Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Теоретические основы интегральной оценки земель природных ландшафтов 12
1.1. Сущность понятия интегральная оценка земель 12
1.2. Особенности экологического и геоэкологического подходов к интегральной оценке земель природных ландшафтов 15
1.3. Природные ландшафты как объекты интегральной оценки земель 23
1.4 Биологическое разнообразие природных ландшафтов, как индикатор их устойчивости к антропогенному освоению 32
1.5. Принципы интегральной оценки земель природных ландшафтов
Выводы по первой главе 42
ГЛАВА 2. Моделирование - основа информационного обеспечения интегральной оценки земель природных ландшафтов 46
2.1. Модель свертки информации при определении пригодности земель природных ландшафтов для антропогенного освоения 46
2.2. Экспертные методы как инструмент ранжирования свойств природных ландшафтов, влияющих на пригодность земель для антропогенного освоения 54
2.3. Модель оценки устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению 58
2.4. Модель оценки устойчивости почв к смыву дождевыми осадками 62
2.5. Геоинформационная система как средство обработки и представления информации при интегральной оценке земель природных ландшафтов. 66
2.6. Постановка задачи на разработку метода интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения 77
Выводы по второй главе 93
ГЛАВА 3. Метод интегральной оценки в среде гис пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения 97
3.1. Содержание основных этапов реализации метода интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения 97
3.2. Методика определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов 119
3.3. Методика интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для аграрного освоения 125
3.4. Методика интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для рекреационного освоения 129
Выводы по третьей главе 133
ГЛАВА 4. Апробация разработанного метода на модельных территориях, расположенных на северо востоке ленинградской области 136
4.1. Физико-географическая характеристика модельных территорий 136
4.2. Результаты определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов модельных территорий 157
4.3. Результаты интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов модельных территорий для аграрного освоения.. 165
4.4. Результаты интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов модельных территорий для рекреационного освоения 178
Выводы по четвертой главе 195
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 198
ЛИТЕРАТУРА
- Биологическое разнообразие природных ландшафтов, как индикатор их устойчивости к антропогенному освоению
- Экспертные методы как инструмент ранжирования свойств природных ландшафтов, влияющих на пригодность земель для антропогенного освоения
- Методика определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов
- Результаты определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов модельных территорий
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современный этап развития
человечества характеризуется нарастанием противоречий между человеческим обществом и окружающей средой. Мировой экономический кризис породил множество локальных, региональных и глобальных экологических проблем, связанных с нерациональным использованием природных ресурсов. Перед человечеством встала задача удовлетворения его жизненных потребностей в сочетании с сохранением благоприятной окружающей среды в интересах настоящего и будущего поколений.
Именно поэтому в современной географии доминирующее положение занимают исследования, направленные на разработку теоретических основ формирования природно-антропогенных и антропогенных геосистем и трендов их изменения на глобальном, региональном и локальном уровнях.
Обширная территория нашей страны создает ошибочное представление о
неисчерпаемости земель сельскохозяйственного и рекреационного назначения.
Фактически же земельные ресурсы России крайне ограничены как для аграрного,
так и для рекреационного использования, это обусловлено природно-
климатическими особенностями территории, негативным антропогенным
воздействием и нерациональным использованием земель.
В концепции долгосрочного социально-экономического развития
Российской Федерации на период до 2020 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. № 1662-р отмечается необходимость создания условий для опережающих темпов роста экономики и социальной сферы в малоосвоенных регионах России. При этом в состав ключевых приоритетов развития входит обеспечение экологической безопасности населения и сохранение природных систем за счет эффективности использования природных ресурсов, в том числе земельных.
Исходя из этого, одним из актуальнейших направлений научных
исследований в области природопользования является совершенствование теории и
практики информационного обеспечения работ по землеустройству и
территориальному планированию в пределах территорий опережающего социально-экономического развития, расположенных в малоосвоенных регионах России.
