Петин А.Н. (отв. редактор) и др. Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике

Подождите немного. Документ загружается.

О ПРИНЦИПАХ РАЗРАБОТКИ КАРТОСХЕМ РЕГИОНАЛЬНОГО

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КАРКАСА НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ И

ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Стаценко Е.А.

E-mail: statsenko@bsu.edu.ru

Научный руководитель: Корнилов А.Г., д.г.н., проф.

ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный

исследовательский университет», Россия

Обострение природоохранных проблем в староосвоенных регионах с интенсивной хозяй-

ственной деятельностью привлекает внимание к вопросам рационального природопользования. В

решении проблемы поддержания экологической стабильности и ландшафтного разнообразия,

большое значение имеет формирование системы экологического каркаса, под которым понимает-

ся определенный набор и пространственное сочетание природных «диких» и культурных ланд-

шафтов, обеспечивающих экологическую стабильность (относительный гомеостаз) территорий

соответствующего уровня [1].

При разработке системы экологического каркаса любой территории обязательным эта-

пом является картографирование полученных данных (построение карт экологического карка-

са). Кроме иллюстративной функции, ценность подобных карт состоит в способности передать

обобщенные выводы, не прибегая к сложному и трудоемкому сопоставлению табличных и тек-

стовых материалов, анализу разрозненных картограмм. Картографическое представление ре-

зультатов оценки экологической значимости территорий представляет основу для создания ря-

да практических рекомендаций по использованию конкретных ареалов.

Для построения картосхем анализировалась территория Белгородской области. Выбор Бел-

городской области актуален с методической точки зрения, так как она располагает как типовыми,

так и особенными по сравнению с другими областями, природными комплексами и их отдельными

компонентами, сочетание которых существенно различается в разных его частях [2, 3].

Исходной картой для построения является цифровая карта Белгородской области, выпол-

ненная на основе общегеографической карты масштаба 1:200000 (Белгородская область, 1997). Ра-

бота по построению картографического материала проводиться в специализированных ГИС – Ar-

cGIS, MapInfo, БелГис, ГеоГраф, GRASS, и др.

Схема построения карт опорных элементов экологического каркаса территории, предпо-

лагает проведение следующих этапов:

- на подготовительном этапе проводится анализ общедоступных топографических карт

масштаба 25000 – 200000, в ходе которого предположительно выявляются участки природных

(несущественно преобразованных) территорий площадью, достаточной для сохранения при-

родных сообществ, способных к саморегуляции. Такая подготовка позволяет выделить ареалы

для дальнейшего полевого исследования.

- далее проводится подбор и первичная обработка материалов космических съемок. Вы-

полнение данной операции осуществляется с использованием прикладных программных про-

дуктов для работы с картографической информацией методами автоматического дешифрирова-

ния или методом визуального дешифрирования космических снимков.

- дешифрирование материалов космических съемок с классификацией территории по

уровню разнообразия ландшафтов. Выделение участков, характеризующихся или наибольшим

разнообразием, или гомогенностью ландшафтов.

Итоговым результатом становится создание карты функционального зонирования терри-

тории исследования – Белгородской области. Она является наглядным отображением простран-

ственного размещения природных, полуприродных территорий и центров антропогенной на-

грузки (города, промышленные и сельскохозяйственные зоны). На данном этапе также допол-

няются, либо обновляются данные по категориям землепользования.

На втором этапе работ проводятся полевые исследования выделяемых экологически зна-

чимых элементов с целью подтверждения их функциональности в экологическом каркасе тер-

ритории области. Учетные площади закладываются в пределах населенных пунктов, на их ок-

раине и в отдалении от них (5-10 км). При изучении элементов экологического каркаса в преде-

лах селитебных территорий выбор населенных пунктов осуществлялся согласно их расположе-

нию в области (восточные, западные, северные и центральные районы) и с учетом людности: 1

группа - города с населением 20000 - 350000 чел., 2 группа - поселки городского типа с числен-

ностью жителей 5500 - 9000 , 3 группа - крупные села с населением 1000 - 5000 жителей, 4

группа - набольшие села 700 - 100 человек населения.

