитической системы ком плексной оценки состояния территорий интенсивного хозяйственно го освоения 109
4.6.1. Основные возможности Maplnfo Proffesional как ГИС приложения 109
4.6.2. Информационно-аналитические основы создания и использования специализированной ГИС оптимизации территорий интенсивного сель скохозяйственного освоения. 112
5. Основные результаты апробации информационно-аналитической системы оценки и оптимизации структуры земельных ресурсов агропроизводственных регионов 117
5.1 Определение и картографирование снижения потенциала устойчивости ландшафтно-экологических подтипов земель, связанного с сельскохозяйственным производством 117
5.2. Определение величины эколого-экономического эффекта рацио нального размещения земельных угодий 124
Выводы 130
- Территориальные природно-технические системы, типология, подходы к изучению
- Основы оптимизации соотношения земельных ресурсов регионов интенсивного сельскохозяйственного освоения
- Обобщённая схема построения и использования информационно-аналитической системы оценки и оптимизации территорий интенсивного хозяйственного освоения
- Определение величины эколого-экономического эффекта рацио нального размещения земельных угодий
Введение к работе
Актуальность исследования.
Увеличение общей антропогенной нагрузки на природную среду в Российской Федерации привело к значительному ухудшению состояния земельных ресурсов. На настоящий момент на территории России более половины площадей сельскохозяйственных угодий подвержено водной и ветровой эрозии, а на одной трети отмечается опасность дефляции земель. На значительной части распространены почвы, имеющие повышенную кислотность, отмечается развитие процессов их засоления, переувлажнения, заболачивания и загрязнения [50].
Резкое ухудшение состояния земельных ресурсов отмечается в Центрально-Черноземном регионе, который входит в группу регионов Российской Федерации с Наиболее сильным антропогенным воздействием на природную среду. Земельные ресурсы здесь интенсивно используются в сельскохозяйственном производстве: под сельскохозяйственными угодьями находится 80,5% территории, под пашней - 65,8%, при средней облесённости территории -10,8%. Следует сказать, что снижение качества земельных ресурсов происходит в районе, который имеет по данным РАСХ самый большой в России биоклиматический потенциал и самую высокую денежную оценку сельскохозяйственных угодий [12]. Качество земельных ресурсов в регионах с таким интенсивным воздействием на природную среду можно сохранить в результате уменьшения антропогенной нагрузки на земельные ресурсьї, путем создания адаптированных к природно-экономическим условиям природно-антропогенных систем за счет проведения работ по восстановлению качества земель.
Уровень наших знаний в настоящее время не позволяет достаточно эффективно регулировать устойчивость современных ландшафтов к разнообразным антропогенным воздействиям. Усилия и средства обычно направляются на устранение ущерба, уже нанесенного земельным ресурсам. Однако, в основе экологи ческой политики государства должен находиться принцип недопущения нарушений, который может быть реализован лишь путем регулирования антропогенной нагрузки на территорию [127].
Необходимо отметить, что рациональное использование и охрана земельных ресурсов в регионах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду возможны, лишь на основе создания сбалансированных, высокопродуктивных и устойчивых к антропогенным воздействиям ландшафтных экосистем, максимально адаптированных к местным природно-экономическим условиям [12]. Земля - специфический вид материальных ресурсов, это материальный базис на котором строится жизнедеятельность человеческого общества. Она является хранилищем природных богатств, носителем инфраструктуры и, в конце концов — кормильцем всего человечества. Однако необходимо понимать, что земля — это хрупкая, чувствительная и ранимая субстанция, особенно в отношении к возрастающему антропогенному воздействию. Необходимо также помнить, что территория, которая вовлекается в хозяйственный оборот ограничена, что и является причиной дефицита земельных ресурсов.
В современных условиях особенно остро стоит вопрос о рациональном, бережном использовании земель, и как уникального природного тела способного продуцировать биомассу, и как материального носителя производства [12].
Указанные проблемы требуют обоснованных и своевременных управленческих решений, направленных на оптимизацию сложившейся на сегодняшний день структуры землепользования. Принятие подобных решений сопряжено с обработкой, анализом огромного количества информации, а при решении вопросов связанных с земельными ресурсами важнейшее значение приобретает наличие высокоточных карт. Особенно перспективным является разработка, создание географических информационных систем (ГИС) природоохранного и ресурсосберегающего направления, функционирующих в комплексе с аналитическими и рас чётными блоками, что позволяет использовать подобные системы в качестве мощной исходной базы в целях принятия оперативных решений.