Вопросам аграрного и рекреационного освоения земельных ресурсов ландшафтов посвящено множество отечественных и зарубежных работ, отметим лишь некоторые из них: (Казанская, 1972; Веденин и др., 1975; Пронин и др., 1982; Мильков, 1984; Романова и др., 1988; Швебс, 1989; Yatsukhno, 1991; Barret, 1992; Николаев,1992; Яцухно, 1992, 1995; Каштанов и др., 1994; Шаманаев, 1994; Krewza, 1994; Солодовников, 1996; Володин и др., 2000; Дорофеев А.А. и др., 2000; Брилевский и др., 2001; Власова, 2002; Житин, 2004; Кирюшин, 2005; Николаева,
2005; Остапенко, 2006; Абдуллина и др., 2008; Чурсин, 2008; Ермакова, 2009; Полуэктова, 2009; Арефьев, 2011; Саранча, 2011; Чижова, 2011; Лопырев и др., 2012; Malezieux, 2012;) и др. Однако, теоретические основы интегральной оценки пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения, разработаны еще не достаточно. В результате этого, земли, имеющие высокий аграрный и рекреационный потенциал часто используются под застройку, промышленное освоение и другие виды природопользования.
Наиболее важным звеном организации землепользования и
территориального планирования в пределах природных ландшафтов является его информационное обеспечение. Это связано с тем, что наличие достоверной информации о земельных ресурсах способствует повышению научной обоснованности прогнозов по социально-экономическому развитию, как отдельных регионов, так и страны в целом.
К сожалению, на сегодняшний день информация о пригодности земельных
ресурсов природных ландшафтов для их антропогенного освоения, используемая
при создании природно-хозяйственных систем, не в полной мере отвечает
потребностям стратегии устойчивого развития территорий. Исходя из чего,
возникло противоречие между необходимостью повышения эффективности
использования земель природных ландшафтов и несовершенством теоретических
основ информационного обеспечения работ по землеустройству и
территориальному планированию. Данное диссертационное исследование
посвящено разрешению этого противоречия за счет разработки теоретических положений интегральной оценки пригодности земель природных ландшафтов для их антропогенного освоения, что является решением научной проблемы, имеющей важное социальное и хозяйственное значение.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка теоретических основ интегральной оценки пригодности земель природных ландшафтов для их аграрного и рекреационного освоения и практическая реализация ее результатов. Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач:
1) обоснование и формулировка понятийного аппарата и основополагающих
принципов интегральной оценки пригодности земель для их аграрного и
рекреационного освоения;
-
выбор и адаптация моделей для реализации процедуры интегральной оценки земель природных ландшафтов;
-
разработка основных положений метода интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения;
-
разработка методики определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов;
-
разработка методики интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для аграрного освоения;
-
разработка методики интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для рекреационного освоения;
7) апробация разработанного метода на модельных территориях,
расположенных на северо-востоке Ленинградской области.
Объект исследования. В качестве объекта исследования выступает природный ландшафт - генетически однородный природно-территориальный комплекс, имеющий одинаковый геологический фундамент, один тип рельефа, одинаковый климат, обладающий индивидуальной структурой и индивидуальным морфологическим строением.
Предмет исследования. Предметом исследования являются методологические основы интегральной оценки пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения.
Методология исследования. В основу диссертационной работы заложено сочетание индуктивного и дедуктивного путей познания.
Дедуктивный путь познания был реализован в два этапа: на первом - в методологию исследования были введены гипотезы, имеющие характер общих утверждений, в результате чего была сформирована система исходных положений и правил, а на втором - эта система путем логической дедукции была преобразована в основополагающие утверждения теории, представленные в виде принципов интегральной оценки земель.
Индуктивный путь познания был реализован через многокритериальный подход к получению интегральных показателей пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения, а также через информационное обеспечение процедуры интегральной оценки, основанное на моделировании устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами, закислению, водной эрозии, биогенному загрязнению вод и снижению видового разнообразия.