На заключительном этапе весь сформированный материал позволяет обоснованно при-

числять те или иные земли к опорным элементам экологического каркаса изучаемой террито-

рии. К экологически значимым территориям Белгородской области отнесены: лесные массивы,

водоохранные зоны, ООПТ, городские парки и защитные лесополосы, овражно-балочные ком-

плексы, как типичный элемент рельефа, при этом труднодоступный для рекреационной дея-

тельности и способный сохранять биотическое разнообразие. В конечном итоге, разработанная

карта дает не только наглядное представление о пространственной структуре экологического

каркаса, но и позволяет оценить площади отдельных групп объектов и разработать ряд реко-

мендаций по использованию земель экологического каркаса.

Полученную карту экологического каркаса Белгородской области предполагается исполь-

зовать для оценки природного потенциала территории и отдельных объектов, находящихся в ее

пределах, в рекреационных целях, в том числе с целью выделения зон мощного рекреационного

пресса с одной стороны и зон слабой доступности, где возможно развитие различных видов рек-

реации, с другой.

Литература

1. Реймерс, Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник / Н.Ф. Реймерс. - М.: Мысль, 1990. - 637 с

2. Природные ресурсы и окружающая среда Белгородской области / П.А. Авраменко, П.Г. Акулов, Ю.Г.

Атанов и др.; под. ред. С.В. Лукина. - Белгород, 2007. - 556 с.

3. Стаценко Е.А. Состояние экологического каркаса территории Белгородской области / Е.А. Стаценко,

А.Г. Корнилов // Сборник докладов «Геоэкологические проблемы современности»; тексты докладов 2-ой Между-

народной научной конференции - Владимир, 2008. - С. 219-221.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОНЯТИЯ «ВИЗУАЛЬНЫЕ

РЕСУРСЫ» В СФЕРЕ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Сулкарнаева Л.Д.

E-mail: sulkarnaeva1992@mail.ru

Тюменский государственный университет, Россия

В современном развивающемся человеческом обществе остро встает вопрос взаимодей-

ствия человека с окружающей его средой. Множество публикаций в настоящее время посвяще-

но проблемам антропогенного влияния на основные элементы окружающей среды: атмосферу,

гидросферу, литосферу, растительный и почвенный покров, но недостаточное внимание уделя-

ется проблеме взаимоотношения человека с окружающей его визуальной средой, выступающей

мощным экологическим фактором, составляющим среду обитания человека.

Основные аспекты проблемы взаимоотношений человека с окружающей его визуальной

средой и пути их решения нашли отражение в новом научном направлении – видеоэкологии [1].

В рамках этого направления было доказано большое влияние визуальной среды на здоровье че-

ловека.

Негативное влияние на здоровье человека оказывает агрессивная визуальная среда, в ко-

торой человек одномоментно видит большое количество одинаковых элементов. Проведенные

специалистами центра «Видеоэкология» исследования показали, что агрессивные визуальные

поля активно подавляет психику человека.

Рассматривая взаимоотношения человека с окружающей его визуальной средой, следует

учитывать не только прямые информационные связи «визуальная среда – человек», но и обрат-

ные – «человек – визуальная среда».

Влияние человека на визуальную среду крайне велико. Заменяя природные ландшафты

антропогенными, человек уничтожает и естественную (природную) визуальную среду и создает

искусственную (антропогенную).

К объектам природной визуальной среды можно отнести природные пейзажи, оказы-

вающие благотворное влияние на человека. К элементам искусственной визуальной среды от-

носятся все объекты, созданные или преобразованные человеком и попадающие в поле его зре-

ния, к ним относятся архитектурные сооружения, визуальная среда мест жительства; визуаль-

ная информация.

Зачастую элементы искусственной визуальной среды являются элементами агрессивной

визуальной среды: здания с большим количеством рассредоточенных на стене окон, печатные

тексты, рекламные щиты и др. Обилие монотонных однотипных элементов, большое количест-

во воспринимаемой человеком визуальной информации, а также наложение других экологиче-

ских факторов приводит к переутомлениям, микрострессам, а учитывая эффект накопления не-

гативных влияний и к дестабилизации здоровья человека.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что агрессивная визуальная среда негативно

сказывается на ресурсном потенциале общества: понижение эффективности работы в связи с

переутомлениями и ухудшением здоровья. Следовательно, от свойств визуальной среды зави-

сит качество здоровья человека, трудовой ресурсный потенциал общества.

