ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ 2 страница

Одним из правил, связывающим отношение целостной системы и внешней среды является принцип действия энтропии, который показывает, что в соответствии с законами термодинамики в геосистемах уменьшение энтропии и увеличение упорядоченности не может проходить без компенсирующего возрастания энтропии и увеличения беспорядка в соседних системах. Необходимым условием развития геосистемы по восходящей линии является ее открытость, обмен с внешней средой материей и энергией. В замкнутой геосистеме отсутствует негоэнторпийная компенсация, что неизбежно приводит к возрастанию энтропии и развитию геосистемы по нисходящей линии. Геосистема «река-пойма» является открытой системой транзитно-аккумулятивного типа, которая упорядочивает себя в зависимости от скорости, с которой поступает вещество и энергия в данную природную зону и в зону, где формируется сток реки, а также от природных условий территории. Процесс упорядоченности имеет различную динамику в верхнем, среднем и нижнем течении реки. В верхнем течении процессы проходят наиболее энергично, происходит интенсивный размыв русла реки, но сама пойма, как правило, неярко выражена или имеет небольшие размеры. Наибольшее разнообразие пойменных форм наблюдается в среднем течении реки. Здесь интенсивно аккумулируется вещество, привнесенное из верхнего течения реки, и формируются наибольшие по колебаниям в рельефе участки поймы. Нижний участок реки имеет более однородные участки поймы, хорошо сложившиеся, с типовыми формами. Наиболее неупорядоченная часть системы наблюдается в верхнем течении реки, наиболее упорядоченная - в нижнем. Наибольшее разнообразие форм отмечается в среднем течении реки. Таким образом, вдоль реки можно наблюдать негоэнтропийные компенсации, одной части геосистемы, другими частями.

Одним из важнейших свойств геосистем, тесно связанное с их целостностью, по отношению к внешней среде, является историзм целостной системы. Он показывает, что система существует как целое не только в пространстве, но и во времени. С временным аспектом связана эволюция системы: ее становление и развитие. Сочетание системно-исторического подхода с системно-структурным позволяет изучать динамику геосистемы, выявить моменты, когда происходит ее перестройка и активно действуют механизмы самоорганизации. В историзме геосистемы проявляются такие общие черты диалектики, как премственность и развитие, единство, скачкообразность, противоречивость, переходы количества в качество.

Наличие временного фактора обусловливает ряд правил функционирования геосистем. Первый из них – принцип количественных и качественных сдвигов в процессе функционирования геосистем. Он говорит о том, что в процессе функционирования происходит изменение состояний геосистемы и ее элементов. В результате происходит усложнение или упрощение системы. Накопление этих изменений способствует количественным и качественным сдвигам в ее структуре и режиме функционирования. Это приводит к переходу геосистемы в новое состояние. Причем процесс является непрерывным. Для пойменной геоосистемы в длительном промежутке времени это проявляется в непрерывном процессе переформирования поймы на дне долины реки.

Второе правило, связывающее целостность системы и время – принцип гетерохронности (временной неоднородности), который показывает что результат функционирования геоосистемы есть слагаемое компонентов, функционирующих несинхронно. Каждый элемент геосистемы характеризуется своим временем восстановления. В результате формируются различные природные ритмы для каждого компонента. Это обусловливает их различную скорость ответных реакций на то или иное воздействие. Поэтому, геосистемы в целом могут реагировать неоднозначно на одно и то же воздействие. Для пойменных геосистем это проявляется в том, что неживые компоненты – морфологические элементы поймы имеют скорость формирования, измеряющуюся десятками лет, а биотические компоненты реагируют на изменения водного режима иногда в течение одного сезона. Причем и здесь есть различия между например рыбами, среднее время задержки реакции на воздействие половодий у которых составляет три года, и растительностью, у которых среднее время реакции задерживается на один год. Поэтому, при нормировании воздействий на пойменную геосистему, необходимо использовать закон лимитирующих факторов, в роли которых выступают компоненты, в первую очередь реагирующие на изменения водного режима.