Научная новизна. В процессе диссертационного исследования впервые:
раскрыта сущность геоэкологического подхода к интегральной оценке пригодности земель природных ландшафтов к их антропогенному освоению и сформулированы ее принципы;
обоснована целесообразность для определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов использовать их биологическое разнообразие, индикаторами, которого являются экотоны -переходные полосы между физиономически отличимыми растительными ассоциациями. Выделение экотонов предлагается осуществлять по материалам дистанционного зондирования Земли с использованием методов автоматизированного дешифрирования почвенно-растительного покрова;
выбраны и адаптированы модели для реализации процедуры интегральной оценки и ее информационного обеспечения, включая: 1) модель свертки информации при определении пригодности земель природных ландшафтов для антропогенного освоения; 2) модель оценки устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению; 3) модель оценки устойчивости почв к смыву дождевыми осадками;
разработан метод интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения;
разработаны методики, реализующие созданный метод, включая: 1) методика определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов; 2) методика интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для аграрного освоения; 3) методика интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для рекреационного освоения.
В прикладном аспекте новыми являются полученные в среде ГИС результаты допустимой площади антропогенного освоения природных ландшафтов модельных территорий и результаты пригодности их земель для аграрного и рекреационного использования.
Теоретическая значимость. Определяется актуальностью и новизной рассматриваемых подходов к интегральной оценке земель природных ландшафтов, которые расширяют и углубляют научные знания по информационному обеспечению работ по землеустройству и территориальному планированию. Содержащиеся в диссертации выводы и предложения могут быть использованы для дальнейших научных исследований, в частности для разработки подходов к оптимизации структуры проектируемых природно-хозяйственных систем с учетом качества и устойчивости земельных ресурсов для различных видов их антропогенного освоения.
Практическая значимость и внедрение. Созданные на основе разработанных теоретических подходов к интегральной оценке пригодности земель для аграрного и рекреационного освоения метод, методики и модели, могут успешно применяться: при разработке проектных предложений по формированию природно-хозяйственных систем; при решении оптимизационных эколого-экономических задач в области аграрного и рекреационного освоения территории; при выполнения землеустроительных работ и при разработке схем территориального планирования.
Результаты научных исследований по теме диссертации были внедрены в период с 2010 по 2015 годы в практику и учебный процесс, что подтверждено актами о внедрении, полученными от ЗАО «Институт телекоммуникаций» и Федерального государственного казенного военного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Военно-космическая академия
имени А.Ф. Можайского».
Степень достоверности результатов. Подтверждается глубокой проработкой литературных источников по теме диссертации, выполненной апробацией разработанных научно-методических подходов к интегральной оценке земель на обширной модельной территории, расположенной на северо-востоке Ленинградской области, применением современных методов анализа геопространственной информации, публикацией основных положений диссертации.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Разработанные в диссертации научные положения по интегральной оценке в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для антропогенного освоения, ее выводы и результаты практической реализации соответствуют пункту 2 «Научно-методическое обеспечение земельно-оценочных работ (по всем категориям земель)» паспорта специальности: 25.00.26 Землеустройство, кадастр и мониторинг земель.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
метод интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных
ландшафтов для аграрного и рекреационного освоения;
методика определения допустимой площади антропогенного освоения
земель природных ландшафтов;
методика интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель
природных ландшафтов для аграрного освоения;
методика интегральной оценки в среде ГИС пригодности земель природных ландшафтов для рекреационного освоения;
результаты апробации разработанного метода на модельных территориях, расположенных на северо-востоке Ленинградской области.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на следующих конференциях и совещаниях: VI Международной специализированной конференции и выставке «Акватерра» (Санкт-Петербург, 2003); Международном симпозиуме «Межрегиональные проблемы экологической безопасности» (Сумы, 2003 г.); VII Международных научных чтениях «Белые ночи - 2003» (Санкт-Петербург, 2003); VIII Международных научных чтениях «Белые ночи - 2004» (Санкт-Петербург, 2004); в Комитете по экономическому развитию и инвестиционной деятельности Ленинградской области (Санкт-Петербург, 2007); в Администрации муниципального образования Кировский муниципальный район Ленинградской области (Кировск, 2008, 2009); III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Географическое изучение территориальных систем» (Пермь, 2009); III Всероссийской научно-практической конференции «Мониторинг природных экосистем» (Пенза, 2009); Международной
научно-практической конференции «Экологическое равновесие: антропогенное
вмешательство в круговорот воды в биосфере» (Санкт-Петербург, Пушкин, 2011);
Всероссийской научно-практической конференции с международным участием
«Мониторинг биоразнообразия экосистем степной и лесостепной зон» (Балашов,
Николаев, 2011); в Администрации муниципального образования Тихвинский
муниципальный район Ленинградской области (Тихвин, 2011, 2012);
Международной конференции «Балтийское море» (Санкт-Петербург, 2012); Международном агроэкологическом форуме (Санкт-Петербург, Пушкин, 2013); в Администрации муниципального образования Киришский муниципальный район Ленинградской области (Кириши, 2014).