Исходя из вышеизложенного, необходимо отметить, что на сегодняшний день задача создания тематических геоинформационных моделей является достаточно актуальным направлением современной географии.
Целью работы является обоснование и разработка модели оптимизации структуры землепользования, управления земельными ресурсами и их картографирование на основе локальной ГИС.
Задачи исследования.
Для достижения поставленной цели в рамках диссертационного исследования решались следующие задачи:
- • усовершенствовать теоретические и методические положения определения устойчивости природно-территориальных систем;
разработать подход к определению диапазона изменений и экстремальных значений потенциальной устойчивости природных комплексов в зависимости от состава и соотношения сельскохозяйственных угодий;
обосновать основные положения оптимизации хозяйственной структуры природно-антропогенных комплексов в зависимости от величины потенциальной устойчивости;
разработать математическую модель оптимизации структуры землепользования, реализованную в качестве аналитического блока локальной ГИС, ориентированной на управление земельными ресурсами и их картографирование.
На основе исследования и методологического обоснования все выше названные задачи доведены до уровня практического применения.
Объектом исследования являются основные ландшафтно-экологические подтипы земель чернозёмно-лесостепного типа земель (ЛЭПЗ) Среднерусской возвышенности.
Предметом исследования являются теоретические, методические и практические аспекты управления величиной потенциальной устойчивости природно территориальных комплексов, вовлечённых в сельскохозяйственное производство.
Теоретической и методологической основой исследования послужил ландшафтно-экологический подход к оценке и рациональной организации территории, определённый в трудах отечественных ученых по изучаемой проблеме (Докучаев, 1948; Арманд, 1975; Исаченко, 1980, 1991; Мильков, 1973, 1986, 1996; Г.И.Швебс, 1981).
В диссертации использованы следующие методы исследований: логико-математического моделирования, теории принятия решений, статистический, балансовый, картографический, сравнительно-географический.
Достоверность результатов исследования базируется на репрезентативном массиве информации, актуальном картографическом материале, современных способах обработки, анализа и картографирования фактического материала, системном подходе к изучению объекта. В настоящей работе в целях статистической обработки и реализации математической модели использовался редактор Microsoft Excel 2000; построение ГИС и картографирование производилось посредством Maplnfo Professional 5.0.
Научно-методическую новизну исследования представляет комплексная реализация трёх основных методов изучения современного состояния территории: ландшафтно-экологического подхода, концепции эколого-хозяйственного баланса, принципов управления и моделирования природно-технических систем. Применение метода сравнительного анализа позволило выявить ряд показателей характеризующих потенциальную устойчивость современных сельскохозяйственных ландшафтов: показатели природно-ресурсного потенциала, потенциала устойчивости, экологического потенциала. Основополагающим критерием являлся характер воздействия хозяйственной деятельности человека на потенциальную устойчивость современных ландшафтов. В работе показан опыт оптимизации структуры землепользования по степени изменения потенциальной устойчивости ландшафтов Среднерусской возвышенности, обусловленной наличием сельскохо зяйственных угодий. Впервые обозначены теоретические и методические подходы к определению величины изменения потенциальной устойчивости земель в зависимости от соотношения сельскохозяйственных угодий. Разработаны и опробованы, основные принципы оптимизации структуры землепользования по критерию потенциальной устойчивости и эколого-экономической целесообразности. Уточнён подход к созданию локальных ГИС, ориентированных на принятие решений по оптимизации структуры землепользования. Выявлены различия в значениях потенциальной устойчивости чернозёмно-лесостепного типа земель в пределах Среднерусской возвышенности. Разработанные нами методы оценки и оптимизации земельных ресурсов позволяют произвести прогнозирование, картографирование и анализ величины изменения потенциальной устойчивости земель в зависимости от соотношения сельскохозяйственных угодий.
Практическая значимость работы. В целях оценки и оптимизации сложившейся структуры землепользования разработаны оригинальные алгоритмы и методы определения степени изменения потенциальной устойчивости современных агропроизводственных ландшафтов, обусловленной соотношением сельскохозяйственных угодий. Разработана тематическая ГИС, в которой предложенные алгоритмы реализованы до степени практического применения на основе стандартного пакета MS Excel 2000 и картографического редактора Maplnfo Professional 5.0. Установлено, что изучение состояния земельных ресурсов целесообразно осуществлять в границах ЛЭПЗ. На основе созданной цифровой модели рельефа на исследуемой территории выявлены ЛЭПЗ Среднерусской возвышенности. Практическая реализация предложенных алгоритмов позволила установить типы сельскохозяйственных угодий, оказывающих наибольшее влияние на величину потенциальной устойчивости в границах отдельных ЛЭПЗ Среднерусской возвышенности. Применение эколого-экономического подхода к оптимизации земельных ресурсов позволило определить оптимальные соотношения сельскохозяйственных угодий в границах ЛЭПЗ исследуемой территории.
