Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Энергетика природных территориальных комплексов (ПТК) как мера их устойчивости к антропогенному воздействию

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Хрисанов, Владислав Радомирович, Пущино

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ БИОЛОГИИ

На правах рукописи

ХРИСАНОВ Владислав Радомирович

ЭНЕРГЕТИКА ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ (ПТК) КАК МЕРА ИХ УСТОЙЧИВОСТИ К АНТРОПОГЕННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: д.б.н., профессор, академик РАЕН Снакин В. В.

Пущино- 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИРОДНЫХ

КОМПЛЕКСОВ........................................................................................................................................................с

6

1.1. Понятие «устойчивости» природной системы ......................................................6

1. 2. Устойчивость и стабильность природной системы ..........................................16

1. 3. Подходы к оценке устойчивости природных территориальных

комплексов к антропогенному воздействию..............................................................^ д

Глава 2. ОБЬЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИ........................................................................................................26

2. 1. Европейская территория России............................................................................................26

2. 2. Московская область..............................................................................................................................37

2. 3. Национальный парк «Орловское полесье»................................................................41

Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ

ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ..................................................45

3. 1. Энергетика природных территориальных комплексов..................................45

3. 2. Балльная оценка в прикладных географических исследованиях ... 50

3. 3. Методика оценки устойчивости природных комплексов..............................54

Глава 4. УСТОЙЧИВОСИТЬ ПТК РАЗНОГО УРОВНЯ ИЕРАРХИИ К

АНТРОПОГЕННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ..........................................................................................58

4. 1. Европейская территория России............................................................................................59

4. 2. Московская область..............................................................................................................................70

4. 3. Национальный парк «Орловское полесье»................................................................88

ВЫВОДЫ..................................................................................................................................................................................106

ЛИТЕРАТУРА ....................................................................................................................................................................108

ПРИЛОЖЕНИЕ ................................................................................................................................................................118

ВВЕДЕНИЕ

Неконтролируемое ведение хозяйственной деятельности, не всегда хорошая изученность природных условий, нарушение норм и правил природопользования привели к тому, что во многих регионах происходит трансформация природных территориальных комплексов. В этих условиях необходимо знать, какие условия и факторы природной среды определяют нормальное функционирование ПТК, как адаптируются или сопротивляются антропогенному воздействию природные системы. В связи с этим актуальной становится проблема разработки методов оценки устойчивости ПТК к антропогенному воздействию и последующее районирование территории страны и отдельных ее регионов по этому показателю.

Предлагаемая к рассмотрению концепция устойчивости ПТК основана на анализе процессов, определяющих их энергетику: трансформация солнечной энергии, влагооборот, механическое перемещение косного (твердого) вещества, свойства живого вещества. Энергетика ПТК проявляется в интенсивности выветривания и скорости перемещения, рассеяния вещества и рассматривается нами в историческом аспекте со сложившимися в процессе развития ПТК ритмом и амплитудой колебаний и соответствующей биотой, адаптированной к этим ритмам и амплитудам колебаний параметров природной среды.

В настоящей работе приводятся результаты исследований устойчивости природных территориальных комплексов различного уровня рассмотрения (ПТК Европейской территории России, ландшафты Московской области и национального парка "Орловское полесье"). Подробно изучены качественные и количественные особенности основных параметров, определяющих энергетику ПТК (от которой зависит его устойчивость). Эти исследования можно рассматривать как элемент комплексной экологической оценки естественноисторической устойчивости ПТК к антропогенному воздействию.

Основной целью работы является разработка методологических и методических подходов оценки устойчивости ПТК к антропогенному воздействию и их апробация на ПТК различного иерархического уровня. В достижении поставленной цели предусматривалось решение следующих задач:

• разработка теоретической базы методологических и методических подходов к оценке устойчивости ПТК к антропогенному воздействию;

• анализ и выявление параметров, наиболее полно описывающих энергетику ПТК;

• подбор системы .параметров, определяющих устойчивое функционирование и развитие ПТК;

• создание балльных шкал и получение интегральных оценок устойчивости ПТК различного уровня к антропогенным воздействиям;

• районирование различных территорий на основе предлагаемых методологических и методических подходов.

Разработаны новые методологические и методические количественные подходы к оценке устойчивости ПТК к антропогенному

воздействию, основанные на анализе энергетики основных процессов его функционирования. Предложены количественные шкалы оценки различных параметров природных систем.

Изучение естоственноисторической устойчивости ПТК к антропогенным воздействиям может стать отправной точкой для дальнейших исследований на объектах различного уровня и в различных географических условиях. Определив степень устойчивости природной системы к антропогенному воздействию, можно сделать прогноз развития территории; на основе этой оценки можно делать вывод о целесообразности размещения новых или реконструкции старых хозяйственных объектов. Предлагаемые методологические и методические подходы могут быть использованы различными природоохранными организациями и использоваться в учебном процессе.

