4.1 Ландшафтно-географические исследования с использованием электронных карт и математических расчетов экологической напряженности территории

4.1.1 Характеристика экологического равновесия природно-техногенной среды и понятия «состояние»

Экологическое равновесие – это динамическое состояние природной среды, при котором она устойчиво функционирует, т.е. улучшает качество жизни людей, сохраняя при этом потенциальную емкость экосистем, обеспечивающих жизнь. При этом основными функциями природной среды будут функции самовосстановления и самоочищения. Экологическое равновесие ПТС сохраняется при допустимых антропогенных нагрузках, не превышающих емкость территории. Емкость территории – это количественно выраженная способность ландшафта удовлетворять потребности населения данной территории без нарушения экологического равновесия. Выделяют потребности в площадях для строительства, в воде, в рекреационных ресурсах и т.п. Показателем, характеризующим потребности населения, является демографическая емкость – максимальное количество жителей, которое может проживать в границах района, при условии обеспечения потребностей населения и сохранения экологического равновесия.

Считается, что территория находится в состоянии полного экологического равновесия, если природная среда обеспечивает воспроизводство своих компонентов, фито- и зоомассы этих территорий сбалансированы и сложившееся биоразнообразие сохранено, степень геохимической активности ландшафтов и степень биохимической активности экосистем соответствуют уровню антропогенного загрязнения, а уровень физической устойчивости ландшафтов соответствует силе техногенных нагрузок, т.е. его преобразованности. Полное экологическое равновесие зависит от климатических и гидрологических условий местности, лесистости, хозяйственного освоения территории.

Характеристиками функционирования природно-техногенной среды, определяющими экологическое равновесие, являются: репродуктивная способность территории, ее экологическая емкость, геохимическая и биохимическая активность, устойчивость территорий к физическим нагрузкам. Эти характеристики выражаются количественными показателями, которые представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Характеристики функционирования ПТС

Показатель	Краткая характеристика
Репродуктивная способность территории	Характеризует способность территории воспроиз­водить основные компоненты природной среды: кислород атмосферного воздуха, воду, почвенно-растительный покров
Экологическая емкость территории	Плотность биомассы представителей животного и растительного мира на единицу территории, с учетом оптимального состава и численности для данного природно-географического района
Геохимическая активность территории	Характеризует способность территории перерабатывать и выводить за свои пределы продукты техногенной деятельности – загрязняющие вещества
Биохимическая активность территории	Обусловлена способностью территории биологически перерабатывать органические загрязнения и нейтрализовать вредные воздействия неорганиче­ских загрязняющих веществ
Устойчивость территории к физическим нагрузкам	Характеризует сопротивляемость ландшафта к физическим антропогенным нагрузкам (воздействие застройки, транспорта, инженерной инфрастуктуры, рекреационных зон и т.п.)

Полное экологическое равновесие освоенных территорий не всегда дости­жимо. Поэтому кроме полного различают условное и относительное экологическое равновесие территорий. При условном экологическом равновесии компоненты природной среды не воспроизводятся в полной мере. При относительном экологическом равновесии не соблюдаются как условия воспроизводимости ком­понентов природной среды, так и условия баланса биомассы; при этом геохимическая, биохимическая активности, а также физическая устойчивость территории соответствуют антропогенным воздействиям.

Приблизить природно-техногенную экосистему к состоянию экологического равновесия можно, увеличивая площади естественных ландшафтов и озелененных территорий города, а также снижая антропогенные нагрузки. Для этого используется комплекс природоохранных мероприятий по снижению негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду.

С развитием урбанизации антропогенные нагрузки на окружающую среду возрастают: повышается плотность населения, разрастаются территории городов и агломераций, возрастает плотность застройки городских территорий и насыщенность их инженерной инфраструктурой, увеличиваются объемы промышленного производства, растет уровень автомобилизации. Все это ведет к обострению экологических проблем природно-техногенной среды.

Антропогенные нагрузки и их последствия в значительной степени определяют состояние современных гео- и экосистем. Понятие «состояние» характеризует прежде всего временной аспект функционирования и развития природных и природно-антропогенных объектов.

Понятие «экологическое состояние» характеризует условия жизнеобитания людей в пределах определенной конкретной территории или акватории. С позиций геоэкологии, важнейшим фактором, формирующим свойства природно-антропогенных гео- и экосистем, выступает хозяйственная деятельность человека. Естественно, что ее последствия в первую очередь определяют условия жизнеобеспечения населения. В связи с этим экологическое состояние гео- и экосистем можно рассматривать как совокупность показателей, характеризующих последствия их антропогенных изменений за определенный более или менее длительный промежуток времени (А. Г. Емельянов, О.А.Тихомиров, 2000).

Характеристика экологического состояния геосистем макрорегионального уровня основана на более общих показателях, причем нередко приходится сталкиваться с недостатком информации и использовать косвенные критерии. А. Г. Исаченко и Г. А. Исаченко (1995) выделяют две категории таких критериев преобразованности природных систем.

Характеризуя первую категорию показателей антропогенных нагрузок в случаях отсутствия прямых данных об экологическом эффекте воздействия различных антропогенных источников, судят о возможных последствиях косвенно, по характеру самого источника. Например, количественный учет структуры вредных атмосферных выбросов конкретных источников загрязнения дает представление о концентрации соответствующих примесей в воздушном бассейне изучаемой территории. Точно так же количество внесенных в почву удобрений и пестицидов позволяет судить о степени загрязнения вод и почв, хотя такое суждение не может заменить прямых наблюдений за содержанием этих ингредиентов в водоемах и миграцией их в природных и природно-антропогенных системах.

Вторая категория критериев характеризует реакцию населения на качество среды обитания. Это, прежде всего, медико-географические показатели, т. е. данные о заболеваемости людей «экологическими» болезнями техногенного происхождения. Разумеется, данные показатели используют с большой осторожностью, так как связи между экологическим состоянием территории и здоровьем населения носят опосредованный (через социальную среду) характер.

Выбор показателей экологического состояния в значительной степени определяется уровнем и соответствующим ему рангом гео- и экосистем.

В связи с этим целесообразно, так же, различать следующие показатели со­стояния гео- и экосистем:

- экологические (геоэкологические);

- санитарно-гигиенические;

- медико-демографические.

К первой группе можно отнести такие показатели, как площади деградированных земель, стадии дигрессии пастбищ и рекреационных угодий, площади вырубленных и сгоревших лесов, потеря почвенного плодородия, уменьшение биологической продуктивности биоценозов, степень антропогенного евтрофирования водоемов и др. Во вторую группу входят величины кратности предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в воздухе, водах, почвах, продуктах питания.

Третью группу составляют показатели здоровья населения, детской смертности, генетических нарушений, продолжительности жизни населения.

На региональном уровне широко используются показатели, относящиеся к первой и третьей группам. В качестве операционных территориальных единиц здесь чаще всего выступают административные районы и области, по которым регулярно собирается и накапливается значительная по объему экологическая информация. На локальном и элементарном иерархических уровнях имеют важное значение показатели второй группы, однако для их получения необходимы специальные наблюдения.

4.1.2 Оценка экологического состояния гео- и экосистем и ее критерии

Поскольку антропогенное воздействие на природу часто влечет за собой негативные последствия, возникает необходимость оценки экологического состояния гео- и экосистем и их компонентов. Оценка рассматривается как выявление степени благоприятности или неблагоприятности последствий трансформации природных систем с точки зрения условий жизни и деятельности населения. В общем виде это понятие обычно используется как мнение, суждение, представление о качестве, достоинстве чего- либо. В геоэкологии и природопользовании цель оценки состоит в том, чтобы определить в первую очередь возможный ущерб от негативных последствий вмешательства человека в природные процессы с тем, чтобы выбрать наилучший вариант хозяйственного использования территории и акватории и их ресурсов.

