Количественная оценка антропогенной трансформации геосистем

Понятие «антропогенная нагрузка», несмотря на его широкое использование в научной литературе, не имеет точного определения. Обычно под ним интуитивно понимается некоторая мера воздействия на природный комплекс или отдельные его компоненты. Для того чтобы представление об антропогенной нагрузке приобрело строгий научный смысл, оно должно быть выражено в количественных показателях. А.Г. Исаченко предлагает использовать в этих целях натуральные показатели. «Очевидно, пишет он, всякому конкретному антропогенному фактору должна отвечать своя мера нагрузки, например охотничье-промысловому воздействию – ежегодные размеры отстрела промысловых животных, рекреационному -- как минимум численность отдыхающих и продолжительность рекреационных занятий, отраслям промышленности – количество и состав вредных отходов и т. д. В каждом случае нагрузка может быть выражена как в абсолютных, так и в относительных показателях. Как правило, для эколого-географического анализа предпочтительнее второй вариант — в форме удельной нагрузки (или ее плотности), отнесенной к единице площади».

Однако, ландшафты и региональные системы более высоких уровней, как правило, одновременно подвергаются многообразным антропогенным нагрузкам, сложно сочетающимся во времени и пространстве. Поэтому применение какого-либо одного показателя для оценки нагрузки и трансформации ландшафта явно недостаточно. В этих случаях возникает проблема оценки интегральной нагрузки, которая не может основываться на каком-либо едином натуральном показателе.

Основными показателями, предлагаемыми различными авторами для оценки этой нагрузки и трансформации ландшафта, являются:

– соотношение различных видов использования земель;

В качестве показателя комплексной нагрузки на ландшафт А.Г. Исаченко предлагает использовать плотность населения. С изменением плотности населения, как правило, согласуется уровень хозяйственной освоенности территории, интенсивность хозяйственной деятельности и различных форм антропогенного воздействия на ландшафты. Увеличение населения влечёт за собой рост потребления различных природных ресурсов (например, водных, рекреационных), автомобильного парка, количество коммунально-бытовых отходов и т. д.

Для оценки степени нарушенности (освоенности) рекомендуются следующие уровни градации данного показателя (Б.В. Кочуров, 1997):

1. Территории с плотностью населения менее 1 чел./кв. км (малоосвоенные земли с преобладанием естественных ландшафтов);

2. Территории с плотностью населения 1-200 чел./кв. км (земли сосредней интенсивностью использования, при преобладании одного вида использования);

3. Территории с плотностью 200-1000 чел./кв. км (интенсивно освоенные земли, с преобладанием антропогенных ландшафтов);

4. Территории с плотностью населения более 1000 чел./кв.км (преимущественно урбанизированные ландшафты).

При оценке трансформации ландшафтов по соотношению различных видов использования земель используют преимущественно балльные (полуколичественные) оценки. Их сущность состоит в том, что каждому виду использования земель в пределах какой-либо геосистемы присваивается определённый балл в зависимости от глубины нарушения природной среды этим видом использования, а затем, используя эти баллы, а также показатели удельных площадей, подверженных тем или иным видами использования, выводится показатель, отражающий степень трансформации ландшафта в целом.

Коэффициент антропогенной преобразованности (К_ап) П.И. Шищенко позволяет определить степень антропогенной преобразованности ландшафта по следующей методике. Каждый вид природопользования имеет свой ранг преобразованности (r): охраняемые территории – 1; леса – 2; болота и заболоченные земли – 3; луга – 4; сады – 5; пашня – 6; сельскохозяйственная застройка – 7; городская застройка – 8; водохранилища, каналы – 9; земли промышленного использования – 10. Экспертным методом устанавливается вес каждого вида природопользования в суммарной преобразованности региона. Принят индекс глубины преобразованности (g): охраняемые территории – 1; леса – 1,05; болота, заболоченные земли – 1,1; луга – 1,15; сады, виноградники – 1,2; пашня – 1,25; сельскохозяйственные застройки – 1,3; городские застройки – 1,35; водохранилища – 1,4; земли промышленного использования – 1,5.

Учитывая эти величины, коэффициент антропогенной преобразованности вычисляется по формуле:

где r_i – ранг антропогенной преобразованности ландшафта i -го вида природопользования; p_i – площадь территории с данным рангом преобразованности (% от всей территории); q_i – индекс глубины преобразованности ландшафта. Исходя из значений Кап выделяют 5 степеней изменности ландшафтов: очень слабоизмененные (К_ап = 2,00–3,80); слабоизмененные (3,81–5,30); среднеизмененные (5,31–6,50); сильноизмененные (6,51–7,50); очень сильноизмененные (более 7,51).

