Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Пространственно-временной анализ организации агроландшафтов на основе дистанционных методов и ГИС-технологий

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временной анализ организации агроландшафтов на основе дистанционных методов и ГИС-технологий"

На правах рукописи

Трапезникова Ольга Николаевна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЗАЦИИ АГРОЛАНДШАФТОВ НА ОСНОВЕ ДИСТАНЦИОННЫХ МЕТОДОВ И

ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ (НА ПРИМЕРЕ ЮЖНОТАЕЖНОЙ ПОДЗОНЫ ЗАПАДНОГО ПРИКАМЬЯ)

25.00.36 - геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва 2004 ^^^^

Работа выполнена в Институте геоэкологии Российской академии наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор географических наук, А.С. Викторов

доктор географических наук, профессор К.В. Чистяков

доктор географических наук, Н.М. Новикова

Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова

Защита состоится " " 2004 в на заседании

диссертационного совета Д 220.025.01 при Государственном университете по землеустройству Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по адресу: 105064, г. Москва, ул. Казакова, 15 Факс дисс. Совета: (095) 261-71-13

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного университета по землеустройству Министерства сельского хозяйства Российской Федерации по адресу: 105064, г. Москва, ул. Казакова, 15

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения просим направлять в адрес университета на имя ученого секретаря Совета

Автореферат разослан

"6 " MJtfoflOMr.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

З.В. Козелкина

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одной из современных проблем геоэкологии является разработка теоретико-методических основ рационального

природопользования. Знание о состоянии и свойствах природных, в частности, земельных ресурсов является основой рационального природопользования. Хотя в результате многовекового

сельскохозяйственного освоения и использования земель естественные природные комплексы были замещены агрогеосистемами на обширных территориях, осознание необходимости их всестороннего исследования и методы их пространственно-временного анализа сформировались лишь в последние десятилетия (Ф.М. Мильков, В.А.Николаев, B.C. Жекулин, В.М. Чупахин, В.М.Фридланд, А.С. Викторов и др.). Чаще всего агроприродные исследования носят узко прикладной характер, такие исследования, безусловно, нужны, но необходимо также изучать собственно агрогеосистемы (агроландшафты), в том числе их пространственно-временную организацию.

Практическая актуальность темы обусловлена тем, что оценка экологического состояния и решение геоэкологических проблем любого сельскохозяйственного региона возможно лишь при знании закономерности взаимодействия природной и антропогенной составляющих, особенностей их эволюции и структуры. В то же время природная и социальная компоненты не являются постоянными и современная динамика агроландшафта находится под воздействием глобальных и региональных изменений.

Цели и задачи исследования. Целью исследования является изучение развития пространственной организации агроландшафтов южной тайги Западного Прикамья на основе анализа параметров взаимодействия природной и антропогенной составляющих.

Для достижения поставленной цели необходим^ещени^сш^юших задач:

- разработка методической базы для решения задач пространственно-временного анализа организации агроландшафтов в таежной зоне;

- создание исследовательской ГИС для анализа организации агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья

- изучение современной агроландшафтной структуры территории;

- исторический анализ развития агроландшафтной структуры территории;

- выявление основных факторов и закономерностей, определяющих современную организацию агроландшафтов.

Объект и методы исследования Объектом исследования являются агроландшафты южнотаежной подзоны Западного Прикамья. Агроландшафты этого региона интересны тем, что на протяжении более 1000 лет вплоть до второй половины XIX века стихийное развитие агроландшафтов происходило непрерывно без существенных экологических и экономических проблем и социальных потрясений, что свидетельствует о некотором экологическом равновесии в сформировавшейся агроландшафтной структуре. Кроме того, Южнотаежное Прикамье -единственный регион в пределах таежной зоны Восточно-европейской равнины, не подвергавшийся четвертичным оледенениям. Это обусловливает высокую степень генетической и возрастной однородности природных ландшафтов по сравнению с другими частями таежной зоны. Предметом исследования являются особенности современной пространственной структуры агроландшафтов региона, сформировавшиеся в результате длительного эволюционного развития как результат взаимодействия природной и антропогенной составляющих. Для исследования агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья был использован набор разнообразных методов, включая методы: дистанционного зондирования, геоинформационный, сравнительно-географический, исторический, ландшафтный и ландшафтно-

индикационный, количественного анализа статистических и картографических данных. Научная новизна работы включает

- Развитие совокупности новых представлений о пространственной организации и развитии агроландшафтов в южнотаежной подзоне Западного Прикамья, базирующихся на анализе современной морфологии и исторических факторах ее формирования, а именно:

• формирование и историческое развитие особого типа агрогеосистем -"поречий",

• унаследованность современной агроландшафтной структуры поречий.

- Выявленные закономерности развития и организации агроландшафтов в таежной зоне на примере южнотаежной подзоны Западного Прикамья, включая закономерности и причины дифференциации количественных показателей пространственной агроландшафтной структуры Обвинского и Иньвенского поречья,

- Элементы новых методов пространственно-временного анализа, базирующиеся на комплексном рассмотрении разновременных дистанционных, статистических и картографических данных на основе ГИС-технологий.

- Новые ландшафтные и агроландшафтные карты исследуемой территории.

Практическая значимость Результаты проведенного исследования могут быть практически использованы:

- для оценки геоэкологической ситуации в условиях сельскохозяйственного использования земель таежной зоны,

- для изучения экологических процессов и разработки природоохранных мероприятий на базе учета количественных закономерностей морфологического строения агроландшафтов,

- для оптимизации сельскохозяйственного использования южнотаежных территорий.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседании индикационного коллоквиума комиссии биогеографии МОИП в 2003 г.; заседании семинара МГУ "Культурный ландшафт" в 2003 г.; юбилейной интернет-конференции "Культурный ландшафт: теория и практика", 2003 г.; международной конференции "Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения", Архангельск, 2002 г.; 9-ой ежегодной конференции Международной ассоциации по математической геологии (1АМС), секция ГИС, Германия, 2002 г.; международной конференции МГС "Взаимодействие общества и окружающей среды в условиях глобальных и региональных изменений", Барнаул, 2003 г.; международной конференции "60 лет развития методов дистанционного зондирования природных ресурсов: итоги и перспективы", Санкт-Петербург, 2004 г.; на 32-ом Международном геологическом конгрессе, секция "Геоархеология для климатических изменений и катастрофических событий в человеческой истории", Италия, 2004 г.

Составленные автором по материалам космической съемки агроландшафтная карта региона масштаба 1:1 000 000 и ландшафтная карта и карта переувлажнения пахотных земель Камско-Обвинского междуречья масштаба 1: 50 000 использовались при оценке природно-мелиоративного состояния земель Пермской области. По теме диссертации автором опубликованы 12 работ.

Основные исходные материалы для изучения агроландшафтной структуры южно-таежного Прикамья включают: статистические данные разного времени, топографические карты и схемы региона и отдельных частей 1890, 1925, 1940, 1980 г. г., геологическая, почвенная и карта сельскохозяйственных угодий региона, космические снимки среднего и

высокого разрешения 1975-2000 г.г), собственные полевые материалы, литературные и фондовые материалы включая археологические, исторические и палинологические источники). Защищаемые положения

1. Основной особенностью агроландшафтной структуры южнотаежной подзоны Западного Прикамья является развитие поречий. Поречья представляют собой целостные агрогеосистемы, формирующиеся в долинах рек, окруженных таежными лесными ландшафтами.

2. К отличительным особенностям пространственной структуры поречий относятся:

формирование из объединения отдельных звеньев, носивших "мелкоядерный характер" и состоявших из устойчивого ядра пахотных земель с населенным пунктом в центре и (на первом этапе) динамичной периферией,

развитие на первой стадии кластерного морфологического рисунка с группировкой в дендритовую структуру линий, переходящего позднее в лопастно-дендритовый рисунок

2. Возникновение и развитие поречий обусловлено как природными, так и социально-историческими факторами: развитием в междуречьях таежных природных комплексов, малодоступных и малопригодных для сельскохозяйственного освоения при относительной доступности и пригодности долин небольших рек; наличием внешней угрозы; развитием уровня агротехники, достаточного для сельскохозяйственного освоения земель в долинах; "подворно-захватным" типом землепользования.

3. Одной из основных особенностей современной агроландшафтной структуры территории южнотаежного Западного Прикамья является ее унаследованность, выражающаяся в том, что в течение длительного времени сельскохозяйственные угодья поречий сохраняют главнейшие особенности пространственной структуры.