Визуальная среда, таким образом, является важным ресурсом, удовлетворяющим инте-

ресы человека. Поэтому, мы считаем необходимым предложить новое понятие – визуальные

ресурсы. Проведенный анализ литературы [2, 3], а также терминологический разбор понятий

«ресурсы», «природные ресурсы», «визуальный», позволили определить визуальные ресурсы

как компоненты окружающей среды, которые используются или могут быть использованы для

удовлетворения интересов человека в сфере охраны и поддержания его психического и физио-

логического здоровья, повышения комфортности визуального (видимого) поля.

Так как воздействие человека на визуальную среду велико встает вопрос о рациональном

использовании визуальных ресурсов, заключающемся в поддержании визуальной среды в со-

стоянии, исключающем негативные воздействия на человека. Рассмотрим основные направле-

ния рационального использования визуальных ресурсов:

 умеренное преобразование природной визуальной среды - естественные визуальные

элементы положительно сказываются на здоровье человека, их уничтожение приведет к ухуд-

шению визуальной обстановки;

 создание искусственных визуальных элементов, способствующих комфортной визу-

альной среде (к ним относятся зеленые зоны и зеленые насаждения, декоративные элементы в

архитектуре и др.), что способствует увеличение доли благоприятных визуальных полей;

 преобразование агрессивных визуальных полей, для снижения их негативных воз-

действий (применение озеленения, декорирование) [4].

Современный человек испытывает постоянное влияние множества факторов, среди них

большое воздействие имеет визуальная среда. Развитие производства, строительства, другой

антропогенной деятельности способствуют постоянному изменению и трансформации окру-

жающей человека визуальной среды, нередко приводящему к формированию агрессивной визу-

альной среды. Меры сокращения влияния агрессивной окружающей среды на человека являют-

ся направлениями рационального использования визуальных ресурсов. В сфере рационального

природопользования визуальные ресурсы применимы для повышения ресурсного потенциала

общества, то есть для формирования таких условий, при которых возрастет эффективность тру-

да и качество жизни человека.

Литература

1. Филин В.А. Видеоэкология: что для глаз хорошо, а что - плохо. - М.: «ЮНИАР-ПРИНТ», 2001. – 312 с.

2. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: учебник для вузов. – 2-е изд., испр. и доп. /

Ю.В. Новиков. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2003. – 560с.

3. Семенюк А.А. Толковый словарь русского языка. / А.А. Семенюк, М.А. Матюшина. – 3-е изд. – М.:

Просвещение, 2007. – 639 с.

4. Сулкарнаева Л.Д. Разработка мер по обеспечению экологической безопасности городской среды с по-

зиции видеоэкологии (статья) // Материалы конференции «Общегеографические закономерности Земли: взгляд

молодого ученого», посвященной 110-летию со дня рождения академика С.В. Калесника.- СПб.; СПбГУ.-2011.

ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ НА ЛАНДШАФТ ПРИ ПОМОЩИ ДАННЫХ

ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Уразов А.А.

E-mail: a.a.urazov@mail.ru

Научный руководитель: Братков В.В., доктор географических наук, профессор

Ставропольский государственный университет, Россия

Основным источником получения информации для исследования структуры ландшафтов

являются общедоступные данные дистанционного зондирования из ресурсов Интернет. Интер-

претация изображений, опирающаяся на анализ отражательных свойств поверхности, позволяет

при более детальном исследовании создать общую картину ландшафтного покрова. Они позво-

ляют получить информацию, которую трудно «увидеть» при наземном обследовании террито-

рии, особенно при крупномасштабных исследованиях.

Наиболее широко используемая в настоящее время дистанционная информация связана

с ИСЗ серии Landsat, появление которых открыло новую эру в развитии науки. Программа

Landsat предусматривает обеспечение многозональных и периодически повторяемых долговре-

менных съемок с помощью сканирующих устройств с природно-ресурсными, природоохран-

ными, мониторинговыми и картографическими целями. Современные географические исследо-

вания (изучение ландшафтного покрова, ландшафтное картографирование, исследование дина-

мики природных процессов и явлений и др.) невозможны без применения данных ДЗ.