Тесно связан с вторым принципом - принцип запаздывания, который характеризует инерционность геоситемы, обусловленную сложностью ее иерархической структуры и различным действием обратных связей у каждого компонента геосистемы. Так инерционность реакции пойменной геосистемы может быть различна у различных участков реки – в верхнем, среднем и нижнем течении, что наблюдается у таких крупных рек как р. Обь.

C принципом гетерохронности тесно связан принцип ритмичности функционирования геосистем, обусловленный различиями во времени функционирования элементов. В результате наложений этих процессов друг на друга может сформироваться результирующий эффект, который приводит то к увеличению, то к уменьшению показателей состояния геосистемы. Чередование этих явлений создает ритмичность их функционирования. В пойменной геосистеме эффект ритмичности наблюдается у всех компонентов в зависимости от воздействия половодий. Причем максимальная продуктивность биокомпонентов связана с воздействием средних по величине половодий, а минимальная – с очень большими или очень малыми половодьями.

С временным аспектом функционирования геосистем тесно связан принцип затухания процессовфункционирования геосистем(адаптации), который характеризует состояние, когда при воздействии ряда внешних процессов срабатывает механизм саморегулирования, который препятствует этому воздействию. Затухание процесса во времени осуществляется по экспоненциальному закону. Эффект сглаживания колебаний продуктивности в зависимости от величины половодий наблюдается почти у всех сообществ, обитающих в поймах рек. Он осуществляется, как правило, за счет структурных перестроек внутри сообщества: у растительности в засушливые годы гидрофильные виды заменяются мезофильными или злаками. Тесно связан со свойствами историзма принцип исторического единства, который устанавливает сходство процессов в геосистеме изучаемого периода с предшествующим. Он подчеркивает необходимость изучения процессов и явлений, протекающих в геосистемах в их развитии. Он также учитывает, что каждая из геосистем обладает некоторой структурной памятью и для перехода из одного состояния в другое требуется некоторое время .

С устойчивостью как свойством геосистем тесно связано свойство самоорганизации геосистем, которое характеризует процесс отбора устойчивых вариантов из многообразия состояний, созданных развитием системы. Частные геосистемы, являясь элементами геосферы, постоянно получают приток энергии извне в форме прямой солнечной энергии или обмена с соседними системами, который периодически нарушает их стабильное состояние. В результате начинается цикл усиленных и постепенно затухающих перестроек. В течение цикла ускоренное развитие подавляется регулирующей обратной связью. Для геосистемы « река-пойма», которые являются частью дна долины рек, такие ситуации возникают в естественном режиме при переформировании русла реки, образовании новых меандр и островов и, в свою очередь, приводят к перестройкам биоценозов рек. Необходимыми и достаточными условиями для возникновения процесса самоорганизации можно считать ряд принципов.

Первый из них – принцип обязательного энергетического воздействия, который подчеркивает, что самоорганизующиеся системы могут существовать только в такой среде, которая обеспечивает поступление – непрерывное или периодическое – достаточного количества свободной энергии. Важнейшее следствие этого принципа – закон сохранения жизни Ю. Н. Куражковского: жизнь может существовать лишь при условии движения через живое тело потока веществ, энергии и информации.

Другими важными условиями являются действие принципа дублирования, характеризующего способность системы к сохранению своей формы. Действие принципа критерия отбора вариантов состояния геосистемы, который позволяет отобрать оптимальные (жизнеспособные) к новым условиям формы. Как правило, он характеризуется вероятностью сохранения геосистем, приспособленных к конкретному спектру воздействия. При внешнем управляющем воздействии они определяются социальными, экологическими, экономическими условиями. Тесно с ним связан принцип возможности уничтожению геосистем, которые не удовлетворяют критерию отбора. Большое методическое значение имеет принцип неопределенности развития (аттрактивного развития), который характеризует ситуацию множественности путей развития системы от точки бифуркации до своего нового состояния. Свойство самоорганизации тесно пересекается с другими свойствами геосистем и это взаимодействие требует отдельного анализа.