4. Современная агроландшафтная структура территории имеет свои количественные закономерности, отражающиеся в расчлененности контуров и площадных соотношениях.

5. Для проведения пространственно-временного анализа агроландшафтной структуры территории наиболее целесообразно использование геоинформационных технологий.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из Введения, 4 глав, Заключения, списка литературы, включающего 115 наименований и приложения. Работа изложена на 165 с, содержит 45 таблиц и 30 рисунков. Автор выражает глубокую благодарность всем сотрудникам лаборатории дистанционного мониторинга геологической среды ИГЭ РАН и, особенно, с.н.с. к.г.н. A.M. Манохину за постоянную моральную поддержку и практическую помощь в работе над диссертацией.

Содержание работы ГЛАВА 1. Методика пространственно-временного анализа агроландшафтов таежной зоны

Целью первой главы является рассмотрение основных понятий агроландшафтных исследований и характеристика методов пространственно-временного анализа. Концепция "агроландшафта", сформировалась в современном ландшафтоведении (Ф. Н. Мильков, В.А Николаев и др.) сравнительно недавно, также как и сам термин "агроландшафт", несмотря на то, что влияние сельскохозяйственного производства на природу всегда исследовалось в физической географии (А.Гумбольт, В. В. Докучаев и др.). Однако в классическом ландшафтоведении преобладала тенденция "вынесения за скобку" антропогенных изменений при изучении природного ландшафта. Осознание недостаточности подобного подхода привело к развитию нескольких направлений агроприродных исследований, включая агроэкологическое

направление, качественную оценку (бонитировку) земель, адаптивное ландшафтное земледелие и другие.

Согласно современным представлениям "агроландшафт - это природно-антропогенная ресурсовоспроизводящая и средообразующая гео(эко)система [Николаев, 1990]. В отличие от прочих средообразующих антропогенно-измененных комплексов (лесотехнических, рекреационных и др.), где природная компонента доминирует, и природно-промышленных систем с доминированием технической компоненты [Природа, техника, геотехнические системы, 1978] для агроландшафтов характерна одинаково существенная роль всех составляющих его компонент: природной и антропогенной (технической и социально-экономической). Если в случае более или менее равномерного сельскохозяйственного использования территории существующие природные рубежи и рационально рассматривать в качестве границ агроландшафтов, то там, где сельскохозяйственное освоение территории носит очаговый характер, представляется неправильным расчленять сельскохозяйственный ареал, сформировавшийся как единое целое. Крупные изолированные агрогеосистемы могут рассматриваться как единое целое, и тогда их границы следует проводить с учетом границ сельскохозяйственного освоения. Под агроландшафтной структурой в исследовании понимается природно-техногенная мозаика, образованная агрогеосистемами на земной поверхности.

Изучение пространственной организации агроландшафтов требует изучения развития агрогеосистем с момента их возникновения, так как многие их характеристики зависят от предшествующего периода развития. Поэтому в агроландшафтных исследованиях невозможно обойтись без исторического анализа и использования самых разнородных данных, включая палеогеографические и археологические, что, в свою очередь, требует специфических методических подходов.

В результате проведенного исследования выработана схема пространственно-временного анализа агроландшафтной структуры, состоящая из семи этапов.

На первом этапе традиционными ландшафтными и ландшафтно-индикационными методами по материалам дистанционного зондирования с соответствующей полевой заверкой результатов дешифрирования создается ландшафтная карта.

На втором этапе осуществляется изучение особенностей сельскохозяйственного использования земель, включая картографирование сельскохозяйственных угодий, характеристику отраслей сельского хозяйства, присущих исследуемому региону, сбор и первичный анализ статистической информации по теме исследования.

На третьем этапе создается исследовательская ГИС, в основе которой лежит ландшафтная карта (карты) территории, которая служит для территориальной привязки всей исходной разнородной информации, и выступает как самостоятельный инструмент, позволяющий проводить пространственно-временной анализ различного уровня сложности с большим количеством материалов самого разного вида и содержания. Четвертый этап включает в себя компьютерную обработку материалов дистанционного зондирования. Современные программные средства обработки МДЗ, такие как ERDAS, Ilwis, Envi, позволяют достаточно уверенно дешифрировать сельскохозяйственные угодья при помощи различных классификационных процедур с обучающими выборками. На пятом этапе проводится анализ собранной и созданной картографической, статистической и иной информации. Выявляются пространственные закономерности агроландшафтной структуры территории, в том числе особенности развития негативных природных и природно-техногенных процессов, таких как эрозия почв, заболачивание и др. Такой анализ помимо традиционных методов опирается на обширный

инструментарий современных геоинформационных систем, включающий расчеты, связанные с геометрическими характеристиками объектов (площади и их соотношение, протяженность границ, координаты центральных точек, ориентация контуров), создание тематических карт по избранным характеристикам, анализ статистической информации. В результате создаются синтетические карты агроландшафтной структуры территории, отражающие современное состояние ландшафтной оболочки. Шестой этап представляет собой исторический анализ развития агроландшафтов. Его цель установить истоки современной структуры агроландшафтов, степень ее унаследованности и устойчивости, в том числе экологической.

На заключительном седьмом этапе осуществляется синтез полученной информации. Делаются выводы о степени устойчивости структуры агроландшафтов к воздействиям различного генезиса, о превалирующих в исторической перспективе тенденциях развития и проблемах. Для осуществления сравнительного анализа была создана исследовательская геоинформационная система (ГИС) "Агроландшафтная структура южнотаежной подзоны Западного Прикамья" на основе ГИС-оболочки Maplnfo. Компьютерной обработке был подвергнут космический снимок, сделанный ИСЗ Ресурс-01-3 сканером МСУ-СК 10 мая 1997 г. В задачу компьютерной обработки входило выделение сельскохозяйственных земель. Выделение проводилось по классификации максимального правдоподобия с помощью обучающей выборки, так как этот метод давал наиболее приемлемые результаты при сравнении с результатами визуального дешифрирования. Поскольку сканер МСУ-СК является сканером среднего разрешения (размер пиксела 140 м х 185 м), при компьютерном дешифрировании выделялись не столько отдельные поля и другие сельскохозяйственные угодья, сколько их массивы, так как за счет генерализации близко расположенные поля с относительно случайными узкими разделительными полосами сливались в

единые массивы сельскохозяйственных земель. Таким образом, через естественную генерализацию учитывается фактор близости сельскохозяйственных угодий и облегчается пространственный анализ агроландшафтной структуры. Как показало сравнение с аналогичными измерениями на картах, полученных в результате дешифрирования снимков высокого разрешения, такая генерализация позволяет получить более осмысленные результаты анализа.

ГЛАВА 2. Факторы организации агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья

Целью второй главы является рассмотрение природных и социально-экономических факторов развития и организации агроландшафтов региона. Подробно рассмотрены природные условия региона, включая геолого-геоморфологическую характеристику, климатические и агроклиматические особенности, почвенныйу и растительнй покров. Даны описания и представлены ландшафтные карты южнотаежного Прикамья (масштаб 1:1 000 000) и Обвинско-Камского междуречья (масштаб 1:100 000), выполненные автором по материалам космических съемок и данным собственных полевых исследований (рис.1).

Наряду с природными различиями расмотрены факторы экономико-географического положения, демографической ситуации и другие. Некоторые факторы имеет исторические и этнические корни. Главные отрасли экономики региона - сельское и лесное хозяйство. Тем не менее, в Пермской области этот регион носит ярко выраженный аграрный характер, так как сельскохозяйственное использование (доля сельскохозяйственных угодий и распаханность) исследуемого региона выше среднего по области, а лесистость ниже.