Разработанный подход к оптимизации структуры землепользования учитывается при проведении кадастрово-оценочных работ Центрально-Чернозёмным филиалом ФГУП "Государственный проектно-изыскательский институт земельно-кадастровых съёмок" — ВИСХАГИ. Разработанная ГИС и полученные резуль-таты используются территориальным межрайонным отделом № 10 Управления Федерального агентства кадастра объектов недвижимости по Воронежской области в качестве информационной базы экологического состояния земельных ресурсов Семилукского района Воронежской области.
Основные подходы к картографированию потенциальной устойчивости земель используются в учебном процессе в рамках курсов "Экологическое карто- графирование" и "Геоэкология сред" в Воронежском государственном педагоги ческом университете и "Геоинформационные системы" в Воронежском государственном университете.
Основные научные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Региональные особенности трансформации и динамики потенциальной устойчивости земельных ресурсов востока Среднерусской возвышенности.
2. Информационно-аналитическая модель оценки потенциальной устойчивости земельных ресурсов при различных вариантах соотношения сельскохозяй-ственных угодий.
3. Структура и содержание локальной ГИС в целях комплексной оценки состояния, картографирования и оптимизации ландшафтов.
4 . Основы оптимизации земельных ресурсов и устойчивого землепользования.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-методических семинарах кафедры экологического образования ВГПУ (2000-2004гг.); Всероссийских, региона нальных и научно-практических конференциях: III и IV региональной научно-практической конференцях "Проблемы регионального природопользования и методика преподавания естественных наук в средней школе " (Воронеж, 2001,2003),
Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 175-летию со дня рождения П.П. Семёнова-Тян-Шанского "История и развитие идей П.П. Се-мёнова-Тян-Шанского в современной науке и практике школьного образования" (Липецк, 2002), V региональной научно-практической конференции "Вопросы региональной экологии" (Тамбов, 2002), V Всероссийской научно-практической конференции "Территориальная организация общества и управление в регионах" (Воронеж, 2002), II и III научно-практических конференций "Мониторинг земель в системе управления земельными ресурсами регионов России (на примере Воронежской области)" (Воронеж, 2001, 2002), межрегиональной научной конференции, посвященной 80-летию В.Я. Заплетина "Современные проблемы мониторинга землепользования Центрального Черноземья России" (Воронеж, 2003); заседании кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды ВГУ (Воронеж, 2004), V межрегиональной научно-практической конференции "Региональный мониторинг и оценка земель. Опыт. Современные проблемы и пути решения" (Воронеж, 2004).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 научных работах общим объёмом 2,8 п.л.
Личный вклад соискателя. При достижении целей и задач, поставленных в настоящей работе, автором было выполнено картографирование изучаемой территории на основе аэрофотосъёмки и полевых исследований, построение цифровой модели местности, теоретическая разработка и практическая реализация математической модели оптимизации земельных ресурсов, построение тематической ГИС, ориентированной на управление оптимизацией структуры землепользования.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, выводов и приложений, содержит 151 страницу текста. В работе приведено 7 таблиц, 12 рисунков, 32 формулы и 12 приложений. Список использованной литературы включает 189 наименований, в том числе 5 зарубежных источников.
Территориальные природно-технические системы, типология, подходы к изучению
В очень обобщённом виде справедливо следующее определение: природно-техническая система (ПТС) - комбинация из технического устройства и природного тела любого размера, элементы, которые объединены единством выполняемой социально-экономической функции [162]. Изучению природно-технических систем посвящены работы многих авторов, направление и специфику которых можно разделить на два направления. Структурно-морфологический подход, в основе которого лежит изучение пространственной организации ландшафтов образующихся в процессе хозяйственной деятельности [105, 107, 116, 103]. Функциональный подход, позволяющий рассматривать технические сооружения и природные среды как целостные системы. Причём их. функционирование осуществляется за счёт социального регулирования [133, 9, 143, 90, 35]. На наш взгляд наиболее детально теория и практика природно-технических систем разработана в трудах Г.И. Швебса [178, 179, 180]. Он определяет природно-техническую систему как модификацию естественной системы, ее структуры, функционирования, т.е. системообразующих отношений и их свойств. Отличительной чертой этой системы он видит возможность управления. Причём им выделены два вида управления: дискретное, осуществляемое без учета обратных связей за некоторый промежуток времени, и непрерывное воздействие на систему осуществляется непосредственно в момент поступления информации о её состоянии.