Оценка предполагает наличие объекта (что оценивается) и субъекта (с каких позиций оценивается). В качестве объектов выступают гео- и экосистемы и их компоненты разной степени трансформации. Субъектами чаще всего служат виды хозяйственной деятельности человека и сам человек (точнее, население конкретной территории). В связи с этим выделяют два направления оценки — технологическое (производственное) и социально-экологическое. В первом случае субъектами выступают различные виды производства (строительство, сельское хозяйство и др.). Во втором случае изучение последствий хозяйственной деятельности проводят с позиций, определяющих условия жизни и здоровья населения. Отсюда оценка — соотнесение показателей из мнения свойств гео- и экосистем с состоянием или требованиями субъекта. Одна и та же система разными субъектами может быть оценена неодинаково, поэтому ее оценка может быть многозначной, в то время как результат измерения однозначен.

Сущность оценки состоит в сравнении показателей фактического состояния окружающей среды с заранее определенными критериями, т.е. с признаками, на основе которых проводится сравнение. В качестве критериев могут выступать показатели исходного состояния наблюдаемых объектов, их естественные (фоновые) характеристики, а также различные нормативные показатели, характеризующие допустимые меры воздействия человека на природные системы.

Критерии оценки экологического состояния можно разделить на покомпонентные (частные) и комплексные (суммарные, интегральные). Они должны выражать наиболее существенные признаки состояния компонентов природной среды и их закономерных сочетаний в виде территориальных и аквальных гео- и экосистем. Необходимость использования покомпонентных критериев связана с тем, что во многих случаях оценить природный комплекс в целом очень трудно, не оценив его отдельных сторон. Потребность же в комплексных показателях возникает тогда, когда необходимо дать оценку состояния гео- и экосистем не по одному свойству, а по сочетанию одновременно нескольких свойств. Оптимальным следует считать совместное использование покомпонентных и комплексных критериев.

Оптимальным следует считать их совместное использование. К покомпонентным экологические критерии можно отнести санитарно-гигиенические критерии (ПДК, ПДС, ПДВ, которые устанавливают и рассчитывают исходя из требований экологической безопасности населения (т.е. применительно к здоровью человека).

В настоящее время в практике оценочных исследований в качестве признаков для сравнения чаще всего применяют нормативные показатели — санитарно-гигиенические и экологические критерии.

Санитарно-гигиенические критерии устанавливают исходя из требований экологической безопасности населения (т.е. применительно к здоровью человека). К ним в первую очередь относятся нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в воздухе, водах, почвах и продуктах питания, а также нормы предельно допустимых выбросов (ПДВ) в воздух и предельно допустимых сбросов (ПДС) в водоемы. ПДК — это максимальная концентрация веществ, не влияющая негативно на здоровье людей настоящего и последующих поколений при воздействии на организм человека в течение всей его жизни. ПДВ и ПДС называют максимальные объемы поступающих веществ в единицу времени (соответственно в воздух и водоемы), которые не ведут к превышению их ПДК в сфере влияния источника загрязнения. В каждом конкретном случае эти объемы рассчитывают исходя из производственных мощностей изучаемого источника загрязнения и данных о вредных последствиях выделяемых ингредиентов. В настоящее время разработано большое число нормативов допустимого содержания веществ и энергии различного происхождения (химических, физических, биологических). Только ПДК химиче­ских веществ установлено в воде около 1500, в атмосферном воздухе — более 450, в почве — более 100.

Степень загрязнения природной среды принято оценивать по кратности превышения ПДК, ПДВ и ПДС, классу опасности (токсичности) веществ, допустимой повторяемости концентраций заданного уровня, количеству загрязняющих веществ. В случае одновременного присутствия нескольких загрязняющих веществ (что весьма распространено) используются так называемые суммарные показатели. Так, при наличии веществ с одинаковой степенью вредности суммарный показатель загрязнения C_s может быть определен по следующей формуле 4.1:

_(4.1)

где С_i — фактическая концентрация i-го загрязнителя.

Санитарно-гигиенические критерии, несмотря на широкое их применение в практике природопользования, лишь частично отвечают требованиям экологической оценки. Значения ПДК территориально не дифференцированы, они не учитывают влияния реальной физико-географической ситуации (климат, геохимические условия, состав природных вод и др.). При их разработке часто не принимаются во внимание процессы превращения загрязняющих веществ при переходе из одной среды в другую, их миграционные свойства, способность накапливаться в отдель­ных компонентах экосистем и вызывать вторичное загрязнение. Наконец, санитарно-гигиенические нормы, установленные применительно к организму человека, не учитывают свойств других организмов. Допустимые для человека уровни загрязнения могут привести к нарушению состояния многих видов растений и животных, а соответственно их сообществ и экосистем в целом. Последствия антропогенных изменений природы связаны не только с загрязнением среды, но и с другими формами трансформации (например, механическим нарушением структуры гео- и экосистем). В связи с этим для оценки состояния окружающей среды наряду с ПДК, ПДВ и ПДС необходимо использовать и экологические критерии.

Экологические критерии — структурно-функциональные показатели гео- и экосистем, характеризующие их естественное или измененное состояние. Для части из них установлены экологиче­ские нормативы — максимальные величины нагрузок на гео- и экосистемы, при которых их основные структурно-функциональные характеристики (продуктивность, интенсивность биологического круговорота, видовое разнообразие, устойчивость и др.) не выходят за пределы естественных изменений (Современные проблемы, 1992). Они призваны определить область и границы допустимого состояния природных систем и дозволенного воздействия на них со стороны человека. Установлены нормативы сельскохозяйственного, лесохозяйственного, рекреационного воздействия на гео- и экосистемы, но они имеют преимущественно производственную, а не экологическую направленность (нормы выпаса скота, внесение удобрений и пестицидов, величины рекреационных нагрузок на ландшафты и др.). Слабо разработаны нормативы допустимых преобразовательных воздействий (распашка, мелиорация, застройка земель), почти отсутствуют нормативные показатели, характеризующие функционирование гео- и экосистем в условиях различных антропогенных нагрузок.

Покомпонентные экологические критерии используют для оценки состояния воздуха, почв, вод, биоты. К ним относятся такие показатели, как содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе и биогенных веществ в водах водоемов, процент деградированных земель, содержание гумуса в почвах, лесистость территорий, видовое разнообразие растений и животных и многие другие. По их колебанию можно с большой достоверностью установить изменения природных систем под влиянием как естественных, так и антропогенных факторов.

К комплексным экологическим критериям относятся показатели, характеризующие состояние гео- и экосистем в целом. Они могут быть получены на основе суммирования покомпонентных критериев или путем нахождения общесистемных индикаторов. Один из способов получения суммарного показателя (X_s) представляет собой расчет по следующей формуле 4.2:

_(4.2)

где - число покомпонентных критериев;

- показатель компонента (в относительных величинах);

- массовый коэффициент показателя.

Поиск общесистемных индикаторов состояния антропогенного изменения природной среды — сложная и еще нерешенная задача. Предложен ряд показателей, количественно характеризующих структуру и функционирование гео- и экосистем. Среди них можно выделить интенсивность биологического круговорота, определяемую как отношение массы ежегодной биологической продукции к общей биомассе; естественную способность гео- и экосистем к самоочищению, обусловленную особенностями взаимосвязей и скоростью биологического круговорота; энерго-вещественный баланс природных систем и др. В условиях городских геосистем показателем экологического состояния окружающей среды может служить здоровье населения (уровень младенческой смертности, врожденные аномалии развития новорожденных, заболеваемость детей и взрослых и др.).

Рассмотренные критерии дают возможность оценить степень и направление изменений природных комплексов и их компонентов как во времени, так и в пространстве. Временные (динамические) показатели х характеризуют скорость нарастания неблагоприятных изменений природной среды (например, скорость накопления тяжелых металлов в почве, скорость прироста площадей эрозии и др.). Пространственные критерии характеризуют размеры ареалов, в пределах которых проявляются антропогенные нарушения природных комплексов и их компонентов. Они могут быть выражены как относительными показателями (например, процент площади земель, выведенных из землепользования), так и абсолютными величинами (например, в виде площадей деградированных территорий).