Рис.1. Ландшафтная карта южнотаежной подзоны Западного Прикамья ГЛАВА 3. Эволюция агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья

Данный раздел работы представляет собой изложение результатов проведенного исторического и палеогеографического анализа развития агроландшафтной структуры региона по фондовым и литературным данным. Как показал анализ литературных источников (работы археологов и историков О.Н. Бадера, В.А. Оборина, И.Л. Жеребцова, Д.С. Дерендяева,

палеогеографов В.А.Зубакова, Н.В. Кинд, О.В. Смирновой, С.А. Турубановой и др.), в лесном Прикамье первое оседлое население, занимавшееся земледелием, появилось в период бронзы (от 2000 до 700 г. до н.э.). Первоначально оседлые племена селились в долинах крупных рек, таких как Кама, Вятка и Белая, однако в эпоху Великого переселения народов в середине I тысячелетия н.э. под натиском воинственных племен кочевников, переняв у них новые животноводческие навыки (использование лошадей), предки современных коми освоили верхнюю Каму и ее притоки. В IX-XII в.в. граница расселения земледельческих племен, а, следовательно, и распространения агрогеосистем, проходила на севере по р. Колве (в районе г. Чердынь), на западе - по левому берегу верхней Камы, на востоке по долине р. Камы и ее левым притокам вплоть до предгорий Урала; южная граница проходила по долине р. Обва. Хозяйство этой культуры, названной родановской, было комплексным, с ведущей ролью пашенного земледелия, зарождением паровой (двух-трехпольной) системы. Развитие агрогеосистем в процессе стихийной русской колонизации региона XIV - XVII в. происходило экстенсивно в результате образования новых звеньев агроландшафтной структуры за счет расселения избыточного населения в новые поселения "починки", число которых росло быстрее, чем народонаселение [Устюгов, 1962]. В результате, внутренняя организация описываемых агрогеосисем формировалась из отдельных звеньев, состоящих из устойчивого ядра пахотных земель с населенным пунктом в центре и динамичной периферией, где практиковалось подсечное земледелие. Таким образом, проведенный исторический анализ позволил сделать вывод, о том, что результатом аграрного освоения таежных притоков Камы земледельческими племенами стало формирование в этом регионе своеобразных агрогеосистем - поречий (рис.1). Поречья представляют собой целостные агрогеосистемы, для которых характерно формирование в долинных и придолинных местностях массивов сельскохозяйственных

земель вокруг исторически связанных между собой многочисленных мелких селений.

Самые крупные и хорошо сохранившееся доныне - Иньвенское поречье в бассейне р. Иньва и Обвинское поречье в бассейне р. Обва. Такое экстенсивное развитие поречий происходило до тех пор, пока сохранялось "подворно-захватное" землепользование, в условиях натурального сельского хозяйства обеспечивающее экологическое равновесие между численностью населения и продуктивностью сельскохозяйственных угодий. Однако после отмены крепостного права в связи с введением общинной собственности на землю такой тип развития стал невозможным. Это привело к некоторой деградации агрогеосистем поречий и было одной из причин экологического кризиса сельского хозяйства региона в конце XIX века [Материалы..., 1898]. Несмотря на это, проведенный нами анализ статистических данных по районам Пермского округа на начало XX века подтверждает, что пространственная структура поречий, и именно поречий, была настолько устойчива, что сохранялась, по крайней мере, до начала коллективизации и индустриализации в сельском хозяйстве. Так, если малодворность характерна для всего региона (число населенных пунктов с количеством дворов больше 15 превышает 50% только в одном из районов, Очерском), то по удаленности пашни отчетливо выделяется 3 группы районов. Для первой группы районов (Ленинского, Ильинского, Чермозского и Нердвинского) максимум пахотных земель расположен на расстоянии до 3 км от селения, во второй группе районов (Мотивилихинском, Нытвенском, Очерском, и Верещагинском) максимум пашни расположен на расстоянии 4-6 км от поселений. Карагайский и Верещагинский районы (третья группа) занимают промежуточное положение между первой и второй группами, так как хотя и характеризуются максимумом пашни на расстоянии 4-6 км от селений, этот максимум в Карагайском и Верещагинском районах выражен слабее, чем в других, и его значение (около 50 %) довольно близко к доле пашни,

удаленной на расстояние до 3 км (43,6% у Карагайского района и свыше 30% у Верещагинского). Районы второй группы занимают юг региона, т.е. фактически находятся вне поречий, на границе южной тайги и зоны хвойно-широколиственных лесов, тогда как типичные южнотаежные районы первой группы и промежуточные районы принадлежат Обвинскому поречью. В 60-х годах XX века стал очевиден новый кризис сельского хозяйства, усиленный все возрастающим разрывом между уровнем жизни в деревне и в городе. И в то же время, как показал проведенный сравнительный анализ картографических и статистических материалов конца XIX и начала XX века с современными статистическими данными и результатами дешифрирования МДЗ, несмотря на то, что внутренняя структура поречий разрушилась в результате принципиальных изменений расселения сельских жителей, а площадь пахотных земель сократилась по сравнению с первой половиной XX века, общие особенности пространственной агроландшафтной структуры региона, включая поречья, сохранили свои основные черты. Таким образом, проведенный исторический анализ показывает, что агроландшафтная структура поречий является унаследованной и устойчиво существующей в течение длительного времени.

ГЛАВА 4. Пространственный анализ агроландшафтной структуры южнотаежной подзоны Западного Прикамья

Целью пространственного анализа агроландшафтной структуры региона было выявление качественных и количественных характеристик пространственной организации агроландшафтов. Анализ пространственной агроландшафтной структуры региона осуществлялся на локальном и региональном уровнях.

На локальном уровне в пределах индивидуальных ландшафтов рассматривалась агроландшафтная структура Обвинско-Камского междуречья, отличающегося максимальным ландшафтным разнообразием. Здесь на участке размерами примерно 60 х 60 км было нами выделено 8

индивидуальных ландшафтов, в которых встречается 6 видов местности (рис.2).

Анализ показывает, что на данной территории происходит смена агроландшафтной структуры. К югу от Обвинского поречья организация агроландшафтов меняется в связи с изменением природно-климатических условий. В частности, из таблицы 2 видно, что вне поречий (Нытвенская равнина) распаханность междуречного волнисто-равнинного типа местности превышает 50%, тогда как распаханность того же типа местности в пределах Обвинской равнины (Обвинское поречье) меньше 50%, а из других видов местности сильнее всего распаханы террасы и склоны крупных речных долин. Также, интересно отметить, что число исчезнувших с начала XX века населенных пунктов в пределах Обвинской равнины и в абсолютном и в относительном исчислении гораздо выше, чем на Нытвенской равнине. На втором этапе был проведен общий анализ агроландшафтной структуры региона. В качественном отношении для пространственной структуры поречий характерен лопастно-дендритовый рисунок, возникший в результате развития первоначального кластерного рисунка с группировкой в дендритовую структуру линий. Фрагменты кластерного рисунка сохранились по периферии поречий. Причиной формирования такого рисунка является, во-первых, развитие природных ландшафтов под влиянием ведущей роли флювиальных процессов, а во-вторых, уже описанная выше приуроченность агрогеосистем к долинам рек. В то же время, на космических снимках региона видно, что пространственная структура Обвинского и Иньвенского поречий различна. Четкий дендритовый рисунок характерен прежде всего для Иньвенского поречья, тогда как Обвинское поречье отличается более сложной структурой с элементами дедритового рисунка. Для количественного анализа пространственной структуры агрогеосистем был использован космический снимок региона был обработан программой обработки космических снимков ENVI-3.4, методом обучающей выборки, с

алгоритмом максимального правдоподобия с целью выделения сельскохозяйственных угодий.

Целью количественного анализа агроландшафтной структуры было выявление пространственных различий с помощью показателя, именуемого "коэффициентом расчлененности". Была использована одна из модификаций близких по смыслу показателей, которые применялись разными авторами в различных исследованиях [Викторов, 1998]. Используемый нами коэффициент расчлененности показывает, насколько данный массив сельскохозяйственных угодий имеет более изрезанные границы по сравнению с квадратным полем той же площади.

где Р - периметр объекта, a 5 - его площадь.

Полученные значения коэффициента расчлененности колеблются от 1,02 (т.е. близко к минимально возможной расчлененности) до 13,84. Все массивы сельскохозяйственных угодий были разделены в соответствии с коэффициентом расчлененности на 3 группы.