Позднее произошло объединение этих подходов в единое направление — "учение об антропогенных ландшафтах" предметом изучения которого являются как антропогенные комплексы, так и ландшафтно-техногенные и ландшафт-но-инженерные системы [106, 168, 170]. Объединение двух взаимодополняемых направлений при изучении хозяйственной деятельности человека позволяет точнее установить генетическую сущность, поведение и время появления антропогенных комплексов, правильнее решить вопросы географического прогнозирования, найти оптимальные варианты преобразования нарушенной природной среды [170]. Необходимо отметить, что в рассмотренных выше направлениях находит отражение системный подход, лежащий в основе равновесного природопользования, позволяющий не только анализировать причинно-следственные взаимосвязи между. отдельными компонентами природной среды, но и исследовать процессы эксплуатации и воспроизводства природных ресурсов, рассматривая их как функциональные звенья сложной системы. Системный подход является одним из наиболее распространенных научных методов, в особенности для исследования сложных высокоорганизованных систем, элементы которых объединены вертикальными и горизонтальными взаимосвязями. Построенные и вновь создаваемые природно-технические системы, формируют структуру региональных систем взаимодействия общества и природы [61, 144, 161, 183]. На стадии предпроектных исследований и в период проектных разработок понятие ПТС ассоциируется обычно с иерархической структурой ее отдельных компонентов, функционирующих в тесном взаимодействии как единое целое. Для всех работ, посвященных изучению различных аспектов развития сложных ПТС с использованием философских, географических, экологических, математических, физико-химических, картографических и других методов исследования, характерен общий методический подход основанный на условном расчленении сложной первоначальной системы на уровни соответствующие естественной иерархической структуре реального мира. С учетом вышеизложенного сформулируем понятие природно-технической системы. Под данной системой понимается множество взаимосвязанных технических (инженерных) и хозяйственных объектов, входящих в ее состав, включая измененную ими природную среду, обладающих единством, выражающимся в интегральных свойствах и функциях данной системы [166, 20].
При определении степени нарушенности природной среды, с точки зрения благоприятности условий жизнедеятельности человека, необходимо специальное исследование территории на предмет соответствия значений контролируемых показателей качества окружающей среды их нормативным значениям. Определение этого соответствия представляется возможным при рассмотрении исследуемой территории в виде сочетания функционирующих при-родно-технических систем, управляемых технологией производства, и ландшафтных комплексов, в том числе и антропогенных, регулируемых природными закономерностями. Функционирование любой природно-технической системы обеспечивается, с одной стороны состоянием природных ландшафтов, а с другой стороны - экологическими потребностями человека, представляющими собой многоцелевые надобности в пользовании природой и использовании ее благ, как необходимых условий жизни и социально-экономического процветания [162]. Необходимо отметить, что согласно принципу развития хозяйственных систем изложенному Ю. Одумом, достижение максимальной хозяйственной выгоды от использования природного ресурса возможно лишь при максимальном упрощении структуры природного комплекса, что приводит к нарушению его устойчивости и трансформации [123]. Поэтому, на современном этапе освоения богатств природы приходится искать пути компромисса между потребностями социума и природными возможностями территории, который сводится к установлению оптимальных параметров функционирования природно-технических систем. Практически это осуществимо при создании системы управления природно-техническими системами, основанной на комплексной оценке состояния территории.
К настоящему времени вопросы управления природно-техническими системами довольно слабо проработаны. Однако существуют позитивные примеры постановки и решения данных проблем. Они связаны с проектированием и управлением противоэрозионными системами в работах Г.И. Швебса [179]. Он отмечает естественное стремление человека к наиболее эффективному варианту управления системой, и показывает решаемость данной задачи при наличии количественных, показателей эффективности (критерия качества или критерия оптимальности). Критерий оптимальности определяется функционированием системы и ее назначением, а задается как функция выходных переменных (параметров). Решение задачи целевого управления сводится к обеспечению экстремального значения целевой функции для конкретных условий. Определение и формулирование целевой функции вопрос требующий детального анализа всех показателей состояния определённого класса природно-технических систем. Причём анализ включает в себя прежде всего оценку возможностей природного комплекса. В работах Б.И. Кочурова в качестве такой функции рассматривается эколо-го-хозяйственный баланс территории, представляющий собой соотношение различных видов деятельности и интересов различных групп населения на территории с.учетом потенциальных и реальных возможностей природы, что обеспечивает устойчивое развитие природы и общества, воспроизводство природных (возобновляемых) ресурсов и не вызывает экологические изменения и последствия. Главным содержанием эколого-хозяйственного баланса территории являются совершенствование структуры землепользования и создание новых структур землепользования на основе соответствия структурных элементов ландшафта и видов использования земель и ориентация на постоянное расширение природных систем жизнеобеспечения человека. Особую значимость имеет повышение устойчивости за счет управляемости со стороны человека интенсивно используемых ландшафтов - природно-антропогенных систем, что достигается соответствием направленности процессов природных и социально-экономических систем и применением экологически приемлемых и природо-совместимых технологий [82, 84, 86, 65].
