Методы оценки изменения основных компонентов ландшафта в результате хозяйственной деятельности

Методы оценки изменения основных компонентов ландшафта в результате хозяйственной деятельности

Результаты исследований указывают на необходимость ретроспективного анализа состояния природных и культурных ландшафтов и долгосрочного прогноза ожидаемых последствий воздействия на них различных мелиоративных мероприятий. Предложена система интегральных показателей, с помощью которой можно не только описать изменение состояние основных компонентов ландшафта в результате развития мелиорации земель, но и обосновать комплекс мелиоративных мероприятий по обеспечению эффективного использования природных ресурсов.

Природообустройство существенно расширило сферу мелиорации сельскохозяйственных земель, включив в нее всю деятельность по использованию, охране и управлению природными ресурсами и системами. «Появление природообустройства, как деятельности, было подготовлено всей историей взаимодействия человека и природы и свидетельствовало о диалектическом развитии философии целостного восприятия мира, философии, которая видит решение проблемы сосуществования человека и природы в единственно правильном направлении — вне всяких границ: политических, экономических, экологических и др.» [1]. Необходимо отметить, что такая постановка проблемы в наибольшей степени отвечает принципам «Sustanaible development» и требует комплексного изучения фундаментальных понятий о природной среде, которая представляет собой единую организованную систему (ландшафт), состоящую из ряда взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентов (приземный слой атмосферы, растительный и животный мир, почва, подземные и поверхностные воды). К сожалению, при решении вопросов природопользования это обстоятельство практически не принималось во внимание. Улучшение отдельных компонентов природных систем (почвы, биологических и водных ресурсов и др.) и тем более отдельных факторов (водного, солевого и других балансов), как показала практика, было недостаточно для решения проблемы рационального использования природных ресурсов. Изменение одного из балансов или из компонентов ландшафта неизбежно ведет к нарушению процессов массо — и энергообмена внутри системы и изменению состояния других компонентов и природной системы в целом, о чем свидетельствует следующая зависимость [2]:

.

где — интегральный показатель оценки состояния и изменения природных систем (ландшафта) в результате хозяйственной деятельности; - число компонентов природных систем (почва, водные ресурсы, растительность, атмосферный воздух и животный мир); - норматив состояния компонента ландшафта; - весовой коэффициент, отражающий относительную роль компонента в функционировании природных систем (для почвы он равен 1; для водных ресурсов — 0,95; для растительности — 0,50; для атмосферного воздуха — 0,45; для животного мира — 0,32).

При обосновании различных видов мелиораций природную систему не рассматривали как целостную систему, состоящую из ряда взаимосвязанных и взаимообусловленных компонентов, поэтому из поля зрения выпадали основные свойства ландшафтов и их изменение в процессе деятельности (открытость, структура, целостность, функционирование и др.), а, следовательно, и причинно-следственные связи (причина — процесс — следствие) [3]. В связи с этим, планируемые мероприятия предусматривали по существу не ликвидацию причин, а борьбу со следствиями, что во многих случаях только ухудшало экологическую ситуацию в сельском хозяйстве.

Следовательно, объектами природообустройства должны быть не отдельные элементы природной среды (приземный слой атмосферы, растительный и животный мир, почва, подземные и поверхностные воды) и даже не отдельные территории, а ландшафты, представляющие собой целостные природные системы [4].

Все это указывает на необходимость разработки системы интегральных показателей, с помощью которых можно описать состояние основных компонентов природной системы, обосновать систему мелиоративных мероприятий по обеспечению эффективного использования природных ресурсов и оценить их экономическую эффективность.

В процессе исследований использован социоприродный подход к анализу природных и хозяйственных процессов, позволяющий описать состояние основных компонентов.

Интегральные показатели должны быть [2,3]:

универсальными, что позволит с их помощью характеризовать основные свойства и состояние компонентов агроландшафта;

экологически обобщенными, что позволит передавать все свойства данного компонента, которые наиболее существенны для связи с другими компонентами;

содержательно обусловленными, что позволит отразить особенности различных природно-климатических зон;

интегральными с точки зрения экологии, экономики и управления, т. е. должны позволять оценивать агроландшафты как техно-природную систему;

ограничены в количественном плане, чтобы не применять слишком сложные модели для характеристики динамики состояния агроландшафта в условиях хозяйственной деятельности.

