Стурман В.И. Экологическое картографирование

Подождите немного. Документ загружается.

ственной общности, образованной сочетанием и взаимодействи-

ем геокомпонентов.

Ландшафтный принцип деления территории реализован на

большинстве изданных в России экологических карт [4, 15]. При

этом в характеристику территориальных единиц включаются как

природные особенности (единицы ландшафтного районирования,

леса, в том числе с подразделением по преобладающим породам),

так и характер природопользования (выделение сельскохозяйствен-

ных земель, урбанизированных и горнопромышленных ландшаф-

тов) (рис. 10).

Проблемы, связанные с реализацией данного подхода, обус-

ловлены современным состоянием ландшафтного районирования

и картографирования. Выбор определенного (т.е. единственного из

бесконечно многих) природного рубежа в качестве границы ланд-

шафтов — волевой акт, и ввиду этого неизбежно субъективен [5].

Субъективным является и не основанный на природных законо-

мерностях принцип чередования зональных и азональных призна-

ков,

лежащий в основе наиболее распространенной схемы таксо-

номических единиц: страна — зона — провинция — подзона — округ —

район [64].

Реально выполненное на единой методической основе ланд-

шафтное картографирование в пределах бывшего СССР заканчи-

вается наиболее крупным масштабом 1:4

ООО

ООО; выделы на карте

этого масштаба недостаточно дробны даже для мелкомасштабного

картографирования. Для крупномасштабного картографирования

на основе полевых исследований наиболее важны элементарные

ландшафтные единицы — фации как территориальные ячейки, на

которые могут быть распространены дискретные характеристики

загрязненности среды и состояния биоты. Однако они не оказыва-

ются основными объектами изучения даже при наиболее деталь-

ных ландшафтных съемках масштаба до 1:10 ООО [147].

Попытку синтеза природно-территориального и администра-

тивно-хозяйственного подходов к выделению территориальных

единиц предпринял Г. И. Швебс [165], сформулировав понятие о

природно-хозяйственных территориальных системах (ПХТС). Их

выделение на локальном уровне вполне объективно и однозначно:

предприятия и промышленные зоны, кварталы городской заст-

ройки, отдельные поля, пастбища и т.д. первоначально размеща-

ются адаптированно к рельефу и другим геокомпонентам либо

трансформируются настолько, что сами становятся решающим

фактором районирования (в пределах урбанизированных террито-

рий).

В то же время выделение ПХТС более высоких рангов, вклю-

чающих и относительно слабо измененные ландшафты, в значи-

Рис.

10. Показ ландшафтной основы на карте экологической ситуации

промышленных районов Свердловской области ([67], упрощено):

1 — хвойные леса; 2 — смешанные леса; 3 — лиственные леса, заболоченные; 4 —

гидросеть; 5 — болота; 6 — редколесье; 7 — луга (выгоны, пастбища); 8 — выруб-

ленные леса; 9 — лесопосадки на месте вырубленных лесов; 10 — горельники,

буреломы; 11 — пашни, сады, огороды; 12 — торфоразработки; 13 — железные

дороги; 14 — шоссейные дороги

тельной мере искусственно и на практике сводится к администра-

тивному делению.

Правомерность учета или неучета хозяйственно-администра-

тивных границ зависит и от цели районирования. Так, состояние

лесов, зависящее от организации ухода за ними, может быть оце-

нено по лесхозам, однако использование тех же территориальных

единиц для характеристики атмосферных выпадений и их послед-

ствий географически некорректно.

6. Отсутствие территориальных единиц становится возможным

при непрерывной количественной характеристике на основе при-

менения способа изолиний. Преимущества этого подхода связаны

с отсутствием осреднения показателей по площади при отказе от

наперед заданных границ. Однако отсутствие территориальных еди-

ниц на итоговой карте не должно означать отказа от их учета в

процессе составления при географической интерполяции показа-

телей. В последнем случае территориальные единицы, различающие-

ся по функциональному использованию и устойчивости ландшаф-

тов,

выявляются по распределению количественных характеристик,

подобно тому как, благодаря географическим закономерностям,

крупные формы рельефа выделяются на климатической карте, тек-

тонические структуры — на геологической и т.д.