Как отмечается в работах П.Г. Шищенко в качестве основной классификационной единицы современных ландшафтов, подверженных производственным нагрузкам (воздействиям), приводящим к заметным преобразованиям ландшафта, принимается их функциональный тип, образующий первую (сверху) ступень классификации. Природно-ландшафтная специфика производственного использования земель учитывается на второй ступени классификации через зонально-провинциальные признаки и свойства естественного ландшафта. На последующих ступенях выделения классификационных единиц производится путём учёта степени преобразованности природного ландшафта [182].
Основы оптимизации соотношения земельных ресурсов регионов интенсивного сельскохозяйственного освоения
Для определения потенциальной устойчивости исследуемой территории отбор факторов производится исходя из основного, как по занимаемой площади так и валовой продукции, типа хозяйственного освоения - сельскохозяйственного производства. Современные приёмы ведения сельскохозяйственного производства должны быть ориентированы на охрану и рациональное использование земельных ресурсов. Состояние земельных ресурсов, как основного средства производства агропромышленных предприятий, напрямую зависит от множества факторов, среди которых важнейшее место занимает соотношение основных видов сельскохозяйственных угодий: пашней, пастбищами и сенокосами. Именно эти угодья, их закономерная приуроченность и соотношение с определёнными ландшафтно-экологическим подтипами использования земель должны служить основой сбалансированного производства как экономическим так и по геоэкологическим критериям. Подобное состояние возможно при некотором оптимальном соотношении основных видов использования территорий, такие соотношения предлагаются для ряда территорий в работах Б.И. Ко-чурова [85, 87, 84, 86]. Отмечаемые соотношения справедливы на мезо- уровне географических исследований, и при переходе к исследованиям локальных территорий требуют уточнений, связанных с особенностями ландшафтно-экологического подхода к исследованию территории и со сложившейся системой хозяйственного освоения.
Таким образом, представляется возможным следующая формулировка условия оптимального состояния земельных ресурсов территорий интенсивного агропромышленного освоения: функционирование сельскохозяйственной территориальной природно-технической системы, возможно в случае такого соотношения площадей основных сельскохозяйственных угодий в пределах отдельных ландшафтно-экологических подтипов земель, при котором будет сохраняться максимальные значения потенциальной устойчивости современных ландшафтов, и в то же время обеспечиваться рентабельные условия сельскохозяйственного производства. В указанной трактовке условия оптимальности, практический интерес представляет возможность достижения заданного порога потенциальной устойчивости ландшафтно-экологических подтипов земель, путём установления зависимости изменения значений этой величины от изменения процентного соотношения площадей основных типов сельскохозяйственных угодий. Данное условие, по нашему мнению, достижимо при установлении значений следующих величин: - максимального значения потенциальной устойчивости для каждого ландшафтно-экологического подтипа земель исследуемого региона; - величины изменения потенциальной устойчивости каждого ландшафтно-экологического подтипа земель при размещении на нём единицы площади каждого вида сельскохозяйственного угодья; - величины изменения экономической эффективности освоения каждого ландшафтно-экологического подтипа земель при изменении состава основных типов сельскохозяйственных угодий в его границах Методические основы определения величины изменения потенциальной устойчивости ландшафтно-экологических подтипов земель при размещении на них основных видов сельскохозяйственных угодий.