Первая группа объединяет массивы угодий относительно малой площади (средняя площадь менее 9 кв. км), коэффициент расчлененности которых менее 4. Эта группа массивов представляет собой те сохранившиеся звенья внутренней "мелкоядерной" структуры поречий (одно или несколько расположенных рядом), которые были зафиксированы в ходе исторического анализа, в условиях, когда плотность сельскохозяйственных объектов мала и такие звенья (или несколько звеньев) оказываются изолированными друг от друга. Массивы, образующие третью группу (К>8) возникают, когда при увеличении плотности сельскохозяйственного использования земель первичные звенья сливаются в единые массивы сложной структуры, что отражается на резком увеличении коэффициента расчлененности. Группа 2 занимает промежуточное положение, объединяя массивы сельскохозяйственных угодий среднего размера (в среднем 40-70 кв. км) и

средние значения коэффициента расчлененности (К=4-8). Наконец, наиболее расчлененные массивы (К>13) приурочены только к сильно изрезанному холмисто-увалистому типу местности южнее границ поречий. Анализ составленной карты (рис.2) показывает, что крупные массивы приурочены, главным образом, к поречьям - Иньвенскому и Обвинскому, в то время как периферийные территории (за исключением юга региона) заняты отдельными сравнительно небольшими массивами, характеризующимися сравнительно невысокими показателями К (от 2 до 4). Рассмотрим морфологическую структуру агроландшафтов поречий. В Иньвенском поречье преобладают крупные массивы угодий с высокой расчлененностью (8-10). Однако в центральной части поречья расчлененность массива на 2 градации ниже (4-6). По-видимому, это следствие многовекового сельскохозяйственного использования этой территории и оно отражает исторический очаговый характер распространения сельскохозяйственного освоения поречья: из центра на периферию по мере роста населения. Кроме того, крупные массивы сельскохозяйственных земель с низкой и средней расчлененностью характерны для нижнего течения р. Иньвы, где пахотные земли располагаются на относительно широких и ровных высокой пойме и надпойменных террасах.

Обвинское поречье крупнее и характеризуется более разнородной структурой с точки зрения расчлененности массивов сельскохозяйственных угодий земель.

Таким образом, анализ морфологической структуры Обвинского и Иньвенского поречий показал, что при близости природных, исторических и экономических условий развития, они, тем не менее, различаются по своей структуре. Иньвенское поречье характеризуется более однородной структурой, тогда как Обвинское поречье крупнее и для него характерна более разнообразная агроландшафтная структура. Это связано отчасти с

более широким распространением азональных почв дерново-карбонатного ряда на элюво-делювии коренных пород

Рис 2 Карта расчлененности и графики эмпирического распределения площадей сельскохозяйственных угодий

Однако основной причиной выявленных в результате морфометрического анализа различий агроландшафтной структуры представляется климатический фактор Важный агроклиматический рубеж по соотношению

сумм активных температур и отрицательных температур воздуха, накопленных за год (см. главу 2), разделяющий эти два поречья отражается на развитии их структуры. Относительно более суровые климатические условия Иньвенского поречья, по-видимому, накладывают значительные ограничения на выбор участков для сельскохозяйственного использования, прежде всего, пашни. Предпочтение отдается склонам южных экспозиций с лучшим дренажем и близким залеганием коренных пород, что способствует меньшей оподзоленности почв. В условиях короткого лета и повышенного весеннего увлажнения почв только на таких участках посевы успевают вызревать. Тем самьм, по всему Иньвенскому поречью за исключением его наиболее населенной центральной части и отдельных плоских и широких террас массивы сельскохозяйственных угодий образуют одну и ту же сильно расчлененную структуру, определяющуюся избирательным, но единым подходом к использованию земель.

Климатические условия Обвинского поречья не накладывали столь жестких ограничений на сельскохозяйственное использование земель. По-видимому, по этой же причине, по крайней мере, с XVII века и до сего дня здесь отмечается большая плотность населения. Менее суровые климатические условия южного поречья привлекали туда, больше людей, в особенности, как показывают статистические данные, в период крестьянской колонизации Пермского края в XVI-XVII веков, пришедшейся на так называемый малый ледниковый период, когда эти различия были особенно существенны для сельскохозяйственного освоения территории (см. главу 3). В результате этих факторов здесь вовлекается в сельскохозяйственное использование больший спектр природных урочищ и местностей, следствием чего и является наличие массивов угодий различной структуры, отражающейся в разнообразии значений коэффициента расчлененности.

Выводы

1. Проведенный исторический и морфологический анализ агроландшафтной структуры позволил выявить, что в южнотаежной подзоне Западного Прикамья сформировались своеобразные агроландшафтные структуры - поречья, для которых характерно наличие приуроченных к долинам некрупных рек исторически связанных между собой многочисленных селений с ' окружающими их массивами сельскохозяйственных земель ("мелкоядерное" строение).

2. Поречья возникли в результате внешней угрозы для земледельческого населения региона, когда лесные непроходимые междуречья служили защитой для населения, а агротехнический уровень стал достаточен для освоения земель с тяжелым гранулометрическим составом почв в долинах притоков Камы. Поречья формировались в таких условиях природной среды, когда лишь отдельные урочища, главным образом, в долинах рек, могли быть использованы в сельском хозяйстве, а окружающие их междуречные таежные природные комплексы были малодоступны и не пригодны для сельскохозяйственного освоения. Экстенсивный рост поречий, обеспечиваемый "подворно-захватным" типом землепользования, являлся необходимым условием их развития и устойчивого существования в условиях натурального хозяйства, так как он поддерживал экологическое равновесие между численностью населения и продуктивностью сельскохозяйственных угодий.

3. Выполненный анализ картографических, статистических и дистанционных данных на основе ГИС-технологий позволил выявить унаследованный характер пространственной структуры поречий, оказавшийся устойчивым к изменениям социально-экономических условий.

4. Составление и последующий анализ ландшафтной и агроландшафтной карт в совокупности с результатами исторического анализа дал возможность выявить характерные особенности пространственной структуры поречий,

состоящие в развитии на первой стадии кластерного морфологического рисунка с группировкой в дендритовую структуру линий, позднее переходящего в лопастно-дендритовый рисунок.

5. Выполненный количественный анализ пространственной структуры агрогеосистем позволил установить их закономерности, такие как особенности расчлененности контуров массивов сельскохозяйственных угодий, площадные соотношения распаханности по поречьям, различным видам местности и индивидуальным ландшафтам.

6. Количественный анализ современной агроландшафтной структуры территории, проведенный с помощью средств ГИС по картографическим материалам и результатам визуального и компьютерного дешифрирования МДЗ показал:

- обособление агрогеосистем поречий в современной агроландшафтной структуре региона;

- дифференциацию пространственной структуры Иньвенского и Обвинского поречий несмотря на развитие в сходных природных, исторических и социальных условиях, которую можно объяснить тем, что агроландшафтная структура территории чутко реагирует на сравнительно небольшие, но реальные климатические изменения.

7. Проведенный пространственно-временной анализ позволяет сделать вывод о закономерном характере агроландшафтной структуры поречий для южнотаежных территорий, не подвергшихся процессам оледенения: он обусловлен:

- жесткими климатическими условиями южнотаежной подзоны, делающими пригодными для сельскохозяйственного использования очень узкий спектр урочищ;

- дендритовым типом естественного ландшафтного рисунка, характерного для территорий с преимущественным развитием флювиальных процессов

- сочетанием слабой доступностью для освоения и расселения междуречных НТК и значительной доступностью и одновременно защищенностью долинных ландшафтов.

8. Выявленная климатическая дифференциация пространственной агроландшафтной структуры позволяет дать первичное обоснование возможного механизма влияния климатических изменений на состояние естественного растительного покрова через избирательное сельскохозяйственное замещение существовавших ранее биоценозов.

9. Проведенные исследования позволили установить рациональную методическую схему пространственно-временного анализа агроландшафтной структуры, базирующуюся на использовании дистанционных методов и ГИС-технологиях. Компьютерная обработка материалов дистанционного зондирования позволила получить карту массивов сельскохозяйственных угодий и провести морфометрический анализ агроландшафтной структуры территории, который выявил различия, в частности, в агроландшафтной структуре Обвинского и Иньвенского поречий.

10. Результаты проведенного исследования могут быть практически использованы:

- для оценки геоэкологической ситуации в условиях сельскохозяйственного использования земель таежной зоны, так как позволяют прогнозировать распределение разнородных воздействий на природную среду, связанное с характерной пространственной агроландшафтной структурой и особенностями ее развития;

- для изучения экологических процессов и разработки природоохранных мероприятий на базе учета количественных закономерностей морфологического строения агроландшафтов, таких как параметры расчлененности;

- для оптимизации сельскохозяйственного использования южнотаежных территорий, так как объективная устойчивая унаследованность выявленной агроландшафтной структуры (поречья) заставляет сделать вывод о ее вероятной оптимальности, как пространственной формы освоения территорий подобного типа в большом диапазоне социально-экономических и технологических условий.