Так, на Карте загрязнения природной среды Московской об-

ласти (рис. 11) [167] выделяются зоны повышенного загрязнения,

приуроченные к городам и транспортным магистралям, поймам

значительных рек ниже городов и т.п. Это по существу означает

присутствие на карте единиц природно-территориального райо-

нирования в неявной форме. Неучет этого обстоятельства при ли-

нейной интерполяции резко снижает ценность карт, примером чего

является проведение изолиний между малочисленными постами

наблюдения за загрязнением атмосферы в городах (см. рис. 3), в

результате чего получается крайне схематичная картина, неадек-

ватная реальному территориальному распределению уровней за-

грязнения.

3-1.3.

Ландшафтная основа экологических карт

Необходимость использования ландшафтно-географической

основы при экологическом картографировании очевидна и обще-

признанна. Менее однозначен вопрос о роли этой основы в про-

цессе исследования и на итоговой карте, что целесообразно раз-

граничивать.

На комплексных экологических картах основное изобразитель-

ное средство — фоновая окраска — используется для показа ланд-

шафтных характеристик: единиц физико-географического райони-

рования, растительности. Антропогенное воздействие передается

менее выразительными изобразительными средствами — оттенка-

ми цветов (балльные оценки преобразованное™ ландшафтов),

контурными, линейными и внемасштабными знаками (распрост-

Рис.

11.

Фрагмент Карты загрязнения природной среды Московской

области

[167] с

ландшафтной основой, присутствующей

неявном виде:

1-3

— кратность суммарных превышений фоновых концентраций тяжелых метал-

лов

почвах:

1 — 10-30; 2 — 30-100; 3 — 100-300; 4-5 —

загрязнение почв

диоксидами:

— значительное;

5 —

большое

ранение отдельных поллютантов, обычно

без

количественных

ха-

рактеристик концентраций).

Если исходить

из

задачи показа геосистем

как

объектов антро-

погенного воздействия

локализации природоохранных меро-

приятий [135],

то

такое распределение изобразительных средств

представляется

не

только оправданным,

но

едва

ли не

единствен-

но возможным. Если

же

исходить

из

задачи картографирования

загрязнения

других экологических проблем,

то

одинаковые уровни

их проявления должны быть изображены одинаково,

вне

зависи-

мости

от

ландшафтного облика территорий.

Это

предполагает иные

приоритеты

при

распределении изобразительных средств.

этом

случае следует использовать наиболее выразительное изобразитель-

ное средство для показа уровней загрязнения. Однако показ с по-

мощью фоновой окраски уровней загрязненности территорий ог-

раничивает возможности их ландшафтной характеристики исполь-

зованием штриховых обозначений. Этими средствами могут быть

переданы только главные черты современного растительного по-

крова: леса (зеленый крап), болота (традиционное обозначение

топографических карт), сельскохозяйственные земли (отсутствие

штриховых обозначений).

Использование ландшафтно-географической основы в экологичес-

ком картографировании двоякое:

• для территориальной привязки характеристик загрязнен-

ности;

• для пространственной интерпретации дискретных величин.

В первом случае элементы ландшафтной характеристики вы-

полняют роль общегеографической основы тематической карты и

потому закономерно сливаются с ней, присутствуя на карте в яв-

ном виде.

Во втором случае роль ландшафтной характеристики значи-

тельно сложнее. Характеристика техногенной нагрузки на карте

всегда основывается на выборочных данных. Их репрезентативность

зависит от того, является ли данная выборка случайной, система-

тической или районированной. Единицы ландшафтного райони-

рования, различающиеся по условиям транспортировки, депони-

рования и деконцентрации поллютантов, являются теми простран-

ственными ячейками, тщательный учет которых необходим как

при размещении точек опробования, так и при интерполяции ха-

рактеристик между ними.