Значение потенциальной устойчивости для каждого ландшафтно-экологического подтипа земель уникально, вследствие неповторимости природного ландшафта. При рассмотрении ландшафтно-экологической типологии земель в качестве природной основы оптимизации земельных ресурсов, необходимо учитывать неравнозначность различных ландшафтно-экологических подтипов земель в геоэкологическом и хозяйственно-экономическом отношениях. Очевидно, что некоторые подтипы земель, например лесостепной водо-раздельно-равнинный дренированный, более восприимчивы к сельскохозяйственному освоению и способны сколь угодно долго без значительных трансформаций служить ресурсной базой агропромышленного комплекса региона. Как справедливо и обратное - некоторые ландшафтно-экологические подтипы земель, менее пригодны для сельскохозяйственного производства, и их освоение сопряжено со значительными трансформациями ландшафтной структуры при использовании их в качестве сельскохозяйственных ландшафтов. Кроме того основные виды сельскохозяйственных угодий (пашня, сенокос, пастбище) по глубине своего воздействия так же неравнозначны. Потенциальные устойчивости различных в типологическом отношении земель будет не одинаков, особенно если учитывать неравномерность распределения на их площади основных сельскохозяйственных угодий. Таким образом, для проведения сравнительного анализа земельных ресурсов различных ландшафтно-экологических подтипов земель необходимо определить максимально возможную величину потенциальной устойчивости. Теоретически, максимальное значение потенциальной устойчивости должно стремиться к 1 то есть к 100%. Однако, при определении максимальной устойчивости ландшафт-но-экологических подтипов земель, необходим учёт как типологических особенностей так и степени воздействия основных сельскохозяйственных угодий. Исходя из этого, представляется возможным определение максимального значения потенциальной устойчивости для каждого ландшафтно-экологического подтипа земель как суммы значений современной потенциальной устойчивости и совокупного вклада в снижение данного потенциала видов сельскохозяйственных угодий - пашни, пастбищ, сенокосов. Необходимо учитывать, что территория современных ландшафтов подлежит комплексному использованию, и говоря об интенсивном агропромышленном освоении имеется в виду преобладающий вид хозяйственной деятельности. Потенциальная устойчивость — комплексная характеристика и отражает общее состояние ландшафта, включая влияние объектов несельскохозяйственного назначения. Следовательно, максимальное значение потенциальной устойчивости, не зависимо от интенсивности сельскохозяйственного освоения, не может достигать теоретического предела-100%.
Таким образом, вырисовываются основные факторы, влияющие на величину потенциальной устойчивости земель: - Место в ландшафтно-экологической типологии земель. - Соотношение сельскохозяйственных угодий. - Наличие несельскохозяйственных объектов, являющихся источником экологического неблагополучия. При определении потенциальной устойчивости и оптимизации земель регионов интенсивного агропроизводственного освоения, наиболее перспективным является учёт первых двух факторов имеющих повсеместное распространение и поддающиеся ландшафтно-экологическому обоснованию. Исходя из выше изложенного, предлагается методический алгоритм определения максимальной величины потенциальной устойчивости ландшафтноэкологических подтипов земель в целях оптимизации структуры землепользования, реализуемый следующими этапами: 1. Определение потенциальной устойчивости современных ландшафтов в границах ландшафтно-экологических подтипов земель согласно существующим методическим подходам (п.п. 2.4).
Обобщённая схема построения и использования информационно-аналитической системы оценки и оптимизации территорий интенсивного хозяйственного освоения
Для полноценного функционирования системы необходимо использование специализированного программного обеспечения, представленного в виде системы локальных баз данных исходной информации. Результат оценки по соответствующей методике необходимо реализовывать в виде условных единиц на бумажных и магнитных носителях, как в виде баз данных, так и виде соответствующих тематических слоев.
Объектом оценки качества территории являются виды сельскохозяйственных угодийв границах ландшафтно-экологических подтипов земель в границах Среднерусской возвышенности. Предметом оценки качества являются факторы и показатели, определяющие устойчивое функционирование современных при-родно-технических систем сельскохозяйственного назначения. Согласно общему подходу к оценке состояния природно-технических систем в соответствующем алгоритме, можно условно выделить следующие функциональные процессы: 1. Информационное обеспечение: - сбор и обобщение исходных данных по каждому виду использования и ландшафтно-экологическому подтипу земель; - формирование локальных баз данных исходной информации; - формирование тематических векторных графических и семантических данных. 2. Оценка современного состояния природно-технических систем: - определение показателей оценки качества территорий по имеющимся локальным базам данных; - анализ взаимосвязей и корреляционных зависимостей между результатами оценки и имеющимися данными; - контрольные обследования и оценки аномальных участков, корректировка исходных данных и их уточнение. 3. Территориальное зонирование, анализ пространственных взаимосвязей. - пространственная аппроксимация результатов оценки современного состояния; - корреляционный анализ тематических слоев территориальной аппроксимации результатов оценки; - кластеризация оценочных выделов кварталов по совокупности признаков; - подготовка и обоснование вариантов территориального зонирования.