Для оценки состояния окружающей среды с помощью рассмотренных критериев необходимо ранжировать их величины по нескольким градациям относительно неизмененных или, наоборот, полностью нарушенных объектов исследования. Затем каждой градации присваивается определенная степень благоприятности или неблагоприятности последствий изменения природных систем исходя из конкретных условий изучаемой территории.

4.1.3 Показатели оценки состояния гео- и экосистем и их компонентов

Многие элементы и компоненты гео- и экосистем одновременно являются ценными природными ресурсами, которые широко используются в хозяйственной деятельности человека. Естественно, что от состояния ресурсов в большой степени зависит их использование. Одна из важных задач природопользования — опре­деление показателей, позволяющих оценить природные и природно-антропогенные комплексы. В связи с этим рассмотрим некоторые показатели (индексы, коэффициенты), применяющиеся для оценки гео- и экосистем и их отдельных компонентов (ресурсов).

Оценку экологического состояния атмосферного воздуха обычно проводят с помощью санитарно-гигиенических показателей. Степень загрязнения воздушного бассейна определяют по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности ингредиентов, суммарного биологического действия загрязненного воздуха и часто­ты превышения ПДК. Для оценки степени загрязнения воздушной среды используется суммарный санитарно-гигиенический критерий — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА).

Он представляет собой относительный показатель, величина которого зависит от концентрации вещества в анализируемой точке, кратности его ПДК и количества веществ, загрязняющих атмосферу. Индекс загрязнения определяют по следующей формуле:

ИЗА= _(4.3)

где С_i - концентрация i-го вещества;

ПДК_i - среднесуточная ПДК i-го вещества;

К_i - коэффициент, принимающий значения 1,7, 1,3, 1,0, 0,9 соответственно 1, 2, 3, 4-му классам токсичности веществ.

Величины ИЗА меньше 2,5 соответствуют чистой атмосфере; 2,5 - 7,5 - слабозагрязненной атмосфере; 7,5 - 12,5 - загрязненной атмосфере; 12,5 - 22,5 - сильнозагрязненной атмосфере; 22,5 - 32,5 - высокозагрязненной атмосфере; более 52,5 - экстремально загрязненной атмосфере.

Состояние вод поверхностных водоемов (а также подземных вод) оценивается по различным химическим, физико-химическим и биологическим показателям. Для оценки опасных уровней загрязнения водоемов используется суммарный показатель химического загрязнения — ПХ3₁₀, определяемый по 10 максимально превы­шающим ПДК веществам. Этот показатель особенно эффективен в тех случаях, когда химическое загрязнение наблюдается сразу по нескольким ингредиентам, каждый из которых многократно превышает ПДК. Расчет ПХ3₁₀ проводят по следующей формуле 4.4:

ПХЗ₁₀= _(4.4)

где С — концентрация химического вещества в воде; ПДК — предельная концентрация этого вещества, установленная для рыбного хозяйства.

Для фоновых условий ПХЗ₁₀=1 (или приближается к этой величине). Кризисную ситуацию можно характеризовать соотношением 1<ПХ3₁₀<10. Катастрофической ситуации (экологическому бедствию) соответствует величина ПХ3₁₀> 10 (Н.И.Алексеевский и др., 2000).

Разработаны обобщенные показатели качества воды, примером которых может служить так называемый индекс загрязнения вод (ИЗВ) (формула 4.5), используемый в системе Росгидромета. Он рассчитывается как среднее из превышений ПДК по 6 ингредиентам: кислороду (О₂), органическим веществам, определяемым по биохи­мическому потреблению кислорода за 5 суток (БПК₅), и четырем ингредиентам с наибольшим превышением ПДК:

ИЗВ₁₀= _(4.5)

где С₁ — концентрация одного из шести ингредиентов.

Для О₂ вместо отношения С/ПДК в формулу подставляется обратная величина. Значения ПДК для О₂ и БПК₅ принимаются скользящими в зависимости от содержания этих ингредиентов (Методические указания по формализованной комплексной оценке качества воды по гидрохимическим показателям, 1988).

В соответствии со значениями ИЗВ природные воды делят на семь классов:

- I — очень чистые (ИЗВ менее 0,3);

- II — чистые, (0,3— 1,0);

- III — умеренно загрязненные (1,0 — 2,5);

- IV — загрязненные (2,5 — 4,0);

- V — грязные (4,0 — 6,0);

- VI — очень грязные (6,0—10,0);

- VII — чрезвычайно грязные (более 10,0).

В последние годы для выявления экологического состояния поверхностных водоемов широко используют гидробиологические индикаторы. Поскольку единый гидробиологический показатель отсутствует, качество воды определяется набором характеристик, отражающих состояние зообентоса, перифитона (организмов, поселяющихся на подводных частях речных судов, бакенов, свай и т.п.), зоопланктона, фитопланктона, высших водных растений. Конкретный набор характеристик обусловлен эколого-зональным типом водного объекта, составом и объемом сточных вод, их токсичностью и требованиями, предъявляемыми к качеству воды.

Экологическое состояние почв оценивают с помощью химических, физических и биологических критериев, а также показателей деградации сельскохозяйственных угодий. Для оценки степени загрязнения почв и снегового покрова тяжелыми металлами используют суммарный показатель загрязнения (СПЗ), определяемый по следующей формуле 4.6.

СПЗ= _(4.6)

где n - число наблюдаемых ингредиентов;

К_i - коэффициент концентрации загрязнителя, который определяется как отношение содержания загрязнителя в почве (или снеговом покрове) к его фоновому содержанию (или ПДК).

Разработана оценочная шкала опасного загрязнения почв, увязанная с показателями здоровья населения (Методические указания об оценке загрязнения почвы химическими веществами, 1987). С некоторыми сокращениями она приведена в таблице 4.2.

В качестве показателей физической деградации сельскохозяйственных земель рекомендуется использовать площади угодий, выведенных из землепользования в результате проявления не благоприятных почвенных процессов (эрозия, вторичное засоление, загрязнение и др.), величины потери гумуса в пахотном слое, состояние жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и др.

Таблица 4.2 - Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения (СПЗ) (Емельянов)

Категория загрязнения почв	СПЗ	Показатели здоровья населения
1	2	3
Допустимая	< 16	Низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
Умеренно опасная	16-32	Увеличение общей заболеваемости

Продолжение таблицы 4.2

1	2	3
Опасная	32-128	Увеличение числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечно-сосудистой системы
Чрезвычайно опасная	> 128	Повышенная заболеваемость детей, нарушения репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворожденное™ и др.)

Для оценки экологического состояния и антропогенного изменения растительности и животного населения используют структурные и функциональные показатели популяций и биоценозов. Среди них следует выделить такие критерии, как изменение видового состава фито- и зооценозов, уменьшение разнообразия видов растений и животных в биоценозах, сокращение площади коренных ассоциаций, изменение плотности (численности) популяций видов-индикаторов, уменьшение проективного покрытия и продуктивности растительного покрова и др.

К комплексным экологическим критериям относятся показатели, характеризующие состояние гео- и экосистем в целом. Они могут быть получены на основе суммирования покомпонентных критериев или путем нахождения общесистемных индикаторов, в частности дающие представление об остроте экологической ситуации или степени антропогенной нагрузки.

Для определения состояния гео- и экосистем в целом во многих случаях используют балльные оценки. Такой подход, в частности, применяют при изучении и картографировании экологического состояния регионов европейской территории России (JI. В. Злотина, Р. С. Чалов, 1996). Оценка проводилась путем суммирования баллов, характеризующих состояние отдельных компонентов окружающей среды, каждому из которых был присвоен определенный весовой коэффициент его значимости в создании неблагоприятных условий для жизни и деятельности человека. Учитывались семь показателей:

а) радиационное загрязнение территории (весовой коэффициент 1,0);

б) загрязнение поверхностных вод фосфором (0,8);

в) химическое загрязнение почв (0,8);

г) интенсивность развития эрозии на пахотных землях (0,6);

д) заовраженность территории (0,5);

е) неблагоприятные изменения русел и пойм рек (0,5);

ж) состояние районов освоения нефтегазовых месторождений (0,5).