Со времени запуска первого спутника (23 июля 1972 г.) этой серии сменилось семь по-

колений космических аппаратов. Первый спутник Landsat предназначался для проведения гло-

бальных повторных съемок поверхности Земли в видимом и ближнем инфракрасном диапазо-

нах спектра с достаточно высоким пространственным разрешением. С него начался непрерыв-

ный ряд наблюдений поверхности Земли. Каждая из последующих серий спутников отличалась

более усовершенствованными сканерами и средствами передачи информации. Так, с помощью

спутников Landsat - 4 и - 5 были сделаны фотографии извержения вулканов, крупных айсбер-

гов, оторвавшихся от ледяного шельфа Антарктиды, вырубок амазонских лесов, а также других

явлений и объектов. Его работой управляла Геологическая служба США.

Программа Landsat решает следующие задачи:

обеспечение непрерывности потока видеоинформации дистанционного зондирования

Земли путем получения данных, совместимых с ранее полученными в рамках всей программы

Landsat;

наращивание объема и периодическое обновление содержания глобального архива сво-

бодных от облачности изображений освещенной земной поверхности;

продолжение предоставления данных стандартного формата американским и иностран-

ным пользователям и расширение использования таких данных для глобальных измерений и

коммерческих целей.

Основным прибором Landsat 5 является многоспектральный оптико-механический ска-

нирующий радиометр TM (Thematic Mapper / Тематический картограф). Он рассчитан на полу-

чение изображений поверхности Земли в семи участках видимого и инфракрасного диапазонов

спектра (от 0,45 до 12,5 мкм, в том числе в панхроматическом диапазоне – от 0,52 до 0,9 мкм).

При номинальной высоте полета 705 км сканирующий радиометр обеспечивает обзор полосы

земной поверхности шириной 185 км. Размер элемента разрешения составляет 15 м в панхрома-

тическом режиме (в два раза повышена детальность получаемых изображений по сравнению с

возможностями предыдущих космических аппаратов серии Landsat), 30 м - в видимом и ближ-

нем инфракрасном, 60 м - в тепловом инфракрасном диапазонах спектра.

Результаты многоканальной сканерной съемки можно рассматривать как измерение физи-

ческих свойств подстилающей поверхности, которое выражается через отражение солнечной ра-

диации или тепловое излучение. Информация о состоянии ландшафта содержится в любом излуче-

нии и отображает некоторые свойства подстилающей поверхности. Но эти свойства не исчерпыва-

ют всей информации обо всех свойствах ландшафта, а отражают лишь некоторые стороны его по-

ведения. Так, для каждого дешифрируемого объекта свойственна отражательная способность, ко-

торая может выступать в качестве эталона или основного признака дешифрирования. Такие объек-

ты как растительность, горные породы, почвы, вода, облака и снег имеют отличные друг от друга

отражательные свойства. В целом они сохраняют характерные черты и могут варьировать в зави-

симости от изменения внутри самой группы. Например, спектральная яркость растительности мо-

жет изменяться в зависимости от видовых особенностей листьев (пигментация, клеточная структу-

ра), содержания влаги в листьях, структуры растительного покрова.

Использование постоянно совершенствующихся компьютерных технологий и методов

анализа вместе с существующими литературными источниками и материалами полевых иссле-

дований позволяют получить содержательную информацию о ландшафтной структуре, которая

затем используется для создания ландшафтных карт, решения и прогнозирования хозяйственно-

экономической деятельности.

Методика оценки собственно антропогенной нарушенности и экологического состояния

ПТК разработаны в меньшей степени. Четкие и общепризнанные критерии для определения ан-

тропогенной нарушенности ПТК в настоящее время не разработаны или же являются дискусси-

онными. Однако в большинстве работ в последние годы (Мамай, 1997; Исаченко, 2001; Анти-

пова, 2001; Демаков, 2004 и др.) используется близкая методика оценки степени антропогенной

трансформации ПТК и их экологического состояния.