Основой создания и информационного обеспечения оценки качества территорий является специализированная локальная географическая информационная система. Географическая информационная система (ГИС) - информационная система, обеспечивающая сбор, хранение, обработку, доступ, отображение и распространение пространственно - координированных данных. ГИС содержит данные о пространственных объектах в форме их цифровых представлений (векторных, растровых, квадротомических и иных), включает соответствующий задачам набор функциональных возможностей ГИС, в которых реализуются операции геоинформационных технологий, поддерживается программным, аппаратным, информационным, нормативно-правовым, кадровым и организационным обеспечением [176]. Основным назначением ГИС следует считать формирование знаний о Земле, отдельных территориях, местности, а также своевременное доведение необходимых и достаточных пространственных данных до многочисленных пользователей, с целью достижения наибольшей эффективности их работы. [98]. Это осуществляется путем решения следующих задач: -изучение и обобщение опыта обеспечения пользователей пространственными данными; -разработка ключевых понятий и определений, выявление и исследование объективных закономерностей информационного обеспечения пользователей, формирование на их базе основных принципов построения и функционирования ГИС; -исследование и разработка общей концепции создания системы картографических моделей, комплекса технических и программных средств, технологии автоматизированного изготовления, накопления и доведения до пользователей электронных и цифровых карт, проблемно-ориентированных моделей местности; -разработка критериев и методов оценки эффективности ГИС, мероприятии по совершенствованию и практических рекомендации по применению ГИС.
В-соответствии с назначением, ГИС должна иметь разветвленную структуру, технологические комплексы, большие объемы обрабатываемой и передаваемой информации. Для такой системы характерно непрерывное усложнение, развитие технологических процессов, увеличение количества источников информации. На начальном этапе создания такой системы главной проблемой является выбор ее рациональной структуры и обоснование принципов проектирования. Важнейшим следует считать принцип соответствия структуры ГИС, ее тактико-технических характеристик предъявляемым к ней требованиям пользователей. Согласно этому принципу, в ГИС должны обеспечиваться основные требования, предъявляемые не только к составу системы и принципам взаимодействия входящих в нее подсистем, их функциональным возможностям, оперативности, производственной мощности, но и к картографическим моделям, прежде всего, электронным и цифровым картам, создаваемым для использования в ГИС. Принцип реализуется в результате разработки вариантов структуры ГИС и ее тактико-технических характеристик, их анализа и выбора предпочтительного варианта [187, 189]. Одним из основополагающих принципов создания и применения ГИС следует считать системный подход. Он заключается в рассмотрении объекта исследования как целостной сложной системы, состоящей из ряда подсистем и имеющей функциональные зависимости и связи внутри системы, между ее подсистемами. Системный подход обеспечивает единство создания технического, математического, информационного и лингвистического обеспечения, их совместимость, определяет методы исследования и проектирования ГИС, ее структуру. Он представляет собой обобщенную методологию решения проблем, основанную на концепции такой системы, под которой понимается не только ее структура, но и функционирование. Конечным результатом функционирования ГИС должно быть повышение эффективности работы пользователей путем своевременного доведения до них необходимой и достаточной информации о местности и происходящих на ней процессах посредством создаваемых, как единое целое, электронных и цифровых карт. По существу требуется решить проблему создания (обновления) единой системы картографических моделей, в частности, системы электронных карт [177].
Определение величины эколого-экономического эффекта рацио нального размещения земельных угодий
Каждое изменение площадей сельскохозяйственных ландшафтов несёт не только изменение потенциала устойчивости ландшафтов, но изменение производственной базы сельскохозяйственных предприятий. Сельскохозяйственные угодья обладают определёнными специфическими свойствами, придающие им ценность как объекта производства, и в конечном итоге определяющих рентабельность хозяйственной деятельности. Любой вид угодья отличен от всех остальных величиной земельной ренты - постоянного дохода приносящего прибыль [60, 24]. Существует множество подходов, позволяющих рассчитать земельную ренту для каждого вида угодий. Одним из наиболее показательных параметров, характеризующих доходность земель является окупаемость затрат на возделывание сельскохозяйственной продукции на каждом виде земельных угодий. Исследуемая территория в основном занята земельными угодьями пяти хозяйств Семилукского района: ОАО "Колхоз Семилукский", ОАО "Колхоз им. Горького", ОАО "Колхоз им. Энгельса", ОАО "Колхоз им. Ленина", ОАО "Перлёвское". Сотрудниками ЦЧО НИИ гипрозем в ходе выполнения работ по экономической оценке земель Воронежской области, на основании математической модели урожайности сельскохозяйственных культур, были определены значения окупаемости затрат в руб/руб по всем основным видам сельскохозяйственных угодий, результаты расчётов представлены в таблице 5.3.