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 15 научных работах, 13 из них в журналах рекомендованных ВАК России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (262 наименования), изложена на 230 листах, включает 52 рисунка, 27 таблиц.
Биологическое разнообразие природных ландшафтов, как индикатор их устойчивости к антропогенному освоению
Оценивание природных тел и явлений является одной из форм отражения взаимодействия между обществом и природой. Ввиду того, что сами по себе природные тела и явления не обладают ни полезностью, ни вредностью необходимо четко указывать, что является объектом оценки, и в интересах, какого субъекта она производится. Исходя, из вышесказанного, оценкой будем называть процесс установления соответствия объекта оценки требованиям, предъявляемым к нему со стороны субъекта, выраженным в нормативном виде или других оценочных категориях. В виду того, что каждая оценка субъективна, о близости двух оценок можно говорить лишь в том случае, если существует близость позиций субъектов оценки.
По отношению к процессу оценивания оценки могут быть подразделены на два вида: прямые и косвенные. Прямые оценки устанавливают значимость объекта по совокупности свойств его характеризующих. Косвенные оценки сводятся к установлению значимости объекта по показателям, отражающим функциональные и корреляционные взаимосвязи между оцениваемыми свойствами. Следовательно, эти оценки отражают достоинства, и недостатки объекта не напрямую, а опосредовано [6, 124].
По проявлению признаков системности оценки могут быть подразделены на частные, комплексные, многокритериальные и интегральные. Частные оценки представляют собой сопоставление отдельных исходных характеристик с принятыми фоновыми уровнями и нормами. Это, как правило, покомпонентные оценки, определяющие положительную или отрицательную значимость объекта. Частные оценки являются традиционными для географических и экологических исследований. Они составляют основу комплексных и многокритериальных оценок [6, 58, 124]. Комплексные оценки в отличие от частных устанавливают значимости объекта по совокупности показателей [26, 232]. Термин совокупность обозначает множество показателей, обладающих некоторыми общими свойствами, существенными для характеристики объекта, но не обязательно находящимися в системных связях друг с другом. Комплексные оценки, как правило, не являются системными, т.к. понятия «комплекс» и «система» не тождественны друг другу. Это наиболее перспективные, но наименее разработанные и унифицированные оценки. Основоположником комплексного подхода к изучению природной среды является В.В. Докучаев. Его идеи в последствии были развиты Л.С. Бергом, А.И. Воейковым и другими учеными. По словам В.С. Жекулина комплексный подход основан на понимании отдельных компонентов природы как части целого, признании взаимосвязанности явлений и процессов в природе, их взаимообусловленности [68]. Многокритериальные (синтетические) оценки устанавливают значимость объекта путем построения вектора значений нормированных показателей, характеризующих данный объект или путем свертывания информации о состоянии объекта в виде некоторой функции желательности.
Свертывание информации – целенаправленный процесс – подразумевает наличие специально организованной процедуры. Она может быть как вербальной, так и формализованной. В любом случае, исходя из явно сформулированных критериев, осуществляется выбор или конструирование наиболее информативных переменных – индексов [98].
Ряд авторов под индексом понимают математическую функцию, основанную на двух и более переменных, а под индикатором – функцию одной переменной в другом варианте индикатор – это вектор состояния экосистемы, а индекс – количественное сравнение вектора с принятым cтандартом [6, 58, 124]. Представляется возможным за термином «индекс» оставить расширительное толкование: индекс – это результат свертывания информации о системе, процедура которого может осуществляться различными путями и приводит к различным видам индексов.
Какова бы ни была форма представления индекса, он является результирующим показателем состояния и/или функционирования системы. Параметры состояния, лежащие в его основе, теряют свою индивидуальность. Индексы состояния могут быть одномерными (одно число) и многомерными (набор чисел). В последнем случае важно, чтобы их мерность была не очень большой (существенно меньшей, чем мерность вектора состояния системы).