Алгоритм подобной процедуры в общем виде состоит в следующем:

а) на основе ландшафтных карт внутри границ ландшафтных выделов выявляется вид

использования земель и антропогенные модификации ПТК;

б) каждому виду использования (антропогенной модификации) присваивается ранг на-

рушенности; число рангов зависит от разнообразия составляющих антропогенного пресса и

глубины воздействия; более высокую степень нарушенности получают модификации с изме-

ненной литогенной основой, минимальную – с нарушенной биотой;

в) внутри ландшафтного выдела оценивается площадь, занимаемая каждым видом ис-

пользования земель с соответствующей глубиной трансформации;

г) на основе глубины антропогенной измененности и занимаемой площади устанавлива-

ется общая степень антропогенной нарушенности конкретного ПТК;

д) степень антропогенной нарушенности более крупных таксонов геосистемной иерар-

хии, например, ландшафтов, определяется через средневзвешенную состояний морфологиче-

ских единиц ландшафта (таблица 1).

Таблица 1

Оценка степени антропогенной нарушенности ПТК

Степень ан-

тропогенной

измененности

Тип

природопользования

Характеристика ПТК и антропогенных модификаций

1. Незначи-

тельная

Лесохозяйственный

неинтенсивный

Большую часть площади ландшафтных выделов занимают природные

комплексы с зональной (интразональной) растительностью, восстанав-

ливающейся к условно-коренной

2. Слабая

Лесохозяйственный

слабоинтенсивный

Преобладание природных комплексов с коренными породами-

эдификаторами над вторичными, небольшие площади современных

вырубок, отсутствие или очень небольшие площади сельскохозяйст-

венных угодий, преимущественно заброшенных (менее 5%)

3. Средняя

Аграрно

(постаграрно)-

лесохозяйственный

Приблизительно одинаковые площади имеют природные комплексы с

коренными породами-эдификаторами и вырубки на разной стадии за-

растания, до 10% площади ландшафтных выделов занимают селитеб-

ные земли, сельскохозяйственные угодья (часто заброшенные)

4. Средне-

сильная

Селитебно-аграрно

(постаграрно)-

лесохозяйственный

Преобладание вторичных мелколиственных лесов и современных вы-

рубок над природными комплексами с коренными породами-

эдификаторами, 10-20% площади занимают сельскохозяйственные

угодья (в том числе заброшенные) и селитебные земли

5. Сильная

Селитебно-аграрно

(постаграрно)-

лесохозяйственный

Большую часть площади ландшафтного выдела (более 50%) занимают

современные вырубки и вторичные леса на ранних стадиях сукцессий,

селитебные земли, сельскохозяйственные угодья, мелиоративные сис-

темы

6. Весьма

значительная

Селитебно-

промышленный

Почти всю площадь ландшафтного выдела занимают природные ком-

плексы с существенно трансформированной литогенной основой и

почвенно-растительным комплексом

Таким образом, использование данных дистанционного зондирования в совокупности со

специальными программными комплексами (например MapInfo) позволяет достаточно точно

оценить степень антропогенной нагрузки на ландшафты исследуемой территории.

МЕТОДЫ БИОМОНИТОРИНГА НА ЛЕТНЕЙ ПОЛЕВОЙ ЭКОЛОГО-

ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ СТУДЕНТОВ ТВЕРСКОГО ГОСУНИВЕРСИТЕТА

Филиппов А.С.

E-mail: fly-p-andrew@mail.ru

Научный руководитель: Марков М.В., д.б.н., проф.

Тверской государственный университет, Россия

Полевая эколого-географическая практика завершает цикл учебных практик I – II курса

студентов-экологов факультета географии и геоэкологии тверского госуниверситета. В ходе

этой практики происходит закрепление приемов и навыков проведения полевых исследований,

т. е. тех навыков, которые были выработаны у студентов во время прохождения частных

(покомпонентных) практик. Параллельно отрабатываются методы полевых экологических

исследований и экологического картографирования. Особенность эколого-географической

практики состоит в том, что одна из ее задач – обнаружение и определение экологически

значимых природных и антропогенных нагрузок на природные системы. Одна из важнейших

задач практики – дать студентам представление об основных принципах экологического

мониторинга окружающей среды.

Неотъемлемая составляющая экологического мониторинга – биологический контроль

состояния компонентов природы и природных комплексов (биомониторинг). В основу

биологического контроля кладется предшествующее выявление индикаторных видов живых

организмов, которые могут обитать в определенном интервале какого-либо фактора среды и

потому указывать на присутствие влияния и параметры этого фактора.