Одним из основных и динамичных компонентом природной среды (агроландшафта) является приземный слой атмосферного воздуха. Объясняется это тем, что циркуляция атмосферы является главным климатическим фактором, определяющим тепло — и влагообеспеченность агроландшафтов, перенос загрязняющих веществ, поступающих в результате техногенных выбросов, и ветровую эрозию (дефляцию) почв. А тепло — и влагообеспеченность, в свою очередь, определяет условия формирования теплового и водного балансов, биоразнообразие, биопродуктивность, тип зональных почв и направленность природных процессов [3].

В качестве интегрального критерия оценки изменения средообразующих факторов в результате проведения мелиорации земель можно использовать гидротермический режим, характеризующий тепло — и влагообеспеченность растений и учитывающий природно-климатические и хозяйственные условия («индекс сухости» Будыко) [5]:

.

где — радиационный баланс деятельной поверхности, в год; - скрытая теплота парообразования,; - годовая величина атмосферных осадков за вычетом поверхностного стока.

Необходимо отметить, что интегральный показатель анализа и оценки состояния приземного слоя атмосферы дает представление о балансе тепла и влаги, позволяет оценить тип водного и солевого режимов почв, интенсивность биологических процессов, выявить основные факторы, лимитирующие плодородие почв, и учесть хозяйственную деятельность (орошение земель) на формирование гидротермических условий:

.

где: — индекс сухости в условиях антропогенного воздействия (при проведении мелиорации земель), , — дополнительное количество влаги, полученное за счет применения комплекса мероприятий (например, агролесотехнических, гидротехнических),; - альбедо поверхности в естественных и в измененных хозяйственной деятельностью условиях, %.

Учитывая то обстоятельство, что почвы являются не только компонентом природной среды, но и средством производства и объектом приложения труда, необходимо рассматривать две функции почв — экологическую и социально-экономическую [3, 6].

Экологическая функция почв определяется их природным (естественным) плодородием, то есть наличием запасов гумуса, поскольку гумус является основой всех водно-физических и физико-химических свойств почв, делающих почву мощным биогеохимическим барьером, регулирующим взаимосвязь между биологическим и геологическим круговоротами.

Социально-экономическая функция почв определяется экономическим плодородием (продуктивностью), которое зависит от применения агротехнических, агрохимических, гидротехнических и других видов мелиораций, то есть хозяйственных факторов (внесение удобрений, химических мелиорантов, регулирование теплового, водного, химического и других режимов почв) [6,7].

В основу оценки основных функций почв (экологических и экономических) положены запасы и состав гумуса (гуминовый и фульватный гумус), запасы основных элементов минерального питания (азот, фосфор, калий) и кислотно-щелочные показатели (рН и гидролитическая кислотность), а в качестве интегрального показателя оценки плодородия почвы можно использовать «индекс почвы» [2]:

где — запасы, соответственно, гуматного и фульфатного гумуса, т/га; - наличие элементов минерального питания (азот, фосфор, калий), в долях от максимального их содержания; - гидролитическая кислотность, мг-экв/100г; - коэффициент, равный 6,4 га/т; - коэффициент, равный 4 мг-экв/100г.

Роль растительности в агроландшафтах как единственного источника органического вещества и энергии для подавляющего большинства животных чрезвычайно велика. Растения синтезируют органическое вещество, используя для этого солнечную энергию, углекислый газ и минеральные вещества почвы, и являются основой экологической пирамиды, то есть существования биосферы.

Интегральными показателями, характеризующими роль растительности в формировании и функционировании природных систем (агроландшафтов), являются биоразнообразие, биопродуктивность и общие запасы органического вещества, зависящие от гидротермического режима, системы земледелия и применяемых видов мелиораций, включая мелиорацию земель [5,8].

Общие запасы биомассы (органического вещества) характеризуют биологический круговорот и существенно различаются по природно-климатическим зонам [9].

Биоразнообразие определяется соотношением интенсивно используемых земель (пашня, населенные пункты, промзоны) и общей площади агроландшафта [8, 10,11]:

.

где — интегральный показатель оценки состояния биоразнообразия растительности; - площадь интенсивно используемых земель, га; - общая площадь агроландшафта, га.