Следовательно, термин «многокритериальная оценка» отражает методологическую основу оценки состояния и воздействия на природные экосистемы, с помощью построения сводных (интегральных) показателей по совокупности репрезентативных критериев оценивания [6, 57, 60]. Этим термином отражается еще одна особенность современного этапа мониторинга природных и антропогенных систем – переход от качественных классификаций и типизаций к разработке шкал состояния (качества, загрязнения и т.п.) для достаточно большого перечня критериев, характеризующих природные антропогенно-трансформированные системы и их свойства на различных этапах развития систем.
Интегральная оценка предполагает наличие этапа, связанного с объединением в одно целое ранее разнородных (многокритериальных) оценок с учетом их вклада в общую оценку [96]. При оценивании природной среды значимость отдельных критериев традиционно оценивается при помощи сравнительных суждений типа «данный критерий более важен для общей оценки, чем другой критерий» или «данные критерии имеют одинаковую значимость для интегральной оценки» и т.п. Таким образом, значимость отдельных критериев, чаще всего измеряется по нечисловой (ординальной, порядковой) шкале или всем критериям навязывается равенство приоритетов оценивания. В других случаях исследователь задает интервалы возможного варьирования весовых коэффициентов.
Экспертные методы как инструмент ранжирования свойств природных ландшафтов, влияющих на пригодность земель для антропогенного освоения
Кратко рассмотрим процедуру проведения экспертного опроса. Работы начинаются с формирования рабочей группы основными функциями, которой являются: 1) определение цели, задач экспертизы и ее основных этапов; 2) разработка процедуры экспертизы; 3) подготовка научно-методического обеспечения; 4) отбор экспертов, проверка их компетентности и окончательное формирование экспертной группы; 5) проведение опроса и согласование оценок; 6) формализация полученной информации, ее обработка, анализ и интерпретация.
Научно-методическое обеспечение экспертного опроса, включает в себя разработку формализованных анкет и руководства по их заполнению. Анкета представляет собой структурированный набор вопросов, каждый из которых логически связан с центральной задачей экспертизы. Формулировка вопросов должна быть четкой, исключающей всякую возможность двусмысленного толкования.
В процессе формирования экспертной группы решаются три основные задачи: 1) определяется количество экспертов; 2) составляется их список; 3) согласовывается с экспертами их участие в экспертизе. Оптимальное количество экспертов в зависимости от сложности экспертизы составляет 5-8 человек. Перед экспертным опросом рабочая группа знакомит экспертов с целью проведения экспертизы и разработанными анкетами. После чего проводится экспертный опрос, в ходе которого эксперты вырабатывают независимые суждения по анализируемой проблеме и по улучшению содержания анкет. После окончания экспертного опроса рабочая группа собирает заполненные анкеты и обрабатывает их. В процессе обработки определяется согласованность мнений экспертов. Затем для всех изучаемых свойств рассчитывают средние ненормированные значения коэффициентов весомости (важности).
В данной модели устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению рассматривается не как потенциальный запас их буферности, а как скорость их «самоочищения» от продуктов техногенеза, т.е. их способность к восстановлению своего нормального функционирования (нормализации) после прекращения антропогенного воздействия.
Согласно данных работы [60] в этом случае показателем степени устойчивости почвы к техногенному воздействию является продолжительность периода восстановления почвой своего исходного геохимического состояния. Следовательно, на устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению наряду с геохимическими показателями влияет и их местоположение в ландшафтно-географическом пространстве.
Разработанная модель основывается на зависимости между свойствами почв и накоплением в них поступающих с техногенными потоками химических веществ, а также их доступности для биоты. При практической реализации модели ее параметры должны выбираться на основе имеющихся в литературе данных регрессионного анализа и коэффициентов корреляции между свойствами почв, подвижностью химических веществ и накоплением их в биомассе культурных растений. При этом ранжирование и балльная оценка почвенных параметров должна осуществляться с использованием методов экспертного анализа.