Таким образом, ключевой особенностью мониторинга для организации оптимального природопользования в поймах рек является гео­системный подход, когда природные компоненты изучаются не изо­лированно друг от друга, а в тесной взаимосвязи. Другим важным моментом является то, что при прогнозировании изменений природ­ной среды вследствие антропогенной деятельности сравнение производится не с исходным состоянием, а с тем, которое возникает в ходе ес­тественного функционирования геосистемы к конкретному времени.

При исследования поймы как геосистемы для целей гидроэкологического мониторинга, необходимо следующее: 1) выявить структуру системы; 2)выделить иерархию системы; 3) определить наиболее часто встречающиеся и существенные типы связей; 4) определить какие элементы и связи обеспечивают целостность системы (т.е. являются специфическими); 5) выявить, какие связи, взаимоотношения и процессы в системе обеспечивают ее регуляцию; 6) выяснить, чем обеспечивается самоорганизация, саморегулирование системы, ее гомеостаз и развитие.

Для подробного анализа действия естественных и антропогенных факторов необходимо отслеживание изменений на уровне каждого свойства и принципа характеризующего организацию геосистемы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чеботарев А. И. Гидрологический словарь. Л: Гидрометеоиздат, 1978. — 308 с.
2. Худяков П.А. Паводково-пойменный экологический цикл. Водные ресурсы. 1976. №1. С. 10-16.
3. Сочава В.Б. Проблемы физической географии и геоботаники. Избранные труды. – Новосибирск: Наука, 1986. – 344 с.
4. Исаченко А.Г. Оптимизация природной среды. Географический аспект. М.: Мысль. 1980. - 264 с.
5. Арманд А.Д. Самоорганизация и саморегулирование географических систем – М: Наука, 1988. – 264 с.
6. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. 404 с.
7. Афанасьев В.Г. Системность и общество. М., 1980.- 234 с.
8. Князева E.H., Курдюмов С.П.. Основания синергетики. Режимы с обострением, само­организация, темпомиры – СПб.: Алетейя, 2002. - 414 с.
9. Трофимов А.М., Солодухо Н.М. Вопросы методологии современной географии. Учебное пособие. Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1986.- 84 с.
10. Реймерс Н. Ф. Природопользование / Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990. - 637 с.
11. Розенберг Г.С., Мозговой Д.П., Гелашвили Д.Б. Экология. Элементы теоретических конструкций современной экологии (Учебное пособие). - Самара: Самарский научный центр РАН, 2000. - 396 с.
12. Краснощеков Т.П., Розенберг Г. С. Экология в «законе» (теоретические конструкции современной экологии в цитатах и афоризмах). Тальяти: ИЭВБ РАН. 2002. – 248 с.
13. Болотнов В.П. Комплексный показатель воздействия весенних половодий на биологические ресурсы речных пойм (на примере поймы Средней Оби) // Вестник Томского гос. ун-та. – 2001. – Т. 274. – С. 118–121.
14. Болотнов В.П. Комплексный показатель воздействия весенних половодий на экосистемы речных пойм // География и природные ресурсы. - 2006. - №3. – С. 126-131.
15. Болотнов В. П. Использование индекса воздействия половодий для мониторинга пойменных экосистем (на примере поймы Средней Оби). Известия Томского политехнического ун-та. Том 310. №3. 2007. – С. 26-31.

5.2. УРОВНИ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

НА АДМИНИСТРАТИВНЫЕ РАЙОНЫ ОКРУГА

Районирование по уровню антропогенной нагрузки (УАН) - это самостоятельный вид эколого-географического районирования, основная задача которого заключается в выявлении территорий со сравнительно однородной интенсивностью антропогенного воздействия и создании на этой основе сетки эколого-географических районов. Районирование территории, в которых оценивалось влияние человеческого общества на окружающую природную среду, проводилось для разных районов и имело различные методики исполнения [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8].

В качестве картографической основы для районирования по УАН Югры была использована схема административного районирования территории.