Биологический контроль включает в себя две основные группы методов, два подхода:

биоиндикацию и биотестирование. Биоиндикация – обнаружение и определение экологически

значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов

непосредственно в среде их обитания. Биотестирование – изучение (обычно в лабораторных

условиях) реакций организма на различные воздействия. Принципиальное отличие подходов в

том, что биотестирование характеризует возможные последствия, а биоиндикация – результат

загрязнения среды.

По составу и состоянию видов-индикаторов можно судить о состоянии среды их

обитания. Методы биоиндикации позволяют проводить оценку и контроль экологического

состояния всех компонентов природы, а в роли биоиндикаторов могут выступать представители

всех «царств» живой природы.

Например, оценку качества воздуха можно проводить с использованием лишайников и

голосеменных (в первую очередь хвойных) растений. Биодиагностика воды (точнее – водоема

или водотока) может проводиться с помощью многих групп организмов: высших водных

растений, водорослей, рыб, беспозвоночных, простейших, бактерий. В качестве индикаторов

экологического состояния почв чаще всего используют высшие растения. Путем анализа

видового состава и структуры растительных сообществ, распространения растений-

индикаторов или определенных индикационных признаков у отдельных видов растений можно

установить тип почвы, степень ее гидроморфизма, развитие процессов заболачивания,

соленакопления и т.д. (Биологический контроль…, 2008). В биомониторинге почв также

широко распространены и другие методы: почвенно-зоологический, почвенно-альгологический,

почвенно-микробиологический.

По вполне понятным причинам на летней практике невозможно познакомиться и тем

более, отработать все методы биоиндикации и биотестирования. Необходимо выделить из них

наиболее распространенные и проработанные. Учитывая ограниченные сроки практики,

целесообразно знакомиться в первую очередь с экспресс-методами. Ниже перечислены

некоторые методы, рекомендуемые к применению на эколого-географической практике.

1. Оценка качества воздуха

1.1. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха с помощью лишайников. Метод

основан на выявлении соотношения проективного покрытия ствола дерева лишайниками,

суммарного количества видов лишайников и лишайника доминантного вида.

1.2. Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) в качестве биоиндикатора состояния

атмосферного воздуха. Принцип метода основан на существовании зависимости степени

повреждения хвои (некрозов и усыхания) Pinus sylvestris L. от загрязнения воздуха.

2. Оценка качества воды

2.1. Биологический контроль водоема методом определения сапробности. Метод

основан на проявлении зависимости существования организмов-сапробионтов от количества и

степени распада растворенных органических соединений в водоеме (степени сапробности

водоема). В качестве организмов-индикаторов сапробности могут выступать водоросли,

простейшие, коловратки, ракообразные, насекомые, грибы, бактерии, высшие водные растения.

Важное значение в сапробиологическом анализе играет приуроченность организмов-

индикаторов к месту обитания. Представители бентосных, планктонных, перифитонных

сообществ неодинаково реагируют на изменения параметров среды, обладают определенными

преимуществами и недостатками при индикации растворенной органики.

2.2. Оценка трофности водоема с использованием высших растений. Метод основан на

приуроченности представителей высшей водной и прибрежно-водной растительности к

определенному уровню трофности водоема. Принцип оценки заключается в учете видового

разнообразия, относительного обилия и индикаторной значимости компонентов высшей водной

флоры.

3. Оценка экологического состояния почв

3.1.Характеристика качества почвы с помощью высших растений-индикаторов.

Метод основан на зависимости существования высших растений от свойств почвы. Оценка

показателей состояния почвы (механический состав, влажность, засоленность, обеспеченность

питательными веществами) дается путем учета видового разнообразия, частоты встречаемости

и индикаторной значимости высших растений.

Биоиндикация, конечно же, не ограничивается перечисленными методами. Выше

представлены лишь одни из самых распространенных и доступных способов биодиагностики,

знакомство с которыми не только позволит студентам понять основные принципы

экомониторинга, но, и поможет разобраться во взаимосвязях внутри природных комплексов.

Литература

1. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование/под ред. Мелеховой

О.П. и Сарапульцевой Е.И. М., 2008.

2. Садчиков А.П. Гидроботаника: Прибрежно-водная растительность. М., 2005.

3. Экологический мониторинг / под ред. Ашихминой Т.Я. М., 2005.