Использование в процессе создания экологической карты де-

тальной ландшафтной основы в качестве рабочего инструмента не

означает необходимости ее подробного показа на итоговой карте,

так как это привело бы к ее перегрузке. Элементы ландшафтов,

которые оказывают влияние на экологическую обстановку, долж-

ны находить отражение в ее характеристиках. Если природные и

техногенные ландшафты (поймы, террасы, склоны и водоразде-

лы,

залесенные и незалесенные, заболоченные и незаболоченные

местности в естественных ландшафтах; селитебные, промышлен-

ные,

транспортные и т.д. зоны в урбанизированных ландшафтах)

отличаются друг от друга по условиям аккумуляции загрязнений и

самоочищения от них, то они должны находить отражение в рас-

пределении уровней загрязнения. Границы участков с его разными

уровнями во многих случаях совпадают с контурами ландшафтов и

угодий. Поэтому на хорошо составленной карте, характеризующей

загрязнение, детальная ландшафтная основа должна присутство-

вать в неявном виде, как контуры территорий с разными уровня-

ми концентрации поллютантов.

3.1.4.

Показатели экологического

картографирования и их репрезентативность

Исследования природных объектов практически всегда имеют

выборочный характер. Поэтому их результаты бывают корректны

настолько, насколько удается обеспечить репрезентативность, т.е.

отображение в выборке всех свойств полной совокупности [163].

Обеспечение репрезентативности включает в себя метрологичес-

кие и методические аспекты.

Метрологические аспекты репрезентативности. Они ка-

саются непосредственного получения показателей путем наблюде-

ний и измерений. Наблюдения и измерения в интересах экологи-

ческого картографирования, как и любые другие, должны отве-

чать классическим общенаучным требованиям: быть точными,

сравнимыми и воспроизводимыми [115], что является предметом

регламентации ГОСТов, методических руководств и иных норма-

тивных документов. Вопросы регламентации измерений в наиболь-

шей степени разработаны для контроля загрязнения атмосферы

[46, 47, 92, 128, 129, 143], гидросферы [45] и систем водоснабже-

ния [ИЗ], где строго закреплены методы отбора, анализа проб и

представления результатов. В меньшей степени стандартизировано

определение характеристик, относящихся к педосфере [44, 48, 94]

и состоянию здоровья населения [26, 149]: методы отбора проб и

получения количественных характеристик закреплены на уровне

ГОСТов. Методы обработки данных и получения обобщающих ха-

рактеристик разработаны теоретически и в значительных масшта-

бах опробованы на практике, но не закреплены в государственных

нормативных документах, и вследствие этого имеются различия в

способах обработки и представления данных [85]. Не регламенти-

рованы находящиеся в стадии разработки методы определения

показателей, относящихся к биосфере [56, 95], а также приемы

межингредиентной и межкомпонентной интеграции (см. ниже).

Методические аспекты репрезентативности. Они касают-

ся возможностей использования элементарных и интегрирован-

ных показателей в качестве характеристик степени трансформи-

рованное™ геосистем. Сложность, синтетичность данного поня-

тия исключает, по крайней мере в обозримой перспективе, де-

тальную регламентацию этой составляющей репрезентативности.

Значимость показателей экологической обстановки в принципе

может быть экспериментально определена путем синхронного от-

слеживания геофизических, геохимических и биологических ха-

рактеристик ландшафтов, путем дополнения выполняемых на ста-

ционарах детальных ландшафтно-динамических исследований [15,

86], определением концентраций возможно более широкого круга

поллютантов в аэро-, фито-, морт-, педо- и гидромассах, в том

числе по разным геогоризонтам, с последующей статистической

обработкой результатов и анализом взаимосвязей. Альтернативой

такому подходу может быть использование общенаучного принци-

па «черного ящика»: контроль входных (определение количеств пол-

лютантов по компонентам среды) и выходных (продуктивность

экосистем, состояние здоровья населения) параметров, а также

связей между ними.

Методические аспекты репрезентативности включают в себя

также выбор точки пространства и момента времени для проведе-

ния наблюдений и измерений. Цель выбора — обеспечение типич-

ности результатов, поскольку «если практические выводы распро-

страняются на площади, то научные привязаны к точке» [5, с. 167],

причем данное положение может быть распространено и на время.