Представленные выше данные использовались для оценки экономического эффекта при изменении структуры сельскохозяйственных площадей всей исследуемой территории. Первоначально были определены границы перечисленных выше хозяйств, а затем присвоены соответствующие показатели окупаемости земельным угодьям в семантическую базу электронного слоя "Основные угодья". Для сельскохозяйственных угодий, занимаемых территорией нескольких хозяйств определялось среднее арифметическое значение показателя окупаемости. Затем, путём наложения электронных слоев данные показатели были сопоставлены с ландшафтно-экологическими подтипами земель и их значениями потенциальной устойчивости. Определение экономических издержек при изменении структуры землепользования, сводится к определению снижения или повышения доходности при замене одного гектара площади определённого вида сельскохозяйственного угодья на другой. Очевидно, экономический эффект в данном случае будет равен отношению окупаемости затрат возделывания данных угодий. В условиях нашей задачи возможны следующие варианты: замена пашни сенокосом, замена пашни пастбищем и замена сенокоса пастбищем. Результаты данных вычислений представлены в таблице 5.4.
Как свидетельствуют проведённые расчёты, наибольшие экономические потери наблюдаются при Варианте 3, а при Варианте 2 очевиден положительный эффект. Общий экономический эффект по отдельным ландшафтно-экологическим подтипам земель представлен в таблице 5.5. Расчёты показывают, что в результате оптимизации структуры земельных угодий лесостепного надпойменно-террасового и поименно-приречного дренированного ландшафтно-экологического подтипа земель наблюдается отрицательный экономический эффект -3,25 %, за счёт замены более продуктивного вида сельскохозяйственного угодья — пашни, на менее экономически выгодные пастбища. Однако, следует отметить что данные потери являются необходимой мерой для обеспечения стабильного и бесконфликтного использования природных ресурсов, к тому же при средней рентабельности сельскохозяйственных предприятий - 20 %, потери 3,25 % процентов не являются критическими [26]. В качестве основного критерия сопоставления доходности земельных угодий и потенциальной устойчивости ландшафтно-экологических подтипов земель предлагается суммарный показатель равный отношению величины изменения общей доходности угодья, размещённого на ландшафтноэкологического подтипа земель к величине изменения его потенциала устойчивости. Расчёт данного показателя представлен в таблице 5.6. Из приведённых данных видно, что положительный эффект увеличения потенциальной устойчивости значительно выше отрицательного экономического эффекта. Отношение экономического эффекта оптимизации к эффекту увеличения потенциальной устойчивости равняется 0,16, умножив это значение на величину одного процента общего экономического эффекта после оптимизации, получим стоимость увеличения потенциальной устойчивости на один процент, в ценах 1986 года это значение составляет 2,99 рубля. На основе указанных выше расчётов построена карта-схема изменения экономического эффекта после оптимизации в масштабе 1:100 000 представленная в приложении Н. Данная карта может служить основой для разработки проекта оптимизации территории, его практической реализации и осуществления оперативного управления. Произведённые расчёты и анализ их результатов позволяет сделать общее заключение: 1. Современное состояние ландшафтно-экологических подтипов земель территорий интенсивного сельскохозяйственного освоения вызывает значительные опасения. Существующая структура землепользования не отвечает условию ..сбалансированного соотношения сельскохозяйственных угодий. Наибольшее влияние на величину потенциальной устойчивости наиболее хозяйственно-ценных ландшафтно-экологических подтипов земель оказывает размещение на них пашни, а наличие пастбищ и сенокосов вносит незначительный вклад. На исследуемой территории установлено, что наиболее "неустойчивыми" при существующем соотношении сельскохозяйственных угодий являются лесостепной надпойменно-террасовый подтип земель и лесостепной слабо-пологосклоновый. На территории указанных подтипов необходимо коренное изменение соотношения сельскохозяйственных угодийв, направленных на снижение распаханности земель. 2. Коренное изменение структуры землепользования на указанных подтипах земель неизбежно вызовет снижение валового дохода предприятий за счёт снижения доли наиболее рентабельного сельскохозяйственного угодья — пашни. Однако, в целях сохранения устойчивости природных комплексов это можно считать неизбежными издержками и их компенсация возможна только за счёт обоснованного соотношения отраслей сельского хозяйства: растениеводства и животноводства.