Коэффициент экологической стабильности рассчитывался по формуле

где s_i – удельная площадь вида землепользования; k_i – экологическая значимость этого вида землепользования (частный коэффициент стабильности); g – коэффициент геолого-геоморфологической устойчивости рельефа. Значения частного коэффициента стабильности стабильных элементов: лиственные леса - 1,0, хвойно-широколиственные леса - 0,63, хвойные леса - 0,38; водоемы - 0,79; пастбища - 0,68; сенокосные луга - 0,62; многолетние насаждения: сады - 0,43, хмельники - 0,29; лесополосы - 0,38; мало- и нестабильных элементов: пашни - 0,14; земли застройки, под дорогами, деградированные и прочие - 0,00; коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа может принимать значения 1,0 – стабильный и 0,7 - нестабильный. К нестабильным рельефам отнесены склоны покатые более 20 и сильнопокатые более 40, а также овраги и балки со сложной фациальной дифференциацией. Стабильность ландшафта оценивают по следующей шкале: К_с менее 0,33 – очень низкая; К_с = 0,34–50 – низкая; К_с = 0,51–0,66 – средняя; К_с = 0,67–1 – высокая. В случае отрицательного значения Кс данный ландшафт рассматривается как источник нестабильности более крупных территорий.

Геоэкологический коэффициент рассчитывался по формуле

где С_р – % площади ненарушенных (коренных) геосистем на той или иной территории, в ландшафтном районе, ландшафте; С_д – % предельно допустимой площади ненарушенных (коренных) геосистем. На основе имеющихся экспертных оценок предельно допустимая площадь естественных геосистем (С_д) в зонах арктических пустынь и тундр составляет 98 %, в северной половине тайги и горных районах – 80 %, в зоне южной тайги – 50 %, в зоне широколиственных лесов и лесостепи 30 %, в зоне степей 35 %. По значениям К_г оценивается состояние ландшафта в следующих градациях: удовлетворительное – более 1,5; напряженное – 1,1–1,5; критическое – 0,9–1,1; кризисное – 0,5–0,9; катастрофическое – менее 0,50.

Степень гемеробности – это интегральная мера воздействия всех антропогенных факторов на экосистемы. Индекс хемеробности оценивает степень антропогенной трансформации ландшафта, отражает антропогенное воздействие как на растительность, так и на ландшафт в целом и может рассчитываться по формуле

где S_h – удельная площадь ареала со степенью гемеробности h; m – число степеней гемеробности; h – степень гемеробности.

Гемеробность – это окультуренность ландшафта. Её степень показывает, насколько данная экосистема изменена по сравнению с естественным состоянием. Степень гемеробности ландшафтов также используется для классификации естественных и преобразованных ландшафтов. Для расположения единиц растительности по шкале гемеробности используются следующие критерии: 1) доля терофитов; 2) доля неофитов; 3) утрата видов естественной флоры (таблица). Помимо этого учитываются общие признаки изменения почвы и экосистемы. Зная степень гемеробности отдельных растительных сообществ в пределах ландшафта по приведённой выше формуле можно определить степень гемеробности ландшафта в целом.