Для обеспечения пространственной составляющей репрезен-

тативности показателей экологического картографирования боль-

шое значение имеет идея Ю. К. Ефремова [59] и Д. Л. Арманда [5] об

очагировании ландшафтов, или о выделении в них ядер типично-

сти.

Данная идея вполне приложима не только к природным, но и

к техногенным ландшафтам. Ядра типичности могут быть выделе-

ны и внутри городов, районов, микрорайонов и т.д., а также агро-

ландшафтов.

Типичные точки желательно выбирать при проведении поле-

вых маршрутов. В первом приближении типичность может быть

оценена по внешним (физиономическим) особенностям ландшаф-

та, однако для большей точности целесообразно рассматривать

типичность по компонентам среды. При этом признаки типичнос-

ти достаточно субъективны и регламентации не поддаются. Вполне

очевидна предпочтительность определения показателей именно в

ядрах типичности ландшафтов любого происхождения и ранга, с

последующим распространением результатов на соответствующую

территориальную единицу.

Временная составляющая репрезентативности изучена в мень-

шей степени. В практике организации мониторинга пока преоб-

ладает ориентация на стандартизированные моменты времени и

«круглые» цифры интервалов опробования. Такая организация на-

блюдений сложилась исторически и сыграла большую роль в обес-

печении сопоставимости результатов, но в настоящее время при-

шла в противоречие с достигнутым уровнем исследования дина-

мики ландшафтов. Каждый процесс и явление в ландшафте

характеризуются своей временной структурой, из чего складыва-

ются состояния природно-территориальных комплексов разной

продолжительности [19], сказывающиеся в том числе и на устой-

чивости ландшафтов к антропогенным воздействием и, следова-

тельно, на характеристиках экологической обстановки. Поэтому

определение характеристик динамичных геокомпонентов в стан-

дартные сроки (если таковые установлены) целесообразно допол-

нять наблюдениями (измерениями, опробованием) в типичные

моменты природных и производственных циклов. Однако на прак-

тике,

к сожалению, в рамках существующей организации контро-

ля загрязнения атмосферы [128] с отбором проб в стандартные

сроки 7, 13, 19 или 1, 7, 13, 19 часов по местному времени оста-

ются ^охарактеризованными наиболее резко выраженные на ав-

томагистралях утренние часы «пик». Более того, все указанные сроки

приходятся на часы, когда большинство предприятий, работаю-

щих в одну смену, не функционируют.

Учет в сроках наблюдений ритмики природных процессов наи-

более важен при изучении фоновых характеристик и динамики

вещественно-энергетических потоков. Необходимость учета про-

изводственных циклов выходит на первый план при практическом

картографировании, особенно в районах с высокой антропоген-

ной нагрузкой.

3.1.5-

Интеграция показателей экологического

картографирования

Элементарные показатели характеризуют состояние одного

компонента среды, в одной точке, по одному из параметров, в

единичный момент времени. Их примерами могут быть:

• данные замеров концентрации поллютантов и уровней фи-

зических полей (покомпонентно-поингредиентные показа-

тели);

• мощности илистых образований и величины смыва почв;

• случаи заболеваний;

• оценки состояния единичных биологических объектов и др.

За исключением экстремальных значений (как правило,

впоследствии многократно перепроверяемых), отдельные элемен-

гарные показатели практически не уменьшают степень неопреде-

ленности экологической обстановки и, следовательно, с точки

зрения потребителей сведений, не являются информативными.

Требуемый уровень информативности достигается путем интегра-

ции показателей, которая осуществляется в несколько приемов.

Методологическая основа интеграции — квалиметрический прин-

цип [2], согласно которому любое свойство качества определяется

двумя числовыми параметрами: относительным показателем и ве-

сомостью. При этом относительными показателями являются кон-

центрации поллютантов, уровни физических полей, нормирован-

ные на ПДК, ПДУ либо на характеристики природного фона. По-

казатели весомости учитываются на всех иерархических уровнях

интеграции. Их роль выполняют: период осреднения, класс опас-

ности поллютанта, относительная значимость компонента окру-

жающей среды.