Выбор такой основы объясняется следующими причинами: 1) административная карта (модель) показывает современное состояние систем управления и хозяйственных связей, а всякая современная экологическая ситуация возникает в результате воздействия определенной структуры хозяйства территории, которое обусловлено как природными, так и антропогенными причинами; 2) оценка экологических условий должна проводиться на относительно крупных (по площади) территориях для удобства планирования и проведения однотипных мероприятий по рациональному природопользованию.

Районирование по УАН ХМАО осуществлялось в несколько этапов. На первом этапе был проведен сопряженный анализ ландшафтной карты и карты земельных угодий, категорий земель, структуры земельного фонда и структура земельных угодий, по которым был установлен перечень основных типов антропогенных модификаций геосистем. Для выявления антропогенной трансформации геосистем ХМАО анализировались опубликованные исторические материалы, которые позволили судить о коренных фациях и урочищах. Современное состояние геосистем выявляли на основе анализа топографических карт последних изданий, прикладных карт, аэрофото- и космических снимков, отдельных рекогносцировочных маршрутов. На втором этапе районирования определяли характер использования и степень преобразования обществом региональных экономико-географических единиц. Для каждого административного района устанавливали степень антропогенной нагрузки.

Важным показателем эколого-экономического преобразования территории является плотность населения (табл. 1).

Выраженная в баллах плотность населения по административным районам отражает показатель экологической плотности. Слабо заселенные территории характеризует показатель, равный 1,0. При изменении плотности населения от 3,1 до 21 чел/км² ее балльная оценка соответственно меняется от 1,2 до 2,0 с шагом 0,2 балла. Так, плотность в интервале 3,1-5 чел/км² оценивается в 1,2 балла, 5,1-10 - в 1,4 балла и т.д. (табл. 2).

Таблица 1. Экологическая плотность населения

Таблица 2. Численность и плотность населения по административным районам ХМАО

Необходимо отметить, что при эколого-экономической оценке территории отдельно оценивается плотность городского населения. В городах с населением свыше 100 тыс. жителей концентрация загрязнений в 1,5 раза выше, чем в малых. Поэтому одна и та же плотность городского населения в экологическом отношении неоднозначна. Чтобы ее экологически сопоставить, необходимо применять специальные корректирующие коэффициенты. При расчетах для городов с населением менее 50 тыс. чел. корректирующий коэффициент составляет 1,3; от 51 тыс. жителей до 100 тыс. - 1,5; от 101 тыс. жителей до 500 тыс. – 1,8 и т.д. (табл. 2). Естественно, что экологическая плотность населения характеризует «уровень воздействия» лишь в общих чертах.

Значительную роль в трансформации геосистем играет техногенная нагрузка. Большое отрицательное влияние на все природные компоненты оказывают, например, теплоэнергетика и нефтехимия. Классификация отраслей экономики по уровню воздействия на окружающую природную среду приведена в табл. 3. При равной экологической плотности, но разной отраслевой структуре регионального производства влияние на окружающую природную среду разнится. Величина отрицательного антропогенного воздействия на административные районы территории оценивалась по сумме баллов (см. табл. 3).

Таблица 3. Классификация групп отраслей экономики по характеру воздействия на окружающую природную среду

Примечание. 3 балла – высокий уровень воздействия на окружающую среду, 2 балла – средний, 1 балл – низкий.

Для проведения районирования по УАН анализировалось размещение отраслей хозяйства по административным районам Югры (табл. 4).

Распределение фоновой нагрузки по административным районам определяется хозяйственной специализацией ХМАО. Уровень воздействия на северный таежный район (№ 1) складывается из балльных оценок влияния лесной и пищевой промышленности, а в районах средней (№ 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) и южной тайги (№ 9) – еще и теплоэнергетики, нефтегазодобычи, нефтепереработки, транспорта (железнодорожная магистраль и федеральная автодорога) и др. (табл. 4).

Повышенной величиной отрицательного воздействия производства выделяются административные районы (4, 7), что связано с концентрацией нефтедобывающей промышленности и формировании крупных промышленных узлов, основанных на нефтехимии и производстве электроэнергии. В Советском районе наиболее развита в округе лесная промышленность, что также влияет на высокие показатели отрицательного воздействия.