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ

На современном этапе развития ландшафтной экологии заметно усилился интерес исследователей к вопросам устойчивости экосистем, как естественно-природных, ненарушенных или мало нарушенных деятельностью человека, так и преобразованных человеком. Актуальность указанной проблемы продиктована ухудшением экологической ситуации в окружающей среде в связи с возрастающими антропогенными нагрузками и проблемой их регулирования.

Приступая к работе над вопросом устойчивости природных систем, можно отметить ряд важных проблем связанных с этим понятием: связь устойчивости с пространственной и функциональной иерархией, соотношение сложности систем с устойчивостью, применимость понятия устойчивости к территориальным единицам разного ранга, применимость физических и биологических моделей устойчивости в географии, зависимость устойчивости системы от типа внешнего воздействия, от его физико-химической природы, роль пространственного фактора в повышении устойчивости геосистем, особенности позиционной устойчивости, выделение устойчивых характеристик инвариантов в географических системах (Арманд, 1983). В настоящей работе нет возможности коснуться всех перечисленных проблем. В большей или меньшей степени затронута лишь часть из них. Предложены некоторые методологические подходы, основанные на количественном анализе устойчивости природных систем.

Необходимо добавить, что устойчивость природных систем к антропогенному воздействию следует воспринимать как особый природный

ресурс, своеобразную экологическую емкость, поскольку от нагрузки, которую способен выдержать ПТК, зависит степень допустимой хозяйственной деятельности на данной территории (Букс, 1987). Определив степень устойчивости природной системы к антропогенному воздействию, можно сделать прогноз развития территории; на основе этой оценки можно делать вывод о целесообразности размещения новых или реконструкции старых хозяйственных объектов.

В настоящей главе поставлена задача: рассмотреть, какие явления объективной действительности стоят за этими понятиями. Начнем с краткого анализа самого понятия.

1.1. Понятие «устойчивости» природной системы

Изучение вопроса устойчивости физико-географических систем начато в географии сравнительно недавно. В настоящее время разные авторы (Нефедов, 1977; Преображенский, 1983; Куприянова, 1983; Бигон и др., 1989 и др.) выделяют общие интересы экологов и географов к этой тематике, которые можно выделить в две основные причины. Первая - социально-функциональная или прикладная, обусловленная необходимостью сохранения некоторых состояний природных систем в условиях нарастающего влияния антропогенного воздействия и сохранения их ресурсо- и средовоспроизводящих функций. Устойчивость природной системы и есть мера его чувствительности к нарушению. Вторая - общетеоретическая или научная, связанная развитием представлений об объекте, изучаемом географией, обогащение методологии географии принципами системно-структурного анализа, идеями кибернетики и теории информации. Таким образом, две независимые причины объясняют важность понимания

факторов, придающих устойчивость или неустойчивость природным системам. Однако, прежде чем приступить к их рассмотрению, необходимо определить, что такое «устойчивость», а затем выделить вс е возможные ее аспекты.

Рассматривая этимологию слова «устойчивость» (sustainability), западные исследователи (Redclift, 1993; Vries, 1989) отмечают его латинское происхождение от глагола sustento. Английское же слово sustain, в переводе на русский означающее «поддерживать«, «подпирать«, «оказывать поддержку«, «придавать силу«, «защищать«, «подкреплять» имеет оттенок пассивного действия (Серебрянный, Скопин, 1998). Однако прилагательное от этой основы sustainable и производное от него sustainability уже содержит смысл активного действия и может быть переведено как слово «устойчивость».

Первоначально, возникнув в физике, математике, технике, этот термин был взят на вооружение биологами и географами. Математическая же трактовка устойчивости систем сводится к исследованию моделей, которые описываются дифференциальными уравнениями с применением методов

A. А. Ляпунова и др. Попытки использования этих методов для географических систем, в частности проведенных А.Д.Армандом (1983) и

B. А. Светлосановым (1977), показали ограниченность этого подхода и не достаточную пригодность для таких сложных систем, какими являются географические системы.

Механизмы формирования устойчивости природных территориальных комплексов настолько сложны и многообразны, что основная трудность в их теоретическом исследовании связана с построением адекватной математической модели. Географические объекты приходится

рассматривать в более широком диапазоне отношений и, соответственно, набор представлений об устойчивости должен быть в географии шире (Арманд, 1983).

Видимо надо признать, что, несмотря на большой интерес к проблеме устойчивости геосистем, говорить о теоретической разработанности этой категории знаний пока еще рано.

Делая анализ многочисленных работ (Сочава, 1978; Крауклис, 1974; Иванов, 1974; Дьяконов, 1974; Глазовская, 1976; Куликов, 1976; Гришанков, 1977; Солнцева, 1977; Арманд, 1983; Преображенский, 1983; Зубов, 1985; Одум, 1986; Александрова, 1988; Бигон и др., 1989; Светлосанов, 1990; Дьяконов, Иванов, 1991; Пузаченко, 1992; Мамай, 1991 и др.), посвященных понятию «устойчивость», можно определить его как одно из самых сложных и разночтимых в экологии и географии.