Таблица – Характеристика степеней гемеробности

Балл геме-роб-ности	Степень гемеробности	Экосистемы	Антропогенные воздействия	Флора	Изменения почвы и местообитания в целом
Доля неофитов, %	Доля терофитов, %
	Агемеробная	Ненарушенные скалистые, болотные, тундровые области	Отсутствуют		< 20	Без изменения
	Олигогемеробная	Леса с незначительным лесохозяйственным уходом или слабым выпасом, растущие дюны, развивающиеся низинные и верховые болота	Незначительное изъятие древесины, выпас, воздействие загрязнений воздуха и воды (затопление поймы эвтрофной водой)	< 5	< 20	Незначительное изменение поступления питательных веществ
	Мезогемеробная	Насаждения чуждых данному местообитанию пород деревьев с развитым кустарниковым и травяным ярусами, пустоши, суходольные и млопродуктивные луга, ландшафтные парки, экстенсивно используемые луга и пастбища	Раскорчевка, распашка, сплошные рубки, использование подстилки, снятие дернины, слабое удобрение	5-12	< 20	Незначительное изменение поступления питательных веществ, воды или кислорода, эвтрофизация
	β-эвгеме-робная	Интенсивно используемые пастбища, луга и леса, декоративные (богатые видами) газоны	Удобрение, известкование, применение биоцидов, небольшой дренаж	13-17	21-30	Повышенное поступление питательных веществ при изменении под влиянием рН их доступности, изменение поступления воды или кислорода, отсутствие подстилки
	α-эвгеме-робная	Сельскохозяйственные угодья с типичной развитой флорой сорняков, сеяные луга с сорняками-однолетниками, декоративные газоны с сорняками-однолетниками, интенсивно используемые леса со слабо развитым травяным ярусом	Выравнивание почвы, регулярная вспашка, умеренное внесение минеральных удобрений	13-17	30-40	См. выше, кроме того нарушение пахотного слоя, изменение пронизанности корнями верхних горизонтов
	Поля орошения	Интенсивное орошение сточными водами	18-22	30-40	Сильно возросшее поступление и вынос воды и питательных веществ при пониженной вентиляции
	Полигемеробная	Специальные культуры (например, фрукты, виноград, декоративные газоны или полевые культуры с высокоспециализированной сегетальной флорой, мусорнеы свалки, отвалы, кучи щебня (только первые годы после возникновения, затем переход в стадию α-эвгемероб-ности)	Глубокая или плантажная вспашка, постоянное и глубокое осушение и (или) интенсивное орошение, интенсивное удобрение и использование биоцидов, полное уничтожение биоценоза с одновременным занятием экотопа чужеродным материалом	18-22	> 40	Сильно возросшее поступление и вынос питательных веществ при зависящем от окислительновосстановительного потенциала уменьшении их доступности, высокая пронизанность подпочвы корнями, повышенное поступление кислорода и воды, изменение свойств местообитаний, перемешивание почвы с антропогенным материалом
	Частично застроенные площади (например, асфальтированные дороги, железнодорожные насыпи из щебня)	Биоценозы сильно обеднены, биотоп постоянно подвержен сильному изменению	> 23	> 40	Уменьшение пронизанности почвы корнями и вентиляции, отсутствие подстилки и аккумулятивного горизонта
	Метагемеробная	Отравленные экосистемы, полностью застроенные экосистемы	Биоценозы уничтожены	–	–	Преобладание вредных веществ, отсутствие корнеобитаемой толщи

Исследования степени гемеробности ландшафтов дают ценные данные с природоохранной точки зрения. Например, агемеробные и олигогемеробные территории представляют собой земли, максимально заслуживающие охраны. Создание карт гемеробности городов позволит выделить нуждающиеся в охране биотопы, а также районы. нуждающиеся в более интенсивном озеленении. Определение степени гемеробности экосистем основано на точном знании природы и динамики систем на ценотическом и ландшафтно-экологическом уровне и имеет большую практическую ценность при планировании ландшафта, его преобразования и охраны.

Балльные шкалы также используют в качестве интегрального показателя при учете нескольких разнокачественных параметров. Н.В. Гагина (2005) для оценки и картографирования антропогенного воздействия на окружающую среду Минской области использовала интегральный показатель, определяемый на основе расчета балльных значений пяти комплексных показателей (преобразованности территории по Кочурову, техногенной нагрузки, радиоактивного загрязнения, сельскохозяйственной нагрузки, водо- и лесопользования), фактические значения которых переведены в нормировочные баллы и просуммированы. Значения этих показателей для каждого района затем разделены на 4 группы, соответствующие высокому, повышенному, среднему и низкому уровню антропогенной нагрузки.

При оценке трансформации ландшафтов по локальным ареалам экологических проблем методика исследования следующая. В пределах оцениваемого ландшафта (либо любой другой геосистемы) выделяется набор экологических проблем, проявляющихся на его территории (например, осушение, выпас, химическое загрязнение почв и т.д.). Ареал проявления каждой проблемы оконтуривается. Все категории остроты экологической ситуации оцениваются в баллах (например, от 1 в случае наличия только начальных признаков проявления до 6 в случае наиболее острого, глубокого проявления данной проблемы). Таким образом, исследователь имеет информацию об ареалах, на которых проявляется каждая экологическая проблема и о степени её остроты в каждой ареале. Затем с учётом этих данных вычисляется степень трансформированности всег ландшафта по формуле:

где Т – индекс трансформации ландшафта, s – ареал выявления i-ой экологической проблемы, р – степень проявления (в баллах) i-ой экологической проблемы, S – площадь всего ландшафта.