ПРИМЕНЕНИЕ ГИС ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫДЕЛЕНИЯ

ЭЛЕМЕНТАРНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ЛАНДШАФТНО-

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА*

Чепелев О.А., Ломиворотова О.М.

E-mail: chepelev@bsu.edu.ru

ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский

университет», Россия

Значительный вклад в развитие представлений о ландшафтной структуре территории в

свое время внесли Л.С. Берг, Н.А. Солнцев, Б.Б. Полынов, Ф.Н. Мильков, А.Г Исаченко и др.

Позже работы ландшафтоведов в этой области подвергались анализу и обобщению, в частности

для целей сельского хозяйства и агроэкологического мониторинга (Швебс и др., 1986; Кашта-

нов и др., 1997). В настоящее время популярным является применение ландшафтного подхода

при организации и ведении фонового и импактного мониторинга состояния природных сред.

По результатам ландшафтного картографирования и базового эколого-геохимического обсле-

дования территории могут быть созданы ландшафтно-геохимические карты, отражающие ха-

рактер миграции химических элементов, наличие геохимических барьеров, катенарную струк-

туру территории (Глазовская, 1964; Гаврилова, 1985; Перельман, Касимов, 1999).

Выделяют четыре принципа систематизации ландшафтных территориальных структур

(ЛТС) (Швебс и др., 1990). Наиболее детально разработанным в настоящее время является гене-

тико-морфологический принцип систематизации (Солнцев, 2001; Мильков, 1970, 1986). Пер-

вичным таксоном в данной классификации является фация (термин введен Л.С. Бергом, 1945).

С теоретической точки зрения отдельные фации являются идеальными объектами экологиче-

ского мониторинга, т.к. в пределах фации нельзя провести ни одной природной границы. С фа-

ций следует начинать изучение круговоротов и трансформации энергии и вещества в геосисте-

мах, включая биогеохимическую работу организмов (Исаченко, 1991). На практике провести

мониторинг состояния почв, растительности и водных объектов отдельных фаций оказывается

практически невозможно в связи с большой его трудоемкостью.

Позиционно-динамический подход является более подходящим для проведения экологи-

ческих исследований, т.к. ландшафтные единицы выделяют таким образом, чтобы в их преде-

лах интенсивность современных природных процессов была в целом одинаковой и однотипной

по динамическим показателям (Швебс и др., 1990). Территориальные единицы этого типа

структур часто имеют форму полос. Ландшафтная полоса – это группа фаций, имеющих общее

положение относительно рубежей изменения интенсивности горизонтальных вещественно-

энергетических потоков с однотипным протеканием природных процессов. В пределах отдель-

но взятой ландшафтной полосы, формируется однотипная миграционная структура, что осо-

бенно важно при проведении агрохимического мониторинга.

Выделение парагенетической структуры ЛТС, впервые предложено Ф.Н. Мильковым

(1966). Территориальными единицами этой ландшафтной структуры являются парагенетиче-

ские ландшафтные комплексы, выделяемые на основе упорядоченности фаций относительно

линий тока. Эти фации связаны едиными динамическими процессами, обуславливающими их

происхождение и развитие. Наибольший эффект дает применение парагенетического подхода

при проведении ландшафтных исследований с целью разработки схем противоэрозионных ме-

роприятий, проектов коренной мелиорации оврагов, обосновании водоохранных зон (Швебс и

др., 1990).

Определенными преимуществами при ведении мониторинговых исследований обладает

бассейновый подход. В границах бассейна «замыкаются» основные циклы круговоротов ве-

ществ и энергии. Водные объекты водосбора являются конечными звеньями цепочек загрязне-

ния (Корытный, 2001). Бассейновые ЛТС обособляются по общности пространственных отно-

шений, обусловленных гидрофункционированием (поверхностным стоком воды и водным ре-

жимом почв). Иерархический характер бассейновых структур позволяет проводить оптимиза-

цию сети опорных точек мониторинга с целью достижения оптимального соотношения издер-

жек и качества мониторинговых данных. За рубежом в экологическом мониторинге часто ис-

пользуется система «Hot spots», обеспечивающая более детальное слежение за ситуацией в про-

блемных зонах (Медведев, 2002). Система реализуется путем оптимизации пространственной

структуры сети мониторинга с учетом текущей картины загрязнения.