• Временная интеграция представляет собой рутинную опера-

цию осреднения показателей, а также получения характеристик

изменчивости и распределения, что может проводиться как для

отдельных точек и линий, так и для территориальных единиц.

Элементарные показатели, относящиеся к депонирующим ком-

понентам среды, характеризуют экологическую обстановку за не-

который интервал времени: весь период антропогенного воздей-

ствия (почвы, донные отложения), ряд лет (кора, древесные тка-

ни).

Элементарные показатели депонирующих компонентов среды

первично интегрированны во временном отношении, т.е. данный

вид интеграции не неизбежен.

• Территориальная интеграция, т.е. переход от элементарных

показателей к средним величинам, характеристикам изменчивос-

ти и распределения в пределах некоторой территории, также одна

из наиболее распространенных, традиционных операций и осуще-

ствляется с соблюдением общепринятых процедур по обеспече-

нию репрезентативности: упорядоченного размещения точек, фор-

мирования и обработки статистически значимых выборок.

Данный вид интеграции осуществляется в пределах территори-

альных единиц, избранных для картографирования в определенных

масштабах, и, следовательно, выполняется после районирования.

Территориальная интеграция, как и временная, широко распрост-

ранена, но это не неизбежная операция. Характеристики, получен-

ные с помощью дистанционных методов исследования, могут отно-

ситься непосредственно к контурам и, следовательно, быть первич-

но интегрированными в пространственном отношении.

• Территориальная и временная интеграция показателей эко-

логического картографирования принципиально не отличается от

подобных процедур в других областях тематического картографи-

рования. Результаты временной и территориальной интеграции —

элементарно обобщенные показатели. Они характеризуют состоя-

ние среды по одному из параметров (аналогичных приведенным

выше) за определенный период осреднения, в точке или в преде-

лах избранной для картографирования территориальной единицы.

От элементарно обобщенных показателей по характеру последую-

щего использования принципиально не отличаются первично-ин-

тегрированные показатели, непосредственно относящиеся к еди-

ницам площади и интервалам времени.

• Межингредиентная интеграция осуществляется с целью по-

лучения более или менее полной локальной характеристики со-

стояния одного из компонентов среды. Элементарные или обоб-

щенные в пространственном и временном отношении показатели

интегрируются в обобщающие показатели через получение отно-

сительных величин (нормированных на гигиенические или эколо-

гические нормативы — ПДК, ПДУ, фоновые характеристики) и

арифметические действия с ними. Примерами межингредиентно-

интегрированных показателей служат: комплексный индекс за-

грязнения атмосферы (ИЗА), индекс загрязнения воды (ИЗВ), сум-

марный показатель загрязнения почвы Z

, интегральные коэффи-

циенты сохранности (ИКС) биоразнообразия [151].

• Межкомпонентная интеграция, так же как и предшествую-

щая ей межингредиентная, может осуществляться безотноситель-

но к территориальным рамкам. При разнообразии размерностей

показателей состояния отдельных компонентов среды их интегра-

ция не может не носить оценочного характера. Объектом оценки

при этом является относительная значимость отдельных компо-

нентов среды; субъектом оценки — человек, иной биологический

вид, экосистема. Ключом к комплексной оценке состояния среды

служит определение относительной значимости ее отдельных ком-

понентов для здоровья человека (при антропоцентрическом под-

ходе) или устойчивости отдельных видов и экосистем в целом (при

биоцентрическом подходе). Основные методы определения весо-

мости отдельных свойств качества рассмотрены в разделе

1.2.3.

Получаемые на основе стоимостного, экспертного, вероятно-

стного и смешанного методов интегральные (суммарные) оценки

еще не могут рассматриваться как комплексные, так как комплекс-

ность предполагает учет не только совокупности, но и взаимосвя-

зей компонентов среды согласно аксиомы эмерджентности [124].