Таблица 4. Виды специализации промышленности по административным районам ХМАО

Степень антропогенного воздействия на административные районы ХМАО определена как произведение экологической плотности населения (плотность по административным районам, выраженная в баллах) и величины отрицательного воздействия отраслей хозяйства по соответствующим районам (А = О _* ρ) [9].

По своим экологическим возможностям различные территории неравнозначны. Природную устойчивость географических комплексов может характеризовать такой показатель, как биоклиматический потенциал [10]. В основу потенциала положено влияние тепла и влаги на биологическую продуктивность.

Биоклиматический потенциал (БКП) зональных ландшафтов Югры рассчитывался через отношение произведения коэффициента увлажнения территории и суммы активных температур к показателю, равному 1000° (1).

(1)

∑ _t>10°

БКП = К -------------.

1000°

При этом учитывалось, что сумма активных температур в северотаежной подзоне равна 1150°, в среднетаежной подзоне – 1400°, в южнотаежной подзоне – 1600°. Коэффициент увлажнения (К) в северотаежной зоне 1,4; в среднетаежной – 1,3; в южнотаежной – 1,2.

Отношение степени антропогенного воздействия (А) к биоклиматическому потенциалу территории отражает уровень антропогенной нагрузки (УАН) на окружающую территорию: УАН = А/БКП.

Таблица 5. Уровень антропогенного воздействия на эколого-экономические районы ХМАО

По уровню антропогенной нагрузки и, соответственно, по степени преобразования природной среды административные районы разделены на 10 классов [11]. Первый класс – величина антропогенного воздействия менее 55; второй класс – от 56 до 110; третий класс – от 111 до 166; четвертый класс – от 167 до 221; пятый класс – от 222 до 276; шестой класс – от 277 до 331; седьмой класс – от 332 до 386; восьмой класс – от 387 до 441; девятый класс – от 442 до 496; десятый класс – более 497.

Отображение результатов расчета уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду легло в основу создания модели эколого-географической ситуации на территории ХМАО. При разработке схемы районирования по УАН за основную единицу принят эколого-географический район, выделенный в результате объединения административных районов (Березовский и Белоярский или Октябрьский и Ханты-Мансийский), обладающих одинаковым биоклиматическим потенциалом (лежащих в одной природной зоне) и близкой величиной (в пределах одной классификационной ступени) уровня антропогенной нагрузки (см. Приложение).

Выделенные по остроте экологической ситуации классы отражают не только величину антропогенной нагрузки, но и устойчивость различных районов к ней. Районы с относительно благоприятной экологической обстановкой (Березовский и Белоярский с величиной антропогенной нагрузки до 55) – слабозаселенные и незначительно освоенные территории северной тайги, отличающиеся средней устойчивостью районов. В близкую к ним группу попадают слабо освоенные районы южной и среднетаежной зоны (Кондинский, Октябрьский, Ханты-Мансийский) с умеренным развитием нефтегазодобывающей промышленности.

Уровень антропогенной нагрузки от 129 до 166 – это среднезаселенные районы (Нефтеюганский и Советский), преимущественно с долговременным лесохозяйственным освоением и новым освоением, связанным с разработкой полезных ископаемых.

К районам с неблагоприятной и крайне неблагоприятной экологической ситуацией (величина антропогенной нагрузки от 451 до 532) относятся среднетаежные районы (Нижневартовский и Сургутский) с интенсивной добычей и переработкой нефти и газа, значительной транспортной инфраструктурой. Хозяйственное освоение этих районов происходит на фоне высокой демографической нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Виноградов Б.В. Динамическая структура антропизированных экосистем. – Доклады АН СССР, т.249, 1979, №3.

2. Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. - М.: Высшая школа, 1991. - 364с.

3. Исаченко А.Г. Экологическая география Северо-Запада России. - СПб., 1995. - 206с.

4. Исаченко А.Г. Обзорные эколого-географические карты (опыт разработки) // Изв.РГО.-1993. - Т.125. - Вып.4.-С.11-21.