Для наиболее адекватного отражения процессов антропогенного загрязнения почв как

важнейшего компонента ландшафтов возможно одновременное применение нескольких прин-

ципов ландшафтной декомпозиции территории. Бассейновый подход не позволяет детализиро-

вать мониторинг до уровня контроля экологического состояния почв различных склоновых ме-

стоположений, поэтому водосборная площадь может быть дифференцирована по позиционно-

динамическому принципу. В этом случае объектами мониторинга будут выступать почвы

ландшафтных полос в пределах водосборной площади.

Разработанная нами методика составления карты элементарных участков мониторинга

представляет собой комбинацию методик создания карт бассейновых и позиционно-

динамических ЛТС, реализованную на платформе ArcGIS с применением ряда автоматизиро-

ванных алгоритмов. В качестве базового был выбран масштаб 1:10000. Общая схема создания

карты элементарных участков мониторинга включает выполнение следующих действий:

1. Создание карты бассейновых ЛТС. В программном комплексе ArcGIS имеются раз-

витые функции автоматизированного синтеза карт водосборных площадей (ветка «Гидрология»

в наборе инструментов Spatial Analyst). Следует отметить, что при построении карт водосбор-

ных площадей используются пользовательские данные о местах слияния звеньев овражно-

балочно-долинной сети. Опыт использования алгоритма автоматизированного определения по-

рядка водотоков в ArcGIS показал, что порядки определяются верно в 60% случаев. По этой

причине при составлении карты бассейновых ЛТС порядки определялись вручную.

2. Создание производных морфометрических карт по цифровой модели рельефа

(ЦМР). Создание карты уклонов может быть проведено по готовой ЦМР, построенной по век-

торным горизонталям или точечным объектам цифровой картографической основы. Для расче-

та уклонов нами использовался модуль ArcGIS Spatial Analyst. После синтеза GRID уклонов не-

обходимо применение мажоритарного фильтра (Majority Filter) с целью удаления артефактов,

возникающих на бровках склонов. После проведения фильтрации необходимо провести по-

строение изогеоклин в соответствии со стандартными градациями уклонов, используемыми в

землеустроительном проектировании (1°, 3°, 5°, 7°, 9° и более), при необходимости провести

сглаживание. Далее, используя границы бассейнов и изогеоклины необходимо произвести син-

тез полигонов. К атрибутивной таблице полученного класса пространственных объектов доба-

вить текстовое поле, в котором для каждой градации уклона при помощи калькулятора присво-

ить имя для включения в название ландшафтных полос.

3. На следующем этапе проводится создание электронной почвенной карты. Карта соз-

дается путем векторизации отсканированных почвенных карт соответствующего масштаба. В

таблицу атрибутивных данных заносятся следующие сведения: тип и подтип почвы, степень

смытости, гранулометрический состав, тип почвообразующих пород.

4. Создание карты растительности. Карта растительности может быть создана на осно-

ве данных геоботанического обследования или существующих бумажных карт. При отсутствии

детальных сведений о растительном покрове в первом приближении возможно создание карты

растительности по космическому снимку. Нами при составлении карты растительности был ис-

пользован космоснимок Landsat-7 с пространственным разрешением, улучшенным до 15 м. C

использованием автономной классификации ISODATA на нем были выделены лесные массивы

(дубрава), луговая растительность в балках. Остальная территория, занятая сельскохозяйствен-

ной растительностью, помечена как «пашня». Полученные классы сохранены в одном вектор-

ном полигональном файле.

Рис. Фрагмент схемы элементарных участков ландшафтно-экологического

мониторинга, созданной с применением оверлейных процедур

5. Аналитический оверлей. Созданные полигональные классы пространственных объек-

тов (карта уклонов в границах бассейна, почвы, растительность) подвергаются оверлею при по-

мощи команды «Пересечь» с сохранением атрибутивных данных. При помощи SQL-запроса в

новом текстовом поле формируется название ландшафтных полос, например: «Темно-серая

лесная почва на лессовидном суглинке на склоне с уклоном 1-3° под луговой растительностью»

(рис.). Для полученного класса выполняется процедура «Слияние» (из набора Data Management

Tools ArcToolbox) с целью удаления границ между объектами с одинаковыми описаниями.

6. На завершающем этапе осуществляется оформление карты, создание уникальных но-

меров ландшафтных полос и легенды.