По степени негативного проявления все виды воздействий ранжируются по шестибалльной шкале:

- отсутствие неблагоприятных последствий оценивается в 0 баллов;

- слабое отрицательное воздействие - в 1 балл;

- наибольшие негативные последствия - в 5 баллов.

Интегральный критерий определялся как сумма произведений рангов показателей на их весовые коэффициенты. В случае учета семи показателей его величина варьировала от 0 баллов (при отсутствии негативных последствий) до 23,5 баллов (при максимальном отрицательном воздействии). Использование этого критерия для анализа конкретных условий европейской территории России позволило выделить пять уровней экологического состояния - от относительно благоприятного (сумма баллов менее 4,5) до максимально негативного (сумма баллов более 18,5).

4.1.4 Экологические (геоэкологические) ситуации и их оценка

Экологическое состояние гео- и экосистем, как правило, отражает экологическую ситуацию, сложившуюся на той или иной территории.

Понятие «экологическая (геоэкологическая) ситуация» широко используется в эколого-географической литературе, однако пока оно не имеет общепринятой интерпретации. Обобщая имеющиеся представления (Б. И. Кочуров и др., 1992; Оценка качества, 1995 и др.), определим экологическую (геоэкологическую) ситуацию как пространственно-временное сочетание средообразующих природно-антропогенных условий и экологических проблем, существенно влияющих на жизнь и деятельность населения. Нередко используется понятие «острая экологическая ситуация», которое обычно ассоциируется с экологическим неблагополучием или угрозой здоровью и самой жизни человека.

Формирование экологических ситуаций обусловлено действием нескольких групп факторов — природных, экономических, социальных, демографических, политических (Оценка качества, 1995). Однако главной причиной их возникновения является антропогенный фактор - существенное превышение природно-ресурсного и экологического потенциалов ландшафтов (вырубка леса, превосходящая ежегодный прирост древесины; смыв почвы более 5 т/га в год; поступление загрязняющих веществ в концентрациях, превосходящих ПДК и т.д.). Конкретнее, возникновение острых экологических ситуаций чаще всего связано с загрязнением природной среды, угрожающим здоровью населения, деградаци­ей ландшафтов (интенсивная эрозия, опустынивание земель и т.д.) и истощением естественных ресурсов.

Экологические (геоэкологические) ситуации всегда имеют пространственно-временной характер. По пространственным масштабам проявления их можно разделить на локальные, региональные и глобальные. Отсюда следует, что анализ экологических ситуаций необходимо проводить в рамках определенных территориальных структур - гео- и экосистем разных иерархических уровней. Ареалы их проявления имеют сложные границы, образованные сочетанием границ природных и антропогенных ландшафтов, бассейнов рек, административных районов, типов землепользования. По временному признаку можно выделить кратко-, средне- и долговременные экологические ситуации.

Поскольку возникновение острых экологических ситуаций чаще всего ухудшает условия жизни и деятельности человека, необходима оценка степени их опасности. Наибольший практический интерес вызывает оценка остроты (критичности, напряженности) ситуаций, т.е., по существу, выявление степени опасности последствий хозяйственной деятельности человека с позиций самого человека.

Предложенная Институтом географии Российской академии наук методика определения степени остроты экологических ситуаций исходит из следующих показателей:

а) качество условий жизни населения;

б) степень сохранности природно-ресурсного потенциала ландшафтов;

в) интенсивность нарушения структуры и свойств ландшафтов (Б. И. Кочуров и др., 1992).

Учитывая эти признаки, разные авторы выделяют от трех до одиннадцати степеней остроты (напряженности) экологической ситуации. В настоящее время более или менее четко можно охарактеризовать следующие ситуации: удовлетворительную, напряженную (конфликтную), критическую, кризисную и катастрофическую.

Удовлетворительная ситуация характеризует районы, относительно слабо затронутые хозяйственной деятельностью человека (природоохранные территории, районы с сохранившимся традиционным укладом хозяйства). Антропогенные изменения захватывают отдельные компоненты природы. Они легко обратимы при снижении или прекращении нагрузок. Загрязнение среды чаще всего не превышает ПДК и практически не отражается на здоровье населения.

Напряженная (конфликтная) ситуация проявляется в освоенных районах со стабильно функционирующими социально-экономическими структурами. Негативно изменяются отдельные компоненты гео- и экосистем, что ведет к некоторому ухудшению условий жизни и деятельности населения. Улучшение обстановки достигается с помощью стабилизации хозяйственной деятельности и совершенствования технологии производства.

При критической ситуации антропогенные нагрузки, как правило, превышают установленные нормативные величины и экологические требования. В результате возникают значительные изменения гео- и экосистем, нарастает угроза истощения естественных ресурсов, ухудшаются условия проживания населения. Уменьшение и прекращение антропогенных нагрузок может привести к нормализации экологической обстановки и частичному восстановлению ландшафтов.

Кризисные ситуации наблюдаются в районах, где хозяйственная деятельность человека ведет к нарушению структуры гео- и экосистем, истощению естественных ресурсов, существенному загрязнению компонентов биосферы. В связи с этим негативные изменения в окружающей среде принимают устойчивый характер, что угрожает здоровью населения, состоянию естественных экосистем, генетическому фонду растений и животных.

При катастрофических ситуациях антропогенные нагрузки (в том числе загрязнение среды) многократно превышают допустимые границы. Разрушается структура природных комплексов и соответственно сложившаяся система природопользования. В результате наблюдаются глубокие, чаще всего необратимые изменения природной среды, которые влекут за собой существенное ухудшение здоровья населения, нарушение экологического равновесия, деградацию флоры и фауны.

Ориентировочные характеристики степени остроты (напряженности) выделенных экологических ситуаций представлены в таблице 3.

Уровень экологической напряженности региона может быть оценен в баллах исходя из пространственного соотношения внутри региона площадей с различной остротой экологических ситуаций. Сначала в баллах оценивается экологическая напряженность для территории с однородной экологической ситуацией. Предложена следующая шкала оценки (Б. И. Кочуров и др., 1994):

а) очень острая (катастрофическая) ситуация — 10 баллов;

б) острая (кризисная) ситуация — 5 баллов;

в) умеренно острая (критическая и напряженная) ситуация — 3 балла;

г) удовлетворительная ситуация — 1 балл.

Для оценки экологической напряженности (Н_i) используют следующую формулу 4.7:

_(4.7)

где S₁, S₂, S₃, S₄ — соответственно доли площади очень острой, острой, умеренно острой и удовлетворительной экологических ситуаций в процентах от общей площади исследуемого региона.

В соответствии с этой формулой значения экологической напряженности региона (Н_i) могут изменяться от 1 до 10 баллов. Например, при однородном по экологической обстановке характере структуры региона 10 баллов будет иметь территория со 100 %-й площадью очень острой экологической ситуации, а 1 балл — территория со 100 %-й площадью удовлетворительной экологической ситуации.