Среди различных определений устойчивости, применяемых в отношении географических объектов, А.Д. Арманд (1983) предлагает использовать следующее определение: устойчивость природной системы -это способность природной системы возвращаться после возмущения в исходное состояние. Система теряет такую способность, т.е. теряет устойчивость, если она вынуждена в ходе саморазвития проходить критическую точку (границу, критическое состояние).

Давая свою формулировку устойчивости Ю.Г. Липец (1983) выделяет три ее типа: 1) позиционную устойчивость, которая отражает фиксиро-ванность элементов геосистемы на заданной территории; 2) структурную устойчивость, которая отражает наличие связей между элементами данной системы или различными системами; 3) функциональную устойчивость, которая определяет динамику систем.

По мнению А. Г. Исаченко (1997) можно различать потенциальную и реальную устойчивость ландшафта: первое понятие относится к естественному (ненарушенному) состоянию, второе — к современному, «вобравшему» в себя все наслоения, накопившиеся за историю человеческого воздействия. Кроме того, не менее актуален вопрос о перспективной или прогнозной устойчивости ландшафта, относящейся к сценариям будущего поведения ландшафта.

В обзорах Р. Левонтина (1969), А.П. Левича (1976), в сборнике "Устойчивость геосистем" (1983) приведен ряд иных определений и пониманий термина "устойчивость" и близких к нему понятий, которые могут быть интерпретированы как инертность, восстанавливаемость и пластичность.

М. Д. Гродзинский (1987) и И.И.Мамай (1993), предлагая в своих работах определение "устойчивости", разделяют это понятие на три различные формы: 1) способность геосистемы при внешнем воздействии сохранять свое состояние в течение заданного временного интервала неизменным; 2) способность восстанавливать после возмущения свое исходное состояние; 3) наличие у геосистемы нескольких состояний и ее способность переходить в случае необходимости из одного состояния в другое, сохраняя за счет этого инвариантные черты структуры. Эти три формы устойчивости геосистемы названы М. Д. Гродзинским (1987), соответственно: инертностью, восстанавливаемостью и пластичностью. Следовательно, устойчивость геосистемы состоит в ее способности при воздействии внешнего фактора пребывать в одном из своих состояний и возвращаться в него за счет инертности и восстанавливаемости, а также

переходить из одного состояния в другое за счет пластичности, не выходя при этом за рамки инварианта в течение заданного интервала времени.

Таблица 1

Соотношение общих форм устойчивости геосистем с различными определениями понятия «устойчивость» и ее форм (М. Д. Гродзинский, 1987)

Термин Автор, год Определение понятия Общая форм устойчивости*

Устойчивость B.C. Преображенский, Л.И. Мухина, 1978 Сопротивляемость внешним воздействиям и способность к восстановлению нарушенных этими воздействиями свойств И + В

Устойчивость А.Д. Арманд, 1983 Способность возвращаться после возмущения в исходное состояние В

Устойчивость Т.П. Куприянова, 1983 Способность активно сохранять свою структуру и характер функционирования в пространстве и во времени при изменяющихся условиях среды и + в + п

Устойчивость Ю.Г. Пузаченко. 1983 C.S. Holling, 1973 Способность изменяться под воздействием возмущения, но возвращаться в исходное состояние В

Устойчивость циклическая G.H. Orians, 1975 Наличие устойчивых лимитированных циклов п

Устойчивость полная Wu Lilian Shiao-Yen, 1978 В течение заданного времени экосистема остается в некоторой ограниченной области фазового пространства и

Устойчивость существенная Там же Близость отклонения переменных к ограниченной области фазового пространства (если значительны по величине, то мгновенны во времени и наоборот) В

Инвариантность Ю.Г. Пузаченко, 1983 Свойство не изменять свое состояние при внешних воздействиях, противостоять возмущениям и

Инерция W.E. Westman, 1978 То же и

Упругость C.S. Holling, 1973, Светлосанов, 1976 Наличие нескольких устойчивых положений равновесия в системе, которая под действием возмущения переходит из одного состояния в другое, сохраняя при этом внутренние связи п

Устойчивость W.E.Westman, 1978 Способность восстанавливать исходную структуру после возмущения В

Эластичность G.H. Orians, 1975 То же в

Постоянство Там же Отсутствие изменений в экосистеме и

Амплитуда Там же Расстояние, с которого экосистема может вернуться в исходное состояние в

Устойчивость общей тенденции, тренда Там же Определение не дано Либо в, либо П

Примечание. * И - инертность, В - восстанавливаемость, П - пластичность.

Данное определение (и соответствующий термин), как и три возможные формы устойчивости геосистемы, может быть соотнесено с одной или несколькими из общих форм устойчивости географической системы. В этих целях М. Д. Гродзинским (1987) предложена таблица, позволяющая установить основные различия и сходство между разными определениями понятия "устойчивость" (табл. 1).

В действительности понятие «устойчивость» используется во многих значениях. Все определения могут быть внешне противоречивы или же в них прослеживается вполне очевидное единство. Свой обзор определения устойчивости географических систем и его использования приводит в свое