Публикации по теме диссертации

1. Методы изучения природно-мелиоративного состояния земель и экологических последствий мелиорации Пермской области // Сборник научных трудов В/О "Союзводпроект" Дистанционные методы исследований в мелиорации, М., 1989 г. - с.34-39, (в соавторстве с О. С. Симонович);

2. Применение аэрокосмических методов для изучения агроландшафтов южной тайги Западного Прикамья // Сборник научных трудов В/О "Союзводпроект" Аэрокосмические методы исследований при мелиоративном и водохозяйственном строительстве, М., 1990, - с. 41-47;

3. Математическая модель эрозионных равнин как одна из основ интерпретации материалов космических съемок // Исследования Земли из космоса, - 1996, № 6. - с.40-51 (в соавторстве с А.С. Викторовым)

4. Математическая модель ландшафтного рисунка аллювиальных равнин как одна из основ интерпретации материалов космических съемок, Исследования Земли из космоса, - 1997, № 2, - с.44-50 (в соавторстве с А.С. Викторовым)

5. The erosion plain mathematical model as a base for space images Interpretation methods in geoenvironmental research // Proceedings of the 4th International Symposium on Environmental Geotechnology and Global Sustainable Development, Lowell, Boston, USA, v. I. - p. 603-612 (в соавторстве с А.С. Викторовым)

6. Пространственно-временные изменения агроландшафтов в южнотаежном Приуралье // Материалы международной конференции "Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения", т.2,2002, - с. 872-873;

7. GIS and remote sensing techniques for space-time modeling of ecosystems of the east of Russian plain // Proceedings of the 8th Annual Conference of International Association for Mathematical Geology. IAMG 2002, Berlin, v. 1, 2002,-p.501-506;

8. Индикационные свойства агроландшафтов при изучении глобальных и региональных изменений природной среды в таежной зоне Русской равнины // Тезисы докладов международной конференции «Взаимодействие общества и окружающей среды в условиях глобальных и региональных изменений» Москва-Барнаул (Россия), 18-29 июля 2003 г.-М., 2003, с. 323;

9. Этноэкологические особенности сельскохозяйственного освоения таежного Приуралья. // Тезисы докладов V конгресса этнографов и антропологов России. Омск, 9-12 июня 2003 г. - М., 2003. - с. 162.

10.Indicative Properties of Agricultural Landscapes for Studying Global and Local Changes of Environment within Taiga Zone of the Russian Plain. // Land Use/Cover Change in Global and Regional Setting, IGU-LUCC book, в печати.

11 .Cultural Ecosystems ofthe Near Urals Taiga: Age, Natural and Human History // Proceedings of the 32nd International Geological Congress, Florence, Italy, August 20-28,2004, v.l, p.490-491.

12.Палеоэкологические аспекты воздействия климатических изменений на природную среду Восточно-европейской равнины // Геоэкология, (в печати).

Подписано в печать 22.10.2004 Формат 60x88 1/16. Объем 1.75 усл.п.л.

Тираж 100 экз. Заказ № 159 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. 102

Р22 5 4 3

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Трапезникова, Ольга Николаевна

Введение

ГЛАВА 1. Методика пространственно-временного анализа агроландшафтов таежной зоны

1.1 .Современное состояние геоэкологической концепциии агроландшафта

1.2. Общая структурно-методическая схема пространственно- 18 временного анализа агроландшафтов таежной зоны

1.3. Технология изучения агроландшафтной структуры южнотаежной 24 подзоны Западного Прикамья

ГЛАВА 2. Факторы организации агроландшафтов южнотаежной 43 подзоны Западного Прикамья

2.1. Природные факторы организации агроландшафтов

2.2. Антропогенные факторы организации агроландшафтов

ГЛАВА 3. Эволюция агроландшафтов южнотаежной подзоны

Западного Прикамья

3.1. Период возникновения агроландшафтов

3.2. Период экстенсивного развития агроландшафтов (возникновение 90 поречий)

3.3. Геоэкологический кризис конца XIX века

3.4. Развитие агроландшафтов в первой четверти XX века

3.5. Изменение организации и кризис агроландшафтов в период 121 коллективного сельского хозяйства

3.6. Перспективы устойчивого развития агроландшафтов

ГЛАВА 4. Пространственный анализ агроландшафтной структуры 141 южнотаежного Прикамья

4.1. Внутренняя организация поречий

4.2. Пространственная структура агроландшафтов Обвинско-Камского 147 междуречья

4.3. Пространственная структура поречий

4.4. Морфометрический анализ пространственной структуры 162 агроландшафтов

4.5. Перспективы использования пространственно-временного анализа 171 организации агроландшафтов для целей геоэкологии

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственно-временной анализ организации агроландшафтов на основе дистанционных методов и ГИС-технологий"

Результатом многовекового сельскохозяйственного освоения земель стало возникновение и развитие природно-антропогенных геосистем -агроландшафтов, на обширных территориях заместивших естественные геосистемы. Тем не менее, осознание необходимости всестороннего исследования агрогеосистем сформировалось лишь в последние десятилетия, также как и сам термин агрогеосистема (агроландшафт по Ф.М. Милькову, В.А. Николаеву и др.) в качестве одного из видов природно-техногенных систем [Природа, техника, геотехнические системы, 1978]. Это оказалось не просто расширением области исследования, но сменой научной парадигмы, произошедшей в естественных науках, таких как биология, физическая география и геология в конце XX века. Если ранее преобладала концепция "естественной природы", по возможности очищенной от неизбежных антропогенных воздействий, то теперь большую роль стал играть "геоэкологический подход", рассматривающий антропогенные изменения не просто как равноправные природным, но ставя их в центр исследования. В рамках новой парадигмы развилась геоэкология - синтетическое научное направление естественных наук, объектом исследования которого являются геотехнические системы как результат взаимодействия природной и антропогенной составляющих. Таким образом, исследования агрогеосистем или агроландшафтные исследования - это одно из направлений геоэкологии.

Как правило, агроприродные исследования носят узко прикладной характер, направленный главным образом на оптимизацию сельскохозяйственных земель. Такие исследования, безусловно, нужны, но недостаточно ограничиваться только их проведением. Необходимо изучение собственно агрогеосистем, включая их пространственно-временную организацию. Одной из основных задач геоэкологии является разработка теоретико-методических основ рационального природопользования. Знание о состоянии и свойствах природных, в частности, земельных ресурсов является основой рационального природопользования. Оценка экологического состояния и решение экологических проблем любого сельскохозяйственного региона также возможна лишь при знании закономерности взаимодействия природной и антропогенной составляющих, особенностей их эволюции и структуры. В настоящее время агроландшафты России переживают очередную смену одной из главнейших компонент агроландшафта - социальной. Социальные изменения, происходящие в нашем обществе, обусловливают необходимость новых геоэкологических подходов к анализу различных аспектов взаимодействия общества и природы, особенно в такой тесно связанной с природными условиями области как сельское хозяйство.

Таким образом, в настоящей работе исследуется пространственно-временной аспект организации комплексного образования - агроландшафта, находящегося под влиянием сложного взаимодействия меняющихся социальных и природных факторов. Цели и задачи исследования

Целью исследования является изучение развития пространственной организации агроландшафтов южной тайги Западного Прикамья на основе анализа параметров взаимодействия природной и антропогенной составляющих.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- разработка методической базы для решения задач пространственно-временного анализа организации агроландшафтов в таежной зоне;

- создание исследовательской ГИС для целей пространственно-временного анализа организации агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья

- изучение современной агроландшафтной структуры территории южнотаежной подзоны Западного Прикамья;

- исторический анализ развития агроландшафтной структуры территории;

- выявление основных факторов и закономерностей, определяющих современную организацию агроландшафтов.

Объект и методы исследования

Объектом исследования являются агроландшафты южнотаежной подзоны Западного Прикамья. Это территория, расположенная в бассейне средней Камы на западной окраине Восточно-европейской равнины между 57°30' и 59°20' с.ш. Ее восточной границей является река Кама, а за западную условно принимается административная граница Пермской области, проходящая вблизи водораздела бассейнов рек Вятки и Камы по Верхнекамской возвышенности. С позиций геоэкологии этот регион интересен тем, что на протяжении более 1000 лет вплоть до второй половины XIX века стихийное развитие агроландшафтов происходило непрерывно без существенных экологических и экономических проблем и социальных потрясений, что свидетельствует о некотором экологическом равновесии в сформировавшейся агроландшафтной структуре. Природная составляющая агроландшафтов также по-своему уникальна. Южнотаежное Прикамье - единственный регион в пределах таежной зоны Восточноевропейской равнины, не подвергавшийся четвертичным оледенениям. Это обусловливает высокую степень генетической и возрастной однородности природных ландшафтов по сравнению с другими частями таежной зоны.