С учетом вышеизложенного для определения устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами и закислению предлагается использовать следующие зависимости: У к = КхВк + УрхВр, (2.19) Ум = МхВм + Урх Вр, (2.20) где: Ук, Ум - взвешенный балл почвенной единицы, характеризующий ее устойчивость соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; К, М - балл, характеризующий эколого-геохимическую устойчивость почвенной единицы соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; Вк, Вм - весовой коэффициент характеризующий влияние геохимических особенностей почв на их устойчивость соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами (в нашем случае Вк, Вм = 0.6); Ур - балл, характеризующий геоморфологическую устойчивость почвенной единицы к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; Вр - весовой коэффициент характеризующий влияние геоморфологических особенностей территории на устойчивость почв к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами (в нашем случае Вр = 0.4) [202].
Для определения эколого-геохимической устойчивости почвенной единицы соответственно к загрязнению тяжелыми металлами и закислению предлагается использовать эмпирические зависимости, приведенные в работах [52, 53]: К = [(а + al)/(o + г + об)]/[(о + г + об + к + с + ов)/(а + аl)], (2.21) М = [(а + ов + м)/(о + г + е)]/[(о + г + е + аl + к + с)/(а + ов + м)\ (2.22) где: К, М - уровень эколого-геохимической устойчивости почв соответственно к закислению и к загрязнению тяжелыми металлами; а - влияние кислотно-щелочных условий на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; м - влияние вечной мерзлоты в пределах слоя 0 - 100 см на устойчивость почвы к загрязнению тяжелыми металлами; al - влияние аморфных гидроксидов Fe + Al на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; о, г - влияние мощности горизонтов соответственно О+АО и А на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; е - влияние емкости поглощения катионов находящихся в гумусовом горизонте и горизонте АО на устойчивость почвы к загрязнению тяжелыми металлами; об - влияние суммы обменных оснований в органических и гумусовых горизонтах на устойчивость почвы к кислотным воздействиям; к – влияние имеющихся в почве карбонатов на ее устойчивость к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; с – влияние содержащегося в почве обменного Na на ее устойчивость к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами; ов – влияние окислительно-восстановительных условий на устойчивость почвы к кислотным воздействиям и к загрязнению тяжелыми металлами, табл. 2.4.
Методика определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов
Так, например, в работе [158] экологический каркас понимается в виде компенсационной природоохранной системы, состоящей из взаимосвязанной сети участков с различными ограничениями на их использование с целью обеспечения устойчивости циклов возобновления ресурсного потенциала, поддержания сложившегося биологического разнообразия. Автор работы [63] считает, что экологический каркас представляет собой совокупность экосистем с индивидуальным режимом природопользования, образующих пространственно организованную инфраструктуру, которая поддерживает экологическую стабильность территории, предотвращая потерю биоразнообразия и деградацию ландшафтов. Формируется такой каркас на основе ландшафтного подхода с учетом антропогенного воздействия. Для сохранения всего разнообразия ландшафтов в каждом из них необходимо такое соотношение природных и природно-антропогенных геосистем, которое составило бы не менее 30 % от его площади [12, 194].
Экологический каркас призван обеспечить максимально эффективную экологическую стабильность территории путем поддержания гибкой системы дифференцированного природопользования. В долговременном плане экологический каркас не снижает, а увеличивает экономическую отдачу регулируемого щадящего хозяйственного использования земель. От строения экологического каркаса зависит способность антропогенно осваиваемых территорий поддерживать свое экологическое равновесие [44]. Как и всякая система, экологический каркас имеет сложную структуру, включающую в себя три типа основных элементов: ядро; транзитные экологические коридоры и многофункциональные буферные (переходные) территории. Кратко раскроем содержание каждого из них.