^{Таблица 4.3- Ориентировочные характеристики остроты экологических ситуаций. (Б. И. Кочуров и др., 1994, А.Г. Емельянов, 2009)}

Категория экологиче­ской ситуации	Суммарный показатель загрязнен­ности почв	Снижение продуктив­ности экосистем, % в год	Нарушенные земли, % от площади	Степень нарушения ландшафтов	Состояние здоровья населения
Удовлетворительная	Существенно < 16	<1,0	<2,0	Норма	Норма
Напряжен­ная	Около 16	1,0-1,5	2-5	Изменение свойств компонентов	Отдельные признаки ухудшения здоровья
Критическая	16-32	1,5-3,5	5-20	Нарушение структуры вторичных компонентов	Ухудшение здоровья отдельных групп населения
Кризисная	32-128	3,5-7,5	20-50	Деградация ландшафтов	Повсеместное ухудшение здоровья на­селения
Катастро фическая	> 128	>7,5	>50	Нарушение структуры и функций ландшафтов	Рост смертности и сокращение продолжите- льности жизни

Уровень экологической напряженности может служить одним из критериев рациональности природопользования в конкретных условиях региона. При удовлетворительной ситуации показатели свойств и функций геосистем изменяются слабо, что практически не отражается на использовании природных ресурсов. В случае конфликтной ситуации отмечаются негативные изменения некоторых компонентов ландшафтов. Это нередко ведет к нарушению и деградации отдельных природных ресурсов, усложнению хозяйственной деятельности населения. В условиях критической ситуации наблюдается заметное нарастание угрозы истощения и даже утраты ресурсов (в том числе генофонда), что существенно сни­жает эффективность хозяйственной деятельности в регионе. При кризисной ситуации происходит резкое (а нередко и полное) истощение естественных ресурсов, падение эффективности производства, наступает угроза экономического спада. Катастрофическая ситуация обычно ведет к утрате природных ресурсов, резкому экономическому спаду, а в ряде случаев к полному разрушению сложившейся системы природопользования.

Обстоятельные исследования по выявлению, картографированию и оценке экологических ситуаций на территории России были проведены в Институте географии Российской АН (Б. И. Кочуров и др., 1992; Оценка качества.., 1995 и др.). Они показали, что ареалы с критическими, кризисными и катастрофическими ситуациями занимают площадь более 2,5 млн м², или 15 % территории страны. С учетом площадей деградированных оленьих и аридных пастбищ эта величина может достигать от 18 % до 20 %. Общая численность городского населения, проживающего в экологически неблагоприятных районах, составляет 20 % всего населения России.

В кризисном, или катастрофическом, состоянии находятся такие районы страны, как Кольский полуостров, Московский регион, зона влияния Чернобыльской АЭС, Среднее Поволжье и Прикамье, Северный Прикаспий, Калмыкия, прибрежные территории Черного и Каспийского морей, промышленная зона Урала, нефтепромысловые районы Западной Сибири, Кузбасс, Норильский промышленный район. Эти территории характеризуются очень сложным ком­плексом экологических проблем, обусловленным главным образом загрязняющим влиянием промышленных центров, а также интенсивным использованием естественных ресурсов (горные разработки, сельскохозяйственное производство, получение древесины и др.) и в большинстве случаев высокой плотностью населения.

Следует отметить, что выделенные районы приурочены в основном к наиболее освоенной и заселенной территории страны (европейская часть России, Урал, юг Сибири), которая еще несколько десятилетий назад обладала высокими природными возможностями самовосстановления и самоочищения. В настоящее время этот потенциал в значительной степени утрачен, и дальнейшее увеличение антропогенной нагрузки приведет к еще большему обострению экологической обстановки, а в ряде случаев даже к экологической катастрофе.

Многие элементы и компоненты гео- и экосистем одновременно являются ценными природными ресурсами, которые широко используются в хозяйственной деятельности человека. Естественно, что от состояния ресурсов в большой степени зависит их использование. Одна из важных задач природопользования - определение показателей, позволяющих оценить природные и природно-антропогенные комплексы. В связи с этим рассмотрим некоторые показатели (индексы, коэффициенты), применяющиеся для оценки гео- и экосистем и их отдельных компонентов (ресурсов).

Косвенно об экологическом состоянии гео- и экосистем можно судить по величине антропогенной нагрузки на природу. Б. И. Кочуров (1999) предложил коэффициенты абсолютной (К_а) и относительной (К_о) (формула 4.8 и 4.9 соответственно) экологической напряженности территории, т.е. отношение площади земель с высокими антропогенными нагрузками (АН) к площади земель с наиболее низкими нагрузками:

(4.8)

(4.9)

где АН₁, АН₂, АН₃, АН₄, АН₅, АН₆ - площади земель с различной степенью антропогенной нагрузки - от самой низкой до самой высокой (согласно данным таблицы 4.4).

Таблица 4.4 - Классификация оценка земель по степени антропогенной нагрузки (по Б.И.Кочурову, 1999, А.Г. Емельянов, 2009)

Степень нагрузки	Балл (н)	Виды и категории земель
Высшая (АН6)	6	Земли промышленности, транспорта, городов, поселков, инфраструктуры, нарушенные земли
Очень высокая (АН5)	5	Орошаемые и осушаемые земли
Высокая (АН4)	4	Пахотные земли, ареалы интенсивных рубок, пастбища и сенокосы, используемые нерационально
Средняя (АН3)	3	Многолетние насаждения, рекреационные земли
Низкая (АН2)	2	Сенокосы; леса ограниченного использования
Очень низкая (АН1)	1	Природоохранные и неиспользуемые земли

Коэффициент К_а показывает отношение площади нарушенных горными разработками, промышленностью или транспортом земель к площади слабоизмененных или неизмененных хозяйственной деятельностью территорий. Интерпритация полученных при расчете результатов основывается на следующих положениях: чем выше это отношение, тем менее благоприятны условия жизни и деятельности человека, что требует восстановления ландшафтов и поддержания на соответствующем уровне необходимой площади заповедников, заказников и других природоохранных территорий. Чем больше площади с коэффициентом , тем ниже коэффициент К_а и благополучнее состояние окружающей среды. При расчете К₀ учитывается состояние всех участков изучаемой территории. Поэтому проведение мероприятий по снижению экологической напряженности исследуемой территории уменьшает значение этого показателя. Если этот показатель равен или близок к 1,0, то можно говорить об относительном равновесии между величиной антропогенной нагрузки и потенциалом устойчивости ландшафтов.

Территория, которая занята техническим или любым гражданским сооружением, теряет свой плодородный слой, т.е. снижается ее устойчивость. Поэтому оценка степени разрушения естественного ландшафта является одной из характеристик антропогенной нагрузки обследуемой территории.

Для этого определяют долю измененного ландшафта путем измерения общей площади участка и размера поврежденной территории. Результаты приводят в процентах.

4.1.5 Оценка прогнозируемых изменений природной среды

Необходимый элемент опережающего управления — оценка прогнозируемых изменений гео- и экосистем с позиций жизнеобеспечения человека. Такая оценка позволяет заранее выявить возможные «конфликтные» ситуации, которые могут быть устранены или смягчены еще на стадии проектирования природно-технических систем.

К. Н.Дьяконов и А. В.Дончева (2002) выделяют пять последовательных видов (этапов) оценки экологических последствий функционирования природно-технических систем и производственных объектов: природную, специальную природную, технологическую, экономическую и социальную.

Сущность природной оценки заключается в соотнесении прогнозируемых изменений в свойствах ландшафтов с теми же свойствами зональных аналогов вне сферы антропогенного воздействия. Сравниваются прогнозируемые изменения конкретных параметров геосистемы с пространственной или временной изменчиво­стью тех же показателей — климатических, гидрологических, ботанических, почвенных, геохимических. В качестве критерия для природной оценки изменений можно использовать отношение изменения индикатора (параметра) к пространственной изменчивости этого показателя, например, между соседними подзонами таежной зоны.

Специальная природная оценка — это оценка изменений природных характеристик одних показателей состояния геосистем (глубина залегания грунтовых вод, влажность и химический состав почв и др.) по отношению к другим тоже природным показателям (изменение биологической и сельскохозяйственной продуктивности лесов, лугов, пашни и т.д.). Специальная природная оценка дает возможность из всего многообразия процессов и явлений, которые претерпевают преобразования в зонах влияния, отобрать наиболее существенные и важные.

Технологическая оценка предусматривает рассмотрение прогнозируемых изменений свойств и процессов в ландшафтах окружающей территории с позиций требований различных отраслей хозяйства, производственных технологий и видов деятельности человека (сельскохозяйственная, рекреационная, промышленного и гражданского строительства и т.д.). Она необходима на предпроектной стадии и стадии ТЭО, когда сопоставляются альтернативные варианты. Следует отметить многообразие видов технологических оценок и их противоречивость (например, одни и те же изменения в гидрогеологических условиях на берегах водохранилищ благоприятны для одних отраслей хозяйства и неблагоприятны для других).