Предметом исследования являются особенности современной пространственной структуры агроландшафтов региона, сформировавшиеся в результате длительного эволюционного развития как результат взаимодействия природной и антропогенной составляющих.

Для исследования агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья был использован набор разнообразных методов, включая методы:

- дистанционного зондирования;

- геоинфомационный;

- сравнительно-географический;

- исторический (диахронический);

- ландшафтный и ландшафтно-индикационный;

- количественного анализа статистических и картографических данных. Для пространственно-временного анализа агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья была создана исследовательская ГИС. Научная новизна работы включает:

- Развитие совокупности новых представлений о пространственной организации и развитии агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья, базирующихся на анализе современной морфологии и исторических факторах ее формирования, таких как:

• формирование и историческое развитие особого типа агрогеосистем -"поречий",

• унаследованность современной агроландшафтной структуры поречий.

- Выявленные закономерности развития и организации агроландшафтов в таежной зоне на примере южнотаежной подзоны Западного Прикамья, включая закономерности и причины дифференциации количественных показателей пространственной агроландшафтной структуры Обвинского и Иньвенского поречья

- Элементы новых методов пространственно-временного анализа, базирующиеся на комплексном рассмотрении разновременных дистанционных, статистических и картографических данных на основе ГИС-технологий.

- Новые ландшафтные и агроландшафтные карты исследуемой территории.

Практическая значимость

Пространственно-временной анализ агроландшафтной структуры региона дает возможность рационализировать территориальную организацию агрогеосистем и оптимизировать использование ресурсов почвенного и ^ушкроюшматического плодородия, а также определить целесообразность в преемственности практик землепользования прошлого и настоящего.

Результаты проведенного исследования могут быть практически использованы:

- для оценки геоэкологической ситуации в условиях сельскохозяйственного использования земель таежной зоны,

- для изучения экологических процессов и разработки природоохранных мероприятий на базе учета количественных закономерностей морфологического строения агроландшафтов,

- для формирования структуры агроэкологического мониторинга на базе региональной геоинформационной системы,

- для оптимизации сельскохозяйственного использования южнотаежных территорий и формирования экологически сбалансированной организации агроландшафтов, учитывая оптимальную лесистость, допустимую распаханность и другие параметры.

Защищаемые положения

1. Основной особенностью агроландшафтной структуры южнотаежной подзоны Западного Прикамья является развитие поречий; поречья представляют собой целостные агрогеосистемы, формирующиеся в долинах рек, окруженных таежными лесными ландшафтами.

2. К отличительным особенностям пространственной структуры поречий относятся: формирование из объединения отдельных звеньев, носивших "мелкоядерный характер" и состоявших из устойчивого ядра пахотных земель с населенным пунктом в центре и (на первом этапе) динамичной периферией, развитие на первой стадии кластерного морфологического рисунка с группировкой в дендритовую структуру линий, переходящего позднее в лопастно-дендритовый рисунок.

3. Возникновение и развитие поречий обусловлено как природными, так и социально-историческими факторами: развитием в междуречьях таежных природных комплексов, малодоступных и малопригодных для сельскохозяйственного освоения при относительной доступности и пригодности долин небольших рек; наличием внешней угрозы; развитием уровня агротехники, достаточного для сельскохозяйственного освоения земель в долинах; "подворно-захватным" типом землепользования.

4. Одной из основных особенностей современной агроландшафтной структуры территории южнотаежного Западного Прикамья является ее унаследованность, выражающаяся в том, что в течение длительного времени сельскохозяйственные угодья поречий сохраняют главнейшие особенности пространственной структуры.

5. Современная агроландшафтная структура территории имеет свои количественные закономерности, отражающиеся в расчлененности контуров и площадных соотношениях.

6. Для проведения пространственно-временного анализа агроландшафтной структуры территории наиболее целесообразно использование геоинформационных технологий.

Апробаиия работы и публикаиии.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседании индикационного коллоквиума комиссии биогеографии МОИП в 2003 г.; заседании семинара МГУ "Культурный ландшафт" в 2003 г.; юбилейной интернет-конференции "Культурный ландшафт: теория и практика", 2003 г.; международной конференции "Экология северных территорий России. Проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения", Архангельск, 2002 г.; 9-ой ежегодной конференции Международной ассоциации по математической геологии (IAMG), ГИС секция, Германия, 2002 г.; международной конференции Международного географического союза "Взаимодействие общества и окружающей среды в условиях глобальных и региональных изменений", Барнаул, 2003 г.; международной конференции "60 лет развития методов дистанционного зондирования природных ресурсов: итоги и перспективы", Санкт-Петербург, 2004 г.; и на 32-ом Международном геологическом конгрессе, секция "Геоархеология для климатических изменений и катастрофических событий в человеческой истории", Италия, 2004 г.

Составленные автором по материалам космической съемки агроландшафтная карта региона масштаба 1:1 000 000 и ландшафтная карта и карта переувлажнения пахотных земель Камско-Обвинского междуречья масштаба 1: 50 000 использовались при оценке природно-мелиоративного состояния земель Пермской области.

По теме диссертации автором опубликованы 12 работ. Благодарности.

Автор выражает глубокую благодарность всем сотрудникам лаборатории дистанционного мониторинга геологической среды ИГЭ РАН и, особенно, с.н.с. к.г.н. A.M. Манохину за постоянную моральную поддержку и практическую помощь в работе над диссертацией.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Трапезникова, Ольга Николаевна

Выводы

Анализ современной пространственной структуры агроландшафтов южнотаежной подзоны Западного Прикамья показал, что поречья сохранили свою пространственную структуру на качественном уровне, имеющую лопастно-дендритовый рисунок, который развился из кластерного рисунка с группировкой в дендритовую структуру линий, связанную с распространением агрогеосистем вдоль речной сети.

Выполненный количественный анализ пространственной структуры агроландшафтов Обвинско-Камского междуречья позволил выявить ряд закономерностей, таких как распределение площадей сельскохозяйственных массивов, распределение коэффициента расчлененности сельскохозяйственных массивов, взаимосвязь площадей и коэффициента рачлененности. Исследование позволило установить различия в распаханности конкретных видов местности в индивидуальных ландшафтах (Обвинско-Камское междуречье), отличия поречий (Обвинского) от агроландшафтов южной части подзоны в распаханности различных видов местности, площади контуров пахотных земель. Количественный анализ современной агроландшафтной структуры территории, проведенный с помощью средств ГИС по картографическим материалам и результатам визуального и компьютерного дешифрирования МДЗ показал объективность обособления агрогеосистем поречий в современной агроландшафтной структуре региона и дифференциацию пространственной структуры Иньвенского и Обвинского поречий несмотря на развитие в сходных природных, исторических и социальных условиях, которую можно объяснить тем, что агроландшафтная структура территории чутко реагирует на сравнительно небольшие, но реальные климатические изменения.

Заключение

1. Проведенный исторический и морфологический анализ агроландшафтной структуры позволил выявить, что в южнотаежной подзоне Западного Прикамья сформировались своеобразные агроландшафтные структуры -поречья, для которых характерно наличие приуроченных к долинам некрупных рек исторически связанных между собой многочисленных селений с окружающими их массивами сельскохозяйственных земель ("мелкоядерное" строение).

2. Поречья возникли в результате внешней угрозы для земледельческого населения региона в У11-1Х н.э., благодаря тому, что лесные непроходимые междуречья служили защитой для населения, а агротехнический уровень стал достаточен для освоения земель с тяжелым гранулометрическим составом почв в долинах притоков Камы. Поречья формировались в таких условиях природной среды, когда лишь отдельные урочища, главным образом, в долинах рек, могли быть использованы в сельском хозяйстве, а окружающие их междуречные таежные природные комплексы были малодоступны и не пригодны для сельскохозяйственного освоения. Экстенсивный рост поречий, обеспечиваемый "подворно-захватным" типом землепользования, являлся необходимым условием их развития и устойчивого существования в условиях натурального хозяйства, так как он поддерживал экологическое равновесие между численностью населения и продуктивностью сельскохозяйственных угодий.

