ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕГИОНЕ
2.1. Основные методы анализа и оценки экологических процессов
Одним из главных методов изучения динамики экосистем, «происходящей под воздействием естественных и антропогенных факторов» [12, с.8] является экологический мониторинг, который является специальным длительным слежением за состоянием одних и тех же экологических систем и экологических процессов.
С целью анализа и оценки экологических процессов используются экологические методы, которые классифицируются на группы, представленные на рисунке 2.
Рис.2. Классификация экологических методов
Полевые методы дают возможность установить, какое влияние на экологические системы оказывает человеческая деятельность и т.д. Они предусматривают изучение естественных экологических процессов и установление воздействия на определенный объект комплекса факторов, изучение общей картины развития изучаемого объекта. Н.Н. Гусакова в качестве примера использования данных методов приводит изучение лесов «на склонах разных экспозиций, на разных почвах, на разных географических широтах» [21, с.9].
Среди полевых методов выделяются такие методы, как метод ключевых участков, стационарный метод, метод полигонов, метод пробных площадок, метод экологических шкал и т.д. Распространенным полевым методом является эколого-географический метод, «который предполагает применение ландшафтных исследований» [13, с.16].
Задачами проведения таких исследований являются:
- – выделить основные типы экосистем и их взаимосвязей;
- – установить микроклимат экологической системы, тип почвы, почвообразующие породы, характер гидрологического режима и т.д.;
- – установить процессы взаимодействия компонентов экологических систем;
- – получить качественные показатели состава экосистемы;
- – количественно описать функциональные связи между компонентами экосистемы и внешние воздействия на нее;
- – комплексно описать сопряженную динамику «всех компонентов системы в сезонном, годовом и многолетнем масштабе, которое могло бы служить основой для анализа закономерностей функционирования данной экосистемы в сравнении с другими экосистемами» [13, с.17].
Лабораторные и экспериментальные методы дают возможность проводить анализ влияния человека на развитие экологических систем в искусственно созданных условиях, тем самым изучается разнообразие экологических процессов. При этом, выводы, которые получены в лабораторном эксперименте, обязательно должны проверяться в естественных условиях на природе. Примерами экологических экспериментов являются исследования функций лесозащитных полос, влияния разных доз удобрений, которые вносятся на поля и т.д. Эффективно сочетание экспериментальных методов в данном случае с химическими методами, физиологическими методами.
Химические методы способствуют установлению особенности накопления химических элементов в растениях и в целом в экологических системах. С помощью физиологических методов можно в полевых условиях проследить физиологические процессы (фотосинтез и транспирация).
Широкое распространение в исследовании экологических процессов имеют математические методы «(математическая статистика, методы теории информации и кибернетики, теории чисел, дифференциальные и интегральные исчисления и др.) и на основе этих методов – моделирование» [40, с.51]. Математические модели, в первую очередь, при наличии количественных характеристик, являются эффективным методом изучения экологических систем. Н.Ю. Поломошникова, отмечая необходимость использования математических моделей для оценки экологических процессов, выделяет имитационные модели, «которые отражают количественные зависимости между воздействиями и позволяют рассматривать социальные и природные системы как непрерывно развивающиеся и изменяющиеся» [34 с.14].
Следует также выделить дистанционные методы, которые применяются в спутниковом мониторинге экологических процессов и позволяют по космическим снимкам следить за состоянием экологических систем. Так, используются космические данные, «полученные от пилотируемых орбитальных станций, автоматических искусственных спутников и т.п., а также данные авиационного базирования от самолетов, микроавиационных радиоуправляемых аппаратов» [27, с.93].
Дистанционные методы включают также в себя методы геофизического зондирования недр, гидроакустические съемки рельефа морского дна. Аэрокосмические (дистанционные) методы экологического мониторинга включают также систему обработки данных дистанционного зондировании, цель которой заключается в получении снимков или изображений с требуемыми радиометрическими и геометрическими характеристиками.
Обработка таких данных осуществляется в три этапа:
- — предварительная обработка (спутниковые данные принимаются, записываются на магнитный носитель, декодируются и корректируются, преобразуются в изображение или космический снимок);
- — первичная обработка (исправляются искажения, которые вызваны нестабильностью работы космического аппарата и датчика, осуществляется географическая привязка изображения с наложением на него сетки координат, изменяется масштаб изображения);
- — вторичная (тематическая) обработка (проводится цифровой анализ с применением статистических методов обработки, визуальное дешифрирование).
В том случае, если об объекте экологической системы, экологическом процессе отсутствуют достоверные сведения и неизвестны количественные зависимости между экологическими процессами и явлениями, с целью анализа и оценки экологических процессов используется метод экспертных оценок. Он предусматривает организацию работы со специалистами-экспертами и обработку мнений экспертов.
Экспертные оценки широко применяются:
- — при оценке экологического риска;
- — для прогнозирования отдаленных последствий воздействия на экологические системы;
- — в процессе проведения экологических экспертиз;
- — для оценки последствий намечаемой хозяйственной деятельности и т.д.
Одним из методов оценки экологических процессов и антропогенного воздействия на окружающую среду является матричный метод, суть которого заключается в определении причинно-следственных связей между возможным антропогенным воздействием на экосистему в процессе планируемой деятельности и параметрами окружающей среды.
Применяются:
- — простые матрицы, в которых представлен перечень параметров окружающей и направления воздействия планируемой деятельности, тем самым обозначается факт взаимодействия.
- — количественные матрицы с весовыми коэффициентами, «являющиеся модификацией простой матрицы с использованием балльных оценок взаимодействий по некоторой шкале» [38, с.73].