Экономическая оценка характеризует последствия изменения природных условий и компенсационных мероприятий по снижению или предотвращению негативного эффекта от создания хозяйственных объектов. Она включает расчет прямого ущерба (или эффекта от улучшения) от функционирования отраслей хозяйств, производственных фондов, трудовых ресурсов, от затрат на компенсацию негативных последствий и т.д.

Собственно экономическая оценка — это соотнесение экономических обобщающих показателей проекта с аналогичными характеристиками для отрасли в целом с оценкой способа достиже­ния данного результата другим путем, т. е. определение целесообразности проекта и рассмотрение его альтернативных вариантов. Показатели экономической оценки — удельные затраты, сроки окупаемости капитальных вложений, а самое главное — суммы ущерба природной среде, хозяйству, населению в результате реа­лизации проекта в сравнении с альтернативными вариантами и решениями.

Социальная оценка характеризует качество среды обитания человека, эстетические и психологические условия его существования. Для ландшафта как среды обитания человека показателями социальных условий выступают: нормы химического, шумового, радиоактивного загрязнения, санитарно-гигиенические нормативы, обеспечение бытового водопотребления, состояние зеленых насаждений и их площадь на одного жителя, живописность местности, разнообразие ландшафта, благоустройство территории (дороги с твердым покрытием, социальная инфраструктура). По большинству из этих показателей разработаны общие и региональные нормативы и критерии. В качестве интегральных могут выступать такие показатели как средняя продолжительность жизни в регионе, число болезней, общая и детская смертность. Фактически социальная оценка отражает антропоцентрический аспект экологической оценки изменения окружающей среды под влиянием деятельности человека.

Если известны параметры изменений ряда отдельных компонентов природы, можно оценить степень трансформации комплексов в целом. Показатель изменчивости (J_C ) гео- и экосистем определяют как среднее степеней изменения их изученных параметров (Jj). Его вычисляют по следующей формуле 4.10 (Биогеохимические основы экологического нормирования, 1993):

(4.10)

где n — число анализируемых параметров.

Если критерии выражены количественно, то для оценки антропогенных изменений природных комплексов может быть использован метод, известный как система оценки состояния среды — СОСС (И. Е.Тимашев, 1988). При этом методе учитывается большое число параметров (климатические, гидрологические, геоморфологические, биологические и др.), отражающих воздействие инженерных сооружений на природу. Каждому из них придается массовый коэффициент, т.е. показатель его значимости относительно других параметров. Затем параметры переводятся в показатели качества среды (ПКС) — величины, взятые относительно каких-либо нормативов (например, ПДК) или фоновых уровней, что дает возможность сравнивать исходное и измененное состояния природной среды. Умножая исходный и измененный ПКС на значение массового коэффициента и суммируя вычисленные параметры, получают обобщенную оценку изменения геосистем ( V), выраженную в безразмерных единицах. Расчет проводят по следующей формуле 4.11

_(4.11)

где (V_i)₁ — преобразованный ПКС для параметра i;

(V_i)₂ — исходный (эталонный, номативный) ПКС для параметра i;

W_i— значение массового коэффициента параметра i;

n — общее число параметров.

Этот метод, несмотря на ряд недостатков (субъективность при установлении массовых коэффициентов, некоторая условность обобщенной оценки и др.), позволяет сравнить преобразованные и естественные ландшафты и выявить степень их изменений. Кроме того, с его помощью можно сопоставить конкурирующие ва­рианты проектов и выбрать наилучший.

При отсутствии или недостатке количественных критериев для оценки антропогенных изменений геосистем может быть использован метод, предложенный географами Киевского университета (П. Г. Шищенко, 1988). Сущность его состоит в определении коэффициента антропогенной преобразованности (К_ап), который вычисляют исходя из учета ранга антропогенной преобразованности, площадей ландшафтов, вида использования территории и индекса глубины преобразования ландшафтов. Ранг антропогенной преобразованности нарастает по мере усиления степени трансформации геосистем (ландшафтов). Площади видов при­родопользования устанавливают по картографическим материалам, а индекс глубины преобразованности ландшафтов (т.е. относительная значимость каждого из видов природопользования) определяют с помощью экспертов. При наличии этих показателей коэффициент антропогенной преобразованности (К_ап) ландшафтов вычисляют по следующей формуле 4.12:

K_ап= _(4.12)

где r_i — ранг антропогенной преобразованности ландшафта i-м видом природопользования;

р_i— площадь территории с данным рангом преобразованности (% от площади всей исследуемой территории);

q — индекс глубины преобразованности ландшафта.

Деление суммы, полученной в числителе, на 100 сделано для удобства пользования значениями коэффициента К_ап.

Коэффициент К_ап колеблется от 1 до 10 и характеризует следующую закономерность: чем больше площадь вида природопользования и выше индекс глубины преобразованности ландшафта, тем в большей степени трансформированы ландшафты региона.

С помощью данного метода была проведена оценка степени антропогенного изменения ландшафтов в пятикилометровой зоне влияния Калининской АЭС (А.Г.Емельянов, С.Н.Кузнецова, 1997). Для оценки использована следующая шкала преобразованности (измененности) ландшафтов (по величине К_ап):

• 2,00 — 3,80 — очень слабоизмененные;

• 3,81 — 5,30 — слабоизмененные;

• 5,31—6,50 — среднеизмененные;

• 6,51 — 7,50 — сильноизмененные;

• более 7,51 — очень сильноизмененные.

Значения ранга антропогенной преобразованности и индекса глубины преобразованности ландшафтов приняты на основании рекомендаций П. Г. Шищенко (1988), а также учета конкретных природно-антропогенных условий района Калининской АЭС (таблица 4.5). Значения площадей территорий с тем или иным рангом преобразованности (% от площади пятикилометровой зоны Калининской АЭС) .

Расчеты, проведенные на основе изложенного метода оценки, показали, что район Калининской АЭС, сложенный мореннохолмистыми и озерно-ледниковыми ландшафтами, относится к слабоизмененным: исходный показатель К_ап равен 4,45 — 5,07. В ходе строительства атомной электростанции возведена большая строительная площадка, появились новые промышленные и вспомогательные предприятия, современные городские кварталы, сооружены каналы, возникли новые карьеры, отвалы и другие техногенные объекты. В результате степень трансформации ландшафтов существенно повысилась: показатель К_ап для пятикилометровой зоны АЭС увеличился до 6,23, т.е. вплотную приблизился к группе сильноизмененных комплексов (городских селитебных ландшафтов).

Таблица 4.5 - Значение ранга антропогенной преобразованности и индекса глубины преобразованности ландшафтов (Б. И. Кочуров и др., 1994, А.Г. Емельянов, 2009).

Ландшафты по видам природопользования	Ранг преобразованности	Индекс глубины преобразованности
Природоохранные ландшафты	1	1,00
Ландшафты хвойных лесов, неосушенные болота	2	1,05
Ландшафты мелколиственных лесов	3	1,10
Лугово-пастбищные ландшафты	4	1,15
Ландшафты коридоров ЛЭП	5	1,20
Пахотные ландшафты	6	1,25
Осушенные болота	7	1,30
Сельские селитебные и садово-дачные комплексы	8	1,35
Городские селитебные и дорожные ландшафты	9	1,45
Промышленные площадки	10	1,55
Ландшафты с глубоко преобразованной литогенной основой (каналы, карьеры, отвалы и др.)	11	1,65

Еще один подход в оценке степени деградации (преобразованности) наземных экосистем и ПТС в целом проводится по следующим критериям, которые определяют негативные изменения в них:

- тематические (ботанические, зоологические, микробиологические, геофизические и т. п.);

- пространственные;

- динамические;

- интегральные.

Данные критерии учитывают пространственную дифференциацию негативных изменений по степени нарушения, а также динамику процессов деградации. Так в зоне ЧЭС состояние экосистем характеризуется изменением соотношения основных трофических групп при снижении или увеличения массы одной из групп в пределах от 20 % до 50 %.