Главный системообразующий элемент природно-экологического каркаса – ядро – представленное экосистемами, выполняющими средовоспроизводящую, природоохранную и информационную функции, обеспечивающие хранение генофонда. Ядро представляет собой типичные, ценные и уникальные экосистемы, различных сукцессионных стадий. Более всего способны исполнять роль ядер природно-экологического каркаса особо охраняемые природные территории (ООПТ): заповедники, национальные и природные парки, а в ряде случаев заказники и памятники природы. Это определено перечнем функций, предписанных ООПТ Федеральным законом «Об особо охраняемых природных территориях» (2005). Важнейшей из этих функций является поддержание экологического баланса территории и регулирование всех ее параметров, что соответствует задачам формирования экологического каркаса. Второй элемент природно-экологического каркаса – транзитные экологические коридоры, которые связывают ядра в единую геодинамическую систему и являются основными магистралями (коммуникациями) обмена веществом и энергией между ними. Это могут быть не препятствующие устойчивым экологическим, генетическим, популяционным, миграционным и геохимическим связям обширные участки связующего ландшафта или его линейные элементы (долины рек, цепочки озер и т. п.). Третий элемент природно-экологического каркаса – многофункциональные буферные (переходные) территории, на которых организовано рациональное природопользование и созданы условия для восстановления природных ресурсов. Данные территории не изымаются полностью из хозяйственного использования; здесь устанавливается специальный режим землепользования. Они выполняют функцию защиты ядер и экологических коридоров от разрушительных или нежелательных воздействий. На территории буферных зон реализуются и сохраняются традиционные, щадящие или альтернативные методы землепользования и использования природных ресурсов [64, 197]. Наиболее полно функциям экологических звеньев соответствуют буферные и охранные зоны заповедников, биосферных полигонов, национальных и природных парков, отраслевых заказников. Также в состав экологического каркаса включают (с целью их восстановления) различные виды нарушенных земель, составляющих его реставрационный фонд. Расширение площади каркаса должно осуществляться за счет дополнительного создания, там, где это необходимо, элементов, выполняющих буферную функцию, защищающую его элементы от техногенных воздействий.
Таким образом, создание и существование экологического каркаса территории предполагает управление природопользованием исходя из роли экосистем в обеспечении средо- и ресурсовоспроизводства. В основу формирования экологического каркаса территории закладываются следующие принципы [85]: - ландшафтно-географической репрезентативности - в экологическом каркасе должны быть представлены ненарушенные и слабонарушенные экосистемы характерные для природных ландшафтов изучаемой территории; - сохранения видового разнообразия и редких природных объектов -элементы экологического каркаса должны включать в себя местообитания редких для региона видов растений и животных, места колониального гнездования птиц, нерестилища, редкие лесные и болотные экосистемы, геолого-геоморфологические и гидрологические объекты и пр.; - территориальной целостности экологического каркаса - элементы экологического каркаса должны быть связаны между собой экологическими коридорами; - относительной простоты устройства - все многообразие территорий с особым правовым режимом использования должно быть сведено к ограниченному числу функциональных групп участвующих в формировании экологического каркаса; - оптимального пространственного размещения элементов экологического каркаса - элементы экологического каркаса должны размещаться в пределах изучаемой территории, так чтобы при необходимости они могли изолировать очаги экологической напряженности;
Результаты определения допустимой площади антропогенного освоения земель природных ландшафтов модельных территорий
Кратко рассмотрим каждый из этих типов почв. Подзолистые почвы занимают большую часть исследуемых речных бассейнов, среди них наиболее распространены средне- и сильноподзолистые почвы, приуроченные к пологим склонам холмов, озерным террасам и мореным равнинам. Эти почвы развиваются в основном под пологом смешанного леса. Почвообразующими породами в них являются валунные и безвалунные суглинки и глины. Под лесным покровом процесс оподзоливания протекает интенсивнее, так как верхние горизонты почвы сильнее увлажняются, а древесная растительность расходует влагу из нижних горизонтов. Кроме того, при разложении лесной подстилки образуются органические кислоты, которые подкисляют почвенный раствор и этим усиливают разрушение алюмосиликатной части поглощающего комплекса. На усиление подзолистого процесса оказывает влияние не только качество воды, просачивающейся через почвенную толщу, но и продолжительность реальность соприкосновения с нею. В этих почвах вода застаивается в верхних горизонтах, в результате чего почва сильнее оподзоливается, но глубина оподзоливания из-за слабого передвижения почвенных растворов вниз незначительна. Почвы данного типа имеют, кислую реакцию почвенного раствора. В минеральной толще количество обменных оснований кальция и магния невелико. Поверхностно-подзолистые почвы формируются на относительно высоких элементах рельефа (сухие холмы, древние террасы), сложенных песками водно-ледникового и озерно-ледникового происхождения. Особенностью химического состава почв данной группы является то, что содержание гумуса в них приурочено к верхней части профиля, в результате чего им обогащен даже горизонт А. С распределением гумуса в данных почвах, коррелирует изменение их кислотности. Для поверхностно-подзолистых почв бассейна характерна сильнокислая реакция и слабое биологическое накопление кальция.