Таким образом, существуют различные методы анализа и оценки экологических процессов. Комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды, в том числе компонентов природной среды, естественных экологических систем, за происходящими в них процессами является экологическим мониторингом. В процессе него применяются полевые методы, лабораторные и экспериментальные методы, количественные методы. Выделяются также дистанционные методы, методы экспертных оценок и т.д.
2.2. Методика комплексного исследования экологических процессов на землях регионов
Исследования экологических процессов на землях регионов требуют комплексного подхода. В.Н. Бордрова отмечает «необходимость совокупного изучения взаимодействующих территориальных систем природы, хозяйства, населения, культуры и общества с учетом важнейшей идеи географической науки, называемой «сотворчеством природы и человека» [11, с.44].
Методика комплексного исследования экологических процессов на землях регионов предусматривает анализ состояния всех компонентов природной среды региона, во взаимосвязи с земельными ресурсами. К компонентам природной среды относятся земля, недра, почвы, а также поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный, животный мир и иные организмы, которые находятся в тесной взаимосвязи с земельными ресурсами.
Природную среду составляют, помимо совокупности компонентов природной среды, природные и природно-антропогенные объекты (рис. 3).
Рис.3 Компоненты природной среды, требующие анализ при комплексном исследовании экологических процессов
Антропогенный объект является объектом, который создан человеком с целью обеспечения его социальных потребностей, и не обладает свойствами природных объектов.
Целью исследования экологических процессов на землях региона, изучения свойств, функционирования, динамики изменений состояния земельных ресурсов является выявление пространственно-временных отношений и взаимосвязей с ней человека и человеческой деятельности.
При этом, можно выделить два уровня взаимодействия общества и природы:
- Взаимодействие с природой, которая включена в состав общества в качестве средства производства.
- Взаимодействие с природой, внешней по отношению к обществу.
Методика комплексного исследования экологических процессов на землях предусматривает изучение природной среды как открытой подвижной системы, развитие которой подчиняется определенным закономерностям.
Методика данного подхода предусматривает:
- — определение комплекса процессов на землях, которые возникают в результате естественного развития природы и в результате хозяйственной деятельности человека;
- — картографирование данных процессов;
- — выявление и анализ источников развития неблагоприятных процессов на землях;
- — определение основных черт данных процессов;
- — анализ влияния негативных процессов на земельные ресурсы и на природную среду в целом;
- — прогнозирование развития процессов и их влияния на природную среду в целом.
Задачами мониторинга состояния земельных ресурсов при этом является:
- — регулярные наблюдения за состоянием земельных ресурсов, за его количественными и качественными показателями;
- — сбор, обработка и хранение сведений, которые получены в процессе наблюдений;
- — оценка и прогнозирование изменений состояния земельных ресурсов, ее количественных и качественных показателей.
В процессе проведения комплексного исследования экологических процессов на землях регионов рассчитываются следующие показатели:
- — площадь деградированных наземных экосистем;
- — площадь деградированных пастбищ, засоленных почв, эродированных почв, подвижных песков, деградированных сельскохозяйственных и лесных угодий, площадь выведенных из сельскохозяйственного оборота земель вследствие их деградации, площадь заболоченных почв;
- — индекс загрязненности почв и т.д.
С целью оценки экологической обстановки земель населенных пунктов рассчитываются следующие показатели:
- — объем сбросов загрязненных сточных вод, которые оказывают негативное влияние на состояние земельных ресурсов;
- — относительное количество отходов, которые являются неиспользоваными и необезврежеными, в результате чего, они негативно влияют на состояние земель и т.д.
Исследование экологических процессов на землях следует осуществлять с учетом их деления на категории:
- — земли сельскохозяйственного назначения;
- — земли населенных пунктов;
- — земли промышленности, энергетики, транспорта, связи, радиовещания, телевидения, информатики, земли для обеспечения космической деятельности, земли обороны, безопасности и земли иного специального назначения;
- — земли лесного фонда;
- — земли водного фонда;
- — земли особо охраняемых территорий;
- — земли запаса.
Оценка экологического состояния земельных ресурсов в результате воздействия хозяйственной деятельности человека может быть произведена при помощи коэффициента экологической стабилизации (КЭСЛ), который объединяет качественные и количественные характеристики элементов ландшафта [42, с.27].
Данный коэффициент рассчитывается с помощью сопоставления площадей, которые заняты разнообразными элементами ландшафта, учитывая их положительное или отрицательное влияние на окружающую среду. Для расчета используется следующая формула (1):
КЭСЛ = Fст. / Fнст.,
где Fст. – сумма площадей, которые заняты стабильными элементами ландшафта, включающими в себя сельскохозяйственные культуры и иные насаждения, которые оказывают положительное влияние на почвы (леса, заповедники, земли, засеянные травосмесями, люцерной и т.д.).
Fнст. – сумма площадей, которые заняты нестабильными элементами ландшафта, включающими в себя земли под застройки, зарастающие водоемы, ежегодно обрабатываемую пашню, земли, подвергшиеся отрицательному влиянию человеческой деятельности и т.д.
В таблице 3 представлена шкала, по которой производится оценка состояния земельных ресурсов (ландшафта).
Таблица 3
Шкала оценки ландшафта
| КЭСЛ | Характеристика состояния ландшафта |
| Менее или равно 0,5 | Ярко выражена нестабильность. |
| 0,51 — 1 | Стояние нестабильное |
| 1,01 — 3 | Состояние условно стабильное |
| 4,51 и более | Хорошо выражена стабильность |
Таким образом, рассмотренная методика комплексного исследования экологических процессов на землях региона предусматривает проведение анализа состояния всех земельных ресурсов региона с учетом их деления на категории. Кроме того, отмечается необходимость анализа экологических процессов на землях во взаимосвязи со всеми компонентами природной среды.