При этом обычно наблюдается нарушение взаимодействий внутри экосистемы, но процессы деградации еще не принимают необратимый характер. В зонах экологического бедствия снижение или повышение удельной массы одного из трофических уровней происходит более чем на 50 ,%. Нарушение взаимосвязей внутри экосистемы приобретает необратимый характер и она теряет средо- и ресурсовоспроизводящие функции.

При оценке экологического состояния значительной территории учитывают как общую площадь проявления негативных изменений, так и пространственную неоднородность распределения участков разной степени деградации на исследованной территории.

Скорость деградации экосистем обычно рассчитывается по 5-10 летним рядам наблюдений. Особенно важно оценивать направленность и скорость деградации экосистем на стадии формирования напряженной экологической ситуации.

Тематические критерии. Решающую роль в функционировании экосистем играет растительность, которая наиболее наглядно отражает изменение экологической обстановки территории под влиянием антропогенного воздействия (таблица 4.6).

Важнейшим показателем, характеризующим состояние растительности как индикатора экологического состояния территории, являются следующие:

Таблица 4.6 - Растительные индикаторы экологической обстановки (норма (Н), риск (Р), кризис (К) и бедствие (Б)

Показатель	Н	Р	К	Б
Ухудшение видового состава естественной растительности	Естественная смена доминантов и характерных видов	Уменьшение обилия господствующих видов	Смена господ­ствующих видов на вторичные, в основном непоедаемые сорные и ядовитые	Уменьшение обилия вто­ричных видов
Биоразнообразие (уменьшение индекса разнообразия Симпсона) (%)	<10	10-20	25-50	>50
Лесистость (% от зональной)	>80	60-70	50-30	<10
Повреждение древостоя промышленным ды­мом (%)	<5	10-30	30-50	>50
Гибель посевов (% площади)	<5	5-15	15-30	>30
Продуктивность пастбищной растительности (% от потенциальной)	>80	60-70	10-30	<5
Жизненность доминантов (балл)	4-5	3-4	2-3	1-2
Полнота древостоя (доля от 1,0)	>0,8	0,6-0,4	0,3-0,2	<0,1

В пресноводных экосистемах с точки зрения специалистов по биомониторингу важнейшим является следующие показатели (таблица 4.7):

Таблица 4.7 - Зоологические индикаторы экологической обстановки

Показатели	Норма	Зона ЧЭС	Зона ЭБ
Фитопланктон	Естественное развитие	Пленка связанных или пряди нитчатых водорослей	Отсутствие или единичные экземпляры
Зоопланктон	Естественное развитие	Резкое снижение численности	Единичные экземпляры
Ихтиофауна	Сохраняется естественное воспроизводство	Резкое снижение доли ценных и редких видов	Исчезновение редких и ценных видов
Заболеваемость рыб	Отсутствует	< 50%	> 50%

Признанными биологическими критериями деградации почвы является снижение жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, о которой можно судить по уменьшению уровня активной микробной биомассы, а также по более распространенным, но менее точным признакам:

1. потеря гумуса в пахотном слое за 10 лет с 1 % в норме до 10 – 25 % при ЧЭС и более 25 % - при бедствии;

2. доля загрязненной основной сельскохозяйственной продукции с 5% в норме, до 50 % -при ЧЭС и более 50 % -при бедствии;

3. по дыханию почвы.

Пространственные критерии. Кроме силы воздействия на среду для оценки зон экологического бедствия большое значение имеет площадь воздействия. Небольшая по площади нарушенная система восстановится быстрее, чем обширная. Если площадь нарушения более предельно допустимых размеров, то разрушение среды практически необратимо и относится к уровню катастрофы. Размер зон экологического бедствия, как правило, превышает площадь 10000-100000 га в зависимости от типа экосистем и геолого-географических условий. По размерности зоны экологического бедствия делятся на локальные (на площади более 10 тыс. га), районные (более 100 тыс. га), областные (более 1 млн. га), региональные (более 10 млн. га). К пространственным критериям относится также отно­сительная площадь земель, выведенных из землепользования в пределах исследуемого района. В норме в стабильных экосистемах относительная площадь нарушенных экосистем может достигать 5 %. В зонах экологического риска она уже составляет от 5 % до 19 %. По одной и той же стадии нарушения, выявленной по тематическим критериям, увеличение относительной площади нарушения представляет собой более высокий уровень опасности (таблица 4.8).

Таблица 4.8 - Почвенные индикаторы зон экологической нормы (Н), риска (Р), кризиса (К) и бедствия (Б)

Индикатор		Н		Р	К		Б
1		2		3	4		5
Плодородие почв (% от потенциального)		>85		65-85	65-25		<25
Содержание гумуса (% от первоначального)		>90		70-90	30-70		<30
Площадь вторично засоленных почв (%)		<5		5-20	20-50		>50
Содержание пестицидов в почве (ПДК)	<0,5		0,5-1			1-3		>5
Содержание поллютантов в почве (ПДК) .	<1		1-3			3-10		>10
Остаточное содержание нефти и нефтепродуктов в почве (вес. %)	<1,0		1-5			5-10		>10
Площадь водной эрозии (% площади)	<10		10-25			25-50		>50
Овражная расчлененность (км на км2)	<0,3		0,3-0,7			0,7-2,5		>2,5

Продолжение таблицы 4.8

1	2	3	4	5
Площадь ветровой эрозии (полностью сдутые почвы) (%)	<5	10-20	20-40	>40
Уровень активной микробной биомассы (снижение в число раз)	<5	5-10	10-50	>50

Для административного района площадью 100-200 тыс. га это может быть выражено в виде матрицы. Так, экспертная оценка зон экологического нарушения почв (Н - норма, Р - риск, К-кризис, Б - бедствие) территории в зависимости от глубины экологического нарушения территории (умеренное, среднее, сильное) и занимаемой относительной площади (%) имеет следующий вид (таблица 4.9):

Таблица 4.9 - Матрица для экспертной оценки зон экологического нарушения почв

Нарушение	<5 %	от 5 % до 20 %	от 20 % до 50 %	>50 %
Умеренное	Н	Н	Н	Р
Среднее	Н	Н	Р	К
Сильное	Н	Р	К	Б

Из этих данных следует, что если даже сильное нарушение занимает площадь менее 5 % территории, изменение квалифицируется в пределах нормы: но даже умеренное нарушение на относительной площади более 50 % экспертной территории служит основанием для ее объявления зоной экологического риска.

Для классификации зон экологического риска, кризиса и бедствия необходимо учитывать пространственную неоднородность нарушенных зон и наличие в ней комбинаций участков разной степени нарушенности.

Динамические критерии. Тематические и пространственные критерии выявления зон экологического бедствия при всей их очевидности недостаточны для объективной квалификации зон, так как они не отражают истинной картины бедствия. Более достоверны динамические критерии выявления зон экологических нарушений по скорости нарастания неблагоприятных изменений природной среды (накопления тяжелых металлов, прироста площади подвижных песков и т.д.). По этому показателю выделяют четыре класса экосистем. Стабильные экосистемы со скоростью изменений менее 0-5 % площади в год подвержены лишь разногодичной и циклической флуктуации. Умеренно динамичные экосистемы со скоростью изменений до 1-2 % площади в год соответствуют зонам экологического риска. Среднединамичные экосистемы со скоростью изменений свыше 4 % площади в год, полная смена которых происходит менее чем за 25 лет, представляют собой зоны экологического бедствия. Для объективного выявления скорости смен и исключения разногодичных колебаний скорости необходима значительная продолжительность наблюдений. Минимальный срок для определения линейной скорости изменений составляет 8-10 лет, а для выявления нелинейной скорости — 20-30 лет. К динамическим показателям нарушения экосистем относятся увеличение площади их разрушения, эродированных земель, сбитых пастбищ, засоленных земель, полная смена состава, уменьшение годичной продукции, содержания гумуса в почве и др. (таблица 4.10).