Подзолы железистые занимают в пределах бассейна значительную площадь. Они приурочены к равнинным и слабо повышенным участкам, а также к пологим склонам холмов. Почвообразующими породами подзолов являются пески и песчаная морена, подстилаемые водоупорными суглинками. Подзолы отличаются ярко выраженным белесым подзолистым горизонтом, формирующимся непосредственно под лесной подстилкой. Мощность горизонта А изменяется в пределах от 10 до 40 см. Данный тип почв отличается сильной кислотностью, которая уменьшается с глубиной. Окислы, переносимые почвенными растворами вглубь почвы, образуют иллювиальный горизонт, где концентрируются окиси кальция, магния, алюминия и железа. Биологическая аккумуляция окислов в подзоле выражена слабо, это зависит, как от лёгкости механического состава почв, так и от растительного покрова, обедненного элементами зольного питания.
Дерново-подзолистые почвы формируются в результате совокупного воздействия подзолообразовательного и дернового процессов. Наибольшее развитие этот процесс получает под хорошо развитой травянистой растительностью в условиях нейтральной среды и оптимального увлажнения. Дерново-подзолистые почвы характеризуются незначительным по мощности гумусовым горизонтом, содержание азота и элементов зольного питания в доступной растениям форме не велико, реакция почвы кислая, емкость обменного поглощения незначительная, гумусовый горизонт не обладает водопрочной структурой многие почвы завалунены, что препятствует их обработке, посеву культур, уходу за ними и уборке урожая, однако для исследуемых речных бассейнов эта группа почв наиболее благоприятна для формирования сельскохозяйственных угодий.
Почвы подзолистого типа, расположенные в пределах исследуемой территории подвержены активным эрозионным процессам, что особенно проявляется на пахотных землях, где среднегодовой удельный смыв почв составляет для водосбора р. Оять 5.45 т/га, а для водосбора р. Паша – 2.32 т/га. Это связано со сложностью геоморфологического строения территории, обилием жидких и твердых атмосферных осадков и неустойчивостью подзолистых почв к смыву.
Торфянисто-подзолистые почвы развиваются на слабодренированных равнинах, сложенных озерными суглинками, слоистыми супесями и двучленными отложениями под заболоченными хвойными лесами в условиях застойного увлажнения. Наиболее характерной особенностью почв данной группы является резкое перераспределение в профиле гумуса, которое связано с процессами его вымывания из верхней части профиля и явлениями вторичной иллювиальной концентрации в горизонте В. Данные почвы в условиях холмистого рельефа образуют сочетания с поверхностно-подзолистыми почвами и подзолами.
Торфяные почвы исследуемых речных бассейнов включают в себя почвы верховых, переходных и низинных болот.
Торфяные почвы верховых болот. Этот тип почв развивается в условиях питания болот атмосферными осадками. Растительность здесь представлена неприхотливыми влаголюбивыми растениями, такими как сфагнум, пушица, багульник, голубика, морошка, клюква. Мощность торфа в этих почвах превышает 50 см. Торфяной слой состоит из полуразложившихся остатков растительности, он содержит небольшое количество минеральных веществ и характеризуется малой зольностью и высокой кислотностью. В сельском хозяйстве он используется в качестве подстилочного материала.
Торфяные почвы переходных болот. Этот тип почв развивается в условиях питания болот, как атмосферными осадками, так и грунтовыми водами. Мощность торфа в этих почвах не превышает 50 см. Содержание золы в торфе составляет 7-10 %.
Торфяные почвы низинных болот. Этот тип почв развивается в условиях повышенного грунтового питания. Они образуются как на водоразделах, так и на террасах, поймах рек, занимая, как правило, пониженные формы рельефа. Мощность торфа в этих почвах не превышает 40 см. Содержание золы в торфе достигает 20-25 %.