3. Выполненный анализ картографических, статистических и дистанционных данных на основе ГИС-технологий позволил выявить унаследованный характер современной пространственной структуры поречий, оказавшийся устойчивым к изменениям социально-экономических условий.

4. Составление и последующий анализ ландшафтной и агроландшафтной карт в совокупности с результатами исторического анализа дал возможность выявить характерные особенности пространственной структуры поречий, состоящие в развитии на первой стадии кластерного морфологического рисунка с группировкой в дендритовую структуру линий, позднее переходящего в лопастно-дендритовый рисунок.

5. Выполненный количественный анализ пространственной структуры агрогеосистем позволил установить их закономерности, такие как особенности расчлененности контуров массивов сельскохозяйственных угодий, площадные соотношения распаханности по поречьям, различным видам местности и индивидуальным ландшафтам.

6. Количественный анализ современной агроландшафтной структуры территории, проведенный с помощью средств ГИС по картографическим материалам и результатам визуального и компьютерного дешифрирования МДЗ показал:

- обособление агрогеосистем поречий в современной агроландшафтной структуре региона;

- дифференциацию пространственной структуры Иньвенского и Обвинского поречий несмотря на развитие в сходных природных, исторических и социальных условиях, которую можно объяснить тем, что агроландшафтная структура территории чутко реагирует на сравнительно небольшие, но реальные климатические изменения.

7. Проведенный пространственно-временной анализ позволяет сделать вывод о закономерном характере агроландшафтной структуры поречий для южнотаежных территорий, не подвергшихся процессам оледенения: он обусловлен:

- жесткими климатическими условиями южнотаежной подзоны, делающими пригодными для сельскохозяйственного использования очень узкий спектр урочищ;

- дендритовым типом естественного ландшафтного рисунка, характерного для территорий с преимущественным развитием флювиальных процессов

- сочетанием слабой доступностью для освоения и расселения междуречных ПТК и значительной доступностью и одновременно защищенностью долинных ландшафтов.

8. Выявленная климатическая дифференциация пространственной агроландшафтной структуры позволяет дать первичное обоснование возможного механизма влияния климатических изменений на состояние естественного растительного покрова через избирательное сельскохозяйственное замещение существовавших ранее биоценозов.

9. Проведенные исследования позволили установить рациональную методическую схему пространственно-временного анализа агроландшафтной структуры, базирующуюся на использовании дистанционных методов и ГИС-технологиях. Компьютерная обработка материалов дистанционного зондирования позволила получить карту массивов сельскохозяйственных угодий и провести морфометрический анализ агроландшафтной структуры территории, который выявил различия, в частности, в агроландшафтной структуре Обвинского и Иньвенского поречий.

10. Результаты проведенного исследования могут быть практически использованы:

- для оценки геоэкологической ситуации в условиях сельскохозяйственного использования земель таежной зоны, так как позволяют прогнозировать распределение разнородных воздействий на природную среду, связанное с характерной пространственной агроландшафтной структурой и особенностями ее развития;

- для изучения экологических процессов и разработки природоохранных мероприятий на базе учета количественных закономерностей морфологического строения агроландшафтов, таких как параметры расчлененности; для оптимизации сельскохозяйственного использования южнотаежных территорий, так как объективная устойчивая унаследованность выявленной агроландшафтной структуры (поречья) заставляет сделать вывод о ее вероятной оптимальности, как пространственной формы освоения территорий подобного типа в большом диапазоне социально-экономических и технологических условий.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Трапезникова, Ольга Николаевна, Москва

1. Агроприродное и сельскохозяйственное районирование Нечерноземной зоны европейской части РСФСР. М. Изд-во МГУ, 1987.-270 с.

2. Алексахин P.M., Каштанов А.Н., Романенко Г.А. и др. Ландшафтное земледелие, М., 1994.- 90 с.

3. Альтер С.П. Ландшафтный метод дешифрирования аэроснимков. М. -Л., 1966, 185с.

4. Апродов В.А. Некоторые вопросы четвертичной палеогеографии правобережных окрестностей г. Молотова //Материалы по геоморфологии Урала. Пермь. 1948, вып. 1. - с.38-49.

5. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте. М.: Мысль, 1975. - 290 с.

6. Археология Республики Коми. М., 1997. - 758 с.

7. Ацци Д. Сельскохозяйственная экология, М. 1959,234 с.

8. Аэроландшафтно-индикационные методы при региональных инженерно-геологических исследованиях. М., 1981. - 203 с.

9. Бадер О.Н., Оборин В.А. На заре истории Прикамья. Пермь, 1958. -245 с.

10. Бадер О.Н. Проблема смещения ландшафтных зон в голоцене и археология //Первобытный человек, его материальная культура и природная среда в плейстоцене и голоцене.- М.: Наука, 1974. -С. 225-230.

11. Белых С.К. О времени и причинах распада прапермской этнолингвистической общности //Узловые проблемы современного финно-угроведения. Материалы 1 Всероссийской конференции финно-угроведов. Тезисы докладов и сообщений. -Йошкар-Ола, 1995. с. 285-287.

12. Вугас Б., Данолайтис Г. Аграрный ландшафт как культурное наследие // Научные труды ВУЗов Лит. ССР, география. 1984. - т.20., с.59-67.

13. Вавилов Н.И. Мировые ресурсы сортов хлебных злаков, зерновых, бобовых, льна и их использование в селекции. М.-Л., 1957. -531 с.

14. Вакатова Л.П. Столыпинская аграрная реформа в Пермской губернии //Из истории сельскохозяйственной науки в Предуралье, Труды Пермского сельскохозяйственного института. 1976. т. 117. - с. 135-153.

15. Варгин В.Н. Из поездки по Оханскому уезду. Пермь, 1899. - 61 с.

16. Варгин В.Н. Травосеяние. Пермь, 1908. - 27 с.

17. Величко A.A., Климанов В.А. Климатические условия северного полушария 5-6 тысяч лет назад //Известия АН СССР. Сер. геогр.- 1990. № 5. с.38-52.

18. Викторов A.C. Рисунок ландшафта. М.: Мысль, 1986. 179 с.

19. Викторов A.C., Трапезникова О.Н. Математическая модель эрозионных равнин как одна из основ интерпретации материалов космических съемок // Исследования Земли из космоса, 1996, № 6. - с. 40-51

20. Викторов A.C., Трапезникова О.Н. Математическая модель алювиальных равнин как одна из основ интерпретации материалов космических съемок // Исследования Земли из космоса, 1997, № 2. - с. 44-50

21. Викторов A.C. Математическая морфология ландшафта. М., 1998. -192 с.

22. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М., 1984.- 320 с.

23. Вологжанина Т.В., Москвитин H.A., Бутенко В.Ф. Почвенно-географическое районирование и структура почвенного покрова Пермской области //Научные основы повышения плодородия почв, Пермь 1982, с. 3-8.

24. Востокова Е.А., Шевченко Л.А., Сущеня В.А. и др. Картографирование по космическим снимкам и охрана окружающей среды. М., 1982,190 с.

25. География и земельный кадастр //Вопросы географии. Сб. 67. М., 1965. -216 с.

26. География и использование земельных ресурсов // Вопросы географии. Сб. 54. М., 1961. - 180 с.

27. Герасимов И.П. Учение В.В. Докучаева и современность. М.: Мысль, 1986. - 124 с.

28. Герасимов И.П. Конструктивная география. Избр. Труды. М.: Наука, -1996. 142 с.

29. Голеусов П.А., Колода В.В., Лисецкий Ф.Н., Чендев Ю.Г. Почвы земляных археологических памятников лесостепной зоны и реконструкция по ним изменений природной среды и почвообразования //Археология. 2002. № 1, Киев.

30. Городовой Ф.С. Состояние сельского хозяйства и расслоение крестьянства Пермской губернии перед падением крепостного права // Из истории рабочего класса и крестьянства Пермского края. Пермь, 1965. - с. 3-22. .

31. Горшков С.П. Концептуальные основы геоэкологии. М.: Желдориздат, 2001. - 570 с.

32. Данилова М.М. Геоботанические районы Пермской области //Доклады Всероссийского совещания по физико-географическому и экономико-географическомурайонированию. Пермь, 1958. - с. 34-45.

33. Дерендяев Д. С. Ананьинские поселения Прикамья: основные итоги и перспективы изучения //Российская археология: достижения XX и перспективы XXI в. Материалы международной научной конференции. Ижевск,2000. - с. 263-266.