Таблица 4.10 - Динамические показатели зон экологической нормы (Н), риска (Р), кризиса (К) и бедствия (Б) по повышению скорости изменения мощности индикационного критерия в год (среднее за 5-8 лет непрерывных наблюдений)

Повышение скорости в год	Н	Р	К	Б
1	2	3	4	5
Увеличение площади разрушения экосистем, (%)	<0,5	1-2	2-4	>4
Полная смена состава экосистем, (годы)	100	50-100	25-50	<20
Уменьшение годичной растительной продук­ции, (%)	<1	1,5-3,5	3,5-7,5	>7,5

Продолжение таблицы 4.10

1	2	3	4	5
Уменьшение годичной продукции в посевах, (%)	-	1-2	3-5	>5
Увеличение площади сбитых пастбищ, (%)	<2	3-5	5-8	>8
Ухудшение качественного состава пастбищ, (%)	<1	2,5-5	5-7,5	>7,5
Уменьшение запаса древесины, (%)	<1	2,5-5	5-7,5	>7,5
Увеличение площади эродированных земель, (%)	<0,5	1-2	2-5	>5
Уменьшение содержания гумуса в почве, (%)	<0,5	1-3	3-7	>7
Увеличение площади засоленных почв, (%)	<1	1-2	2-5	>5
Увеличение площади подвижных песков, (%)	<0,5	1-2	2-4	>4
Потери водных запасов, (%)	<0,2	0,2-0,4	0,4-1,0	>1
Заполнение водоемов твердыми осадками, (м3/м2)	<50	60-200	200-500	>500
Скорость увеличения площади земель с небла­гоприятными агромелиоративными условиями, (% площади ценных сельскохозяйственных угодий)	<0,1	0,1-0,3	0,3-0,1	<1

Интегральные критерии. Структура интегральных индикационных критериев может быть выражена в виде корреляционной матрицы, на которой для каждого уровня нарушенных экосистем показана встречаемость тех или иных тематических, пространственных и динамических индикационных показателей. Кроме встречаемости необходима оценка экологической значимости отдельных показателей. Задача интеграции облегчается тем, что, как правило, большая часть тематических показателей (ботанических, зоологических, почвенных) взаимно коррелируется. Сходным же образом характеризуется состояние фауны, а также изменение генофонда животных. При этом необходимо учитывать, что численность многих животных подвергаются циклическим изменениям. Например, в самой крупной на территории России зоне экологического бедствия в Черных землях Калмыкии ботанические критерии бедствия (уменьшение проективного покрытия более 10 % от первоначального и полная смена растительных формаций) сочетаются с почвенными (уменьшение содержания гумуса более 10 % от исходного) и в особенности с почвенно-эрозионными (увеличение площади подвижных песков свыше 30 % площади массива). Это кореллируется с зоологическими критериями (сокращением популяции сайгака в 10 раз ниже нормальной численности стада и в то же время с превышением численности домашних животных на 250-300 % выше нормы). Кроме того, здесь наблюдается засоление почв (содержание водорастворимых солей более от 1 % до 3 %) и минерализация грунтовых вод (свыше 10 г/л), соответствующие зоне экологического бедствия. Гидрохимические и атмосферные критерии свидетельствуют о сильном загрязнении участков экосистем. Геофизические критерии показали катастрофическое повышение альбедо (более чем на 0,15). Наконец, эколого-экономические критерии также квалифицируют зону экологического бедствия, поскольку потребуются миллиардные затраты на восстановление природного потенциала, что во много раз превышает стоимость полученной продукции. С тематическими критериями зоны экологического бед­ствия совпадают пространственные (площадь свыше 1 млн. га) и динамические (скорость полного разрушения пастбищных экосистем в течение 1980 г. превысила 4 % площади в год). Иными словами, если разнообразные критерии зон экологического бедствия взаимно коррелируются, то сочетание перечисленных критериев убедительно подтверждает квалификацию территории как региональную зону экологического бедствия.

Критерии для выделения зоны ЧЭС служит 10 – 15 – кратное увеличение критических уровней.

Таблица 4.11 - Критерии выявления риска

Вещества	Норма мг\м3	В зоне ЧЭС	В зоне ЭБ	Время воздействия
SO2	<0,02	0,1 – 0,2	>0,2	среднегодовое
NO2	<0,09	0,2 – 0,3	>0,3	среднегодовое
HF	<0,002-0,003	0,01-0,02	>0,02	долговременное
O3	<0,015	1- 1,5	>1,5	За 1 час

4.1.6 Современные инструменты для оценки экологической ситуации исследуемой территории.

Развитие общества, усложнение его инфраструктуры требуют более тщательного и продуманного управления как природными, так и человеческими ресурсами, овладения новыми средствами и методами обработки информации. Это — методы обработки и анализа пространственной информации, оперативного решения задач управления, оценки и контроля изменяющихся процессов.

Принятию экологически грамотных решений могут помочь информационные технологии, без которых уже невозможно представить наш мир. Новые изобретения и разработки стремительно входят в нашу жизнь. Сейчас уже никого не удивишь словами «компьютер» и «Интернет». Применение информационных технологий осуществляется уже на уровне государства. Одним из таких современных инструментов являются геоинформационные системы.

Поскольку геоинформационные технологии (ГИТ) представляют собой поэтапный процесс обработки географически организованной информации, то их основной особенностью является наличие геоинформационной основы, т.е. цифровых карт (ЦК), дающих необходимую информацию о земной поверхности.

Современные ГИС представляют собой новый тип интегрированных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных существующих автоматизированных систем, а с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных

Так как в ГИС осуществляется комплексная обработка информации (от ее сбора до хранения, обновления и предоставления), их можно рассматривать со следующих различных точек зрения:

• ГИС как система управления - предназначена для обеспечения поддерж­ки принятия решений на основе использования картографических дан­ных;

• ГИС как автоматизированная информационная система - объединяет ряд технологий известных информационных систем (САПР и других);

• ГИС как геосистема - включает технологии фотометрии, картографии;

• ГИС как система, использующая БД, - характеризуется широким набо­ром данных, собираемых с помощью разных методов и технологий;

• ГИС как система моделирования, система предоставления информации - является развитием систем документального оборота, систем мультимедиа и т.д.

ГИС с развитыми аналитическими возможностями близки к системам стати­стического анализа и обработки данных, причем в ряде случаев они интегрированы в единые системы, например:

- имплантация в современную ГИС ARC/INFO мощного статистического пакета S-PLUS;

- добавление некоторых возможностей пространственной статистики и картографической визуализации в массовые статистические пакеты (SYSTATfor Windows);

- развитие собственной ГИС в рамках пакета SAS - лидера среди систем обработки числовой информации.

SAS Планета – это программа для загрузки и просмотра спутниковых снимков высокого разрешения, предоставленных сервисами Google Maps, Космоснимки, Яндекс Карты, Virtual Earth, Yahoo Maps, Gurtam, OpenStreetMap. В отличие от этих сервисов, все загруженные карты остаются на компьютере, и появляется возможность их просматривать даже без подключения к Интернету. Помимо спутниковых карт возможна работа с политической, ландшафтной, совмещённой картами, а также с картой Луны и Марса. На сайте разработчиков постоянно добавляются обновления. Основные возможности программы SAS Планета:

• Загрузка карт из Интернета (выделением области или в фоновом режиме) для последующего просмотра.

• Работа с прямоугольной и полигональной областями, а также задание области с граничными координатами (в том числе, с целью определения доли того или другого фрагмента от общей площади полигона).

• Загрузка и отображение слоя WikiMapia.

• Возможность работы с файлами KML.

• Возможность работы с GPS приемником

• Склейка выделенной области в один файл (поддерживаются форматы JPG, J2K, TIF, PNG, BMP).

• Генерация предыдущих слоев карт.

• Навигация по карте

• Переход к определенному месту на карте (координаты, название), сохранение выбранного места.

• Измерение площади и расстояний на местности (по прямой или ломаной линии).