Биологическая продуктивность природных и культурных ландшафтов является соответственно ежегодный прирост биомассы (природные ландшафты) и урожайность сельскохозяйственных культур.

Интегральным показателем оценки состояния животного мира, как одного из компонентов природной среды, служит коэффициент биоразнообразия [12]:

.

где К_ж — интегральный показатель состояния животного мира (изменение коэффициента биоразнообразия); С — зональный коэффициент биоразнообразия; Б_о и Б_t — общие запасы биомассы в агроландшафтах на начало и конец расчетного периода, т/га.

Интегральными критериями для оценки состояния поверхностных и подземных вод являются лимиты водопотребления, режим и качество вод, которые определяются интенсивностью поверхностного стока, интенсивностью и направленностью водообмена между почвами и грунтовыми водами и поступлением загрязненных веществ с сельскохозяйственных угодий.

Признание обществом природообустройства основным видом хозяйственной деятельности требует оценки изменения состояния природной системы (агроландшафта) в целом и стабильности сельскохозяйственного производства.

В качестве интегрального критерия оценки состояния агроландшафта можно отнести коэффициент экологической стабильности, характеризующий способность ландшафтов сохранять свои основные свойства (целостность, функционирование и динамику) при внешних воздействиях и учитывающий структуру биотических и абиотических элементов ландшафта, их экологическую значимость [13]:

.

где К_с — коэффициент экологической устойчивости ландшафта, в долях от единицы; - площадь биотического (абиотического) элемента, входящего в состав ландшафта, в % от общей площади системы; - коэффициент, характеризующий относительную экологическую значимость биотического (абиотического) элемента (хвойные леса — 0,38; луга — 0,62; хвойные и широколиственные леса — 0,63; болота, водоемы и водотоки — 0,79; лиственные леса — 1,0; пашня — 0,14; населенные пункты — 1,0; промышленные зоны — 2,0); - коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа (= 1 — стабильный; = 0,7 — нестабильный, например рельеф песков, склонов, оползней); - площадь рассматриваемого ландшафта. Оценку экологической стабильности ландшафтов проводят в соответствии со следующей шкалой: 0,33 — нестабильный; 0,34−0,50 — малостабильный; 0,51−0,66 — среднестабильный и > 0,66 — стабильный.

Заключение

• 1. Развитие комплексных мелиораций земель сельскохозяйственного назначения невозможно без оценки изменения состояния основных компонентов ландшафта в результате хозяйственной деятельности.
• 2. Предложена система интегральных показателей, с помощью которой можно не только описать изменение состояние основных компонентов ландшафта в результате развития мелиорации земель, но и обосновать комплекс мелиоративных мероприятий по обеспечению эффективного использования природных ресурсов.

природный ландшафт мелиоративное мероприятие.

Библиографический список

• 1. Айдаров И. П., Гумбаров А. Д., Ольгаренко В. И. Первый учебник по природообустройству. Доклады РАСХН, 2003, N2.
• 2. Пегов С. А., Хомяков П. М. Моделирование развития экологических систем. Л.: Гидрометеоиздат, 1991.
• 3. Айдаров И. П. Комплексное обустройство земель. Монография. — М.: МГУП, 2007.
• 4. Голованов А. И., Сурикова Т. И., Сухарев Ю. И., Зимин Ф. М. Природообустройство, М.: КолосС, 2008.
• 5. Будыко М. И. Глобальная экология. М.: Мысль, 1977.
• 6. Структурно-функциональная роль почвы в биосфере. М.: ГЕОС, 1999.
• 7. Булгаков Д. С. Агроклиматическая оценка пахотных почв. — М., 2002.
• 8. Айдаров И. П. Перспективы развития комплексных мелиораций в России. М.: МГУП, 2004.
• 9. Ковда В. А. Основы учения о почвах. Том 2.М., Наука, 1973.
• 10. Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1987.
• 11. Реймерс Н. Ф. Экология. Теория, законы, правила, принципы и гипотезы. М.: Россия молодая, 1994.
• 12. Методика определения предотвращенного экологического ущерба. М.: Госкомприрода, 1999.
• 13. Агроэкология. М.: Колос, 2000.