34. Докучаев В.В. Наши степи прежде и теперь. С-Пб, 1892.

35. Ермакова Л.Н. Агрометеорологические условия произрастания зерновых культур в Пермской области. Пермь, 2001. - 112 с.

36. Жекулин B.C. Историко-ландшафтный аспект проблемы природопользования в сб. Вопросы охраны природы и рационального использования природных ресурсов. Л., 1978. -с. 16-28.

37. Жекулин B.C. Историческая география: предмет и методы. Л.: Наука, 1982.-224с.

38. Жеребцов И.Л. Коми край в XVIII середине XIX века: территория и население Сыктывкар : Коми науч. центр УрО РАН, 1998 - 172 с.

39. Зворыкин В.В. Сельскохозяйственная типизация земель для кадастровых целей // Вопросы географии, 1965, №67, с.39-52.

40. Зворыкин К.В. Принципы и основания агроэкологического районирования //Вестн. Моск. Ун-та, сер. геогр. 1981. № 6, с.53-70.

41. Зданович Г. Б., Иванов И.В., Хабдулина М.К. Опыт использования в археологии палеопочвенных методов исследования (курганы Кара-Оба и Обалы в Северном Казахстане) // Советская археология. М., 1984. - № 4. - с.35-48.

42. Зубаков В.А. Глобальные климатические события плейстоцена.- Л., 1986.- 288 с.

43. Исаченко А.Г. Прикладное ландшафтоведение. ч.1 Л.: ЛГУ, 1976. -152 с.

44. Исаченко А.Г. Оптимизация природной среды (географический аспект). М., Мысль, 1980, - 264 с.

45. Исаченко Г.А. Культурный ландшафт как объект дискуссии // Материалы юбилейной научной конференции "Культурный ландшафт: теория и практика" М., МГУ, 2003.http://www.geogr.msu.ru/scof/conference/l -1 .html

46. Калуцков B.B. Концепция культурного ландшафта и направления комплексных исследований // Тезисы X ландшафтной конференции "Структура, функционирование, эволюция природных и антропогенных ландшафтов". М.- С-Пб, 1997, с. 35-37.

47. Качественный учет и оценка земель // Вопросы географии. Сб. 43. -М., 1958.-232 с.

48. Кинд Н.В. Палеоклиматы и природная среда голоцена // История биогеоценозов СССР в голоцене,- М.: Наука, 1976. с. 5-14.

49. Коробков И.М. Малые реки Пермской области и их использование в народном хозяйстве. Пермь, 1959. - 58 с.

50. Коротаев Н.Я. Почвы Пермской области. Пермь, 1962. - 278 с.

51. Краснов Ю.А. Раннее земледелие и животноводство в лесной полосе Восточной Европы М.: Наука, 1971.- 168 с.

52. Ландшафтная школа Московского университета: традиции, достижения, перспективы. М.: Русаки, 1999, 178 с.

53. Лисецкий Ф.Н. Пространственно-временная организация arpo ландшафтов. Белгород: Изд-во БелГУ, 2000. - 302 с.

54. Материалы к оценке земель Пермской губернии с 1898 по 1900 г. т.1 Оханский уезд. Пермь, 1898. - 796 с.

55. Материалы к оценке земель Пермской губернии с 1898 по 1900 г. т.З Чердынский уезд. Пермь, 1901. - 496 с.

56. Мерперт Н.Я. Древнейшие скотоводы Волжско-Уральского междуречья. М., 1974.- 152 с.

57. Мильков Ф.Н. Человек и ландшафты. М., 1973. - 56 с.

58. Мильков Ф.Н. Сельскохозяйственные ландшафты, их специфика и классификация //Вопросы географии. -1984. № 124. с. 78-86.

59. Мильков Ф.Н. Геоэкология и экография: их содержание и перспективы развития // Изв. РАН. Сер. геогр. 1997. - № 3. -с.31-41

60. Методическое пособие и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия. Курск: ЧуДо, 2001.-95 с.

61. Народное хозяйство Пермской области в 9-й пятилетке Статистический сборник. Пермь, 1974. - 235 с.

62. Нефедова Т. Г. Сельская Россия на перепутье. М., 2003. 150 с.

63. Нешатаев Б.Н. О причинах заболачивания речных пойм верхнего Прикамья //Физико-географические основы развития и размещения производственных сил Нечерноземного Урала. -Пермь, 1983. -С.94-101.

64. Николаев В.А. Адаптивная пространственно-временная организация агроландшафта // Вестник МГУ, сер. геогр. 1999. №1. - с.22-26.

65. Николаев В.А. Концепция агроландшафта//Вест. МГУ. География. 1987. N 1, с.23-38.

66. Николаев В.А. Основы учения об агроландшафтах //Агроландшафтные исследования. М., 1992. - 56 с.

67. Николаев В.А., Жучкова В.К., Волкова Н.И. Рекомендации к ландшафтному обоснованию природохранных систем земледелия, ВАСХНИЛ. М., 1990. - 60 с.

68. Николаев В. А., Николаев С. А. О мелкомасштабных картах агропроизводственной группировки и бонитировки земель // Методы создания комплексных региональных атласов СССР (карты природы), М. 1972

69. Оборин В.А. К истории земледелия у древних коми-пермяков // Советская этнография, М., № 2, 1956, с. 28-34

70. Оборин В.А. Заселение и освоение Урала в конце XI начале XVII века. - Иркутск, Изд-во Иркут. Ун-та, 1990. - 166 с.

71. Основные показатели развития городов и районов Пермской области // Статистический сборник. Пермь, 2000. - 99 с.

72. Основные показатели развития городов и районов Пермской области // Статистический сборник. Пермь, 2001. - 170 с.

73. Основные показатели развития городов и районов Пермской области // Статистический сборник. Пермь, 2002. - 174 с.

74. Основные показатели развития городов и районов Пермской области // Статистический сборник. Пермь, 2003. - 178 с.

75. Палеогеографическая основа современных ландшафтов.- М.: Наука, 1994,- 205 с.

76. Пермская область в цифрах // Статистический сборник. Свердловск, 1970. -250 с.

77. Попов Н.С. "Хозяйственное описание Пермской губернии по гражданскому и естественному состоянию в отношении к земледелию". 1813.-317 с.

78. Почвенно-геологические условия Нечерноземья. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. - 608 с.

79. Природа, техника, геотехнические системы. М., 1978. - 250 с.

80. Развитие сети опорных центров расселения РСФСР. М.,1979. - 70 с.

81. Родоман Б.Б. Поляризованная биосфера . Смоленск: Ойкумена, 2002. - 336 с

82. Русинов С.П., Пегушин В.А., Светлакова В.Я. Озимая рожь, ячмень и овес как старейшие культуры Пермского края //Труды Пермского сельскохозяйственного института. Пермь, 1976. т.117. - с.35-41.

83. Сельское хозяйство в России. М.: Госкомстат России, 1998. 250 с.

84. Сельское хозяйство в России. М.: Госкомстат России, 2002. 265 с.

85. Сельскохозяйственные районы Пермского округа. Пермь, 1929. - 267 с.

86. Смирнов А.П. Очерки древней и средневековой истории народов Среднего Поволжья и Прикамья //МИА, М., 1952. вып.28. - 276 с.

87. Смирнова О.В., Киселева JI.JL, Изменение видового состава и распространения в голоцене по споропыльцевым и археологическим данным //Восточноевропейскиешироколиственные леса. М.: Наука, 1994. - с. 7-29.

88. Смирнова О.В., Турубанова С.А.; Бобровский М.В., Коротков В.Н., Ханина Л.Г. Реконструкция истории лесного пояса Восточной Европы и проблема поддержания биологического разнообразия. //Успехи современной биологии. 2001. т. 121. № 2. - с. 144-159.

89. Современное село: пути развития. //Вопросы географии. М., 1988. № 132.

90. Софроницкий П.А. Геологический очерк Пермской области //Химическая география вод и гидрогеология Пермской области. -Пермь, 1967. вып. 4(5), с.3-28.

91. Сочава В.Б. Введение в учение о геосистемах.-Новосибирск: Наука.Сиб.отд-ние, 1978.-319с.

92. Спиридонов А.И. Геоморфология Европейской части СССР. М., 1978.-335 с.

93. Спирин А.Н. Морфоструктурное районирование Пермского Прикамья // Ученые записки Пермского университета, Вопросы физической географии Урала, вып. 1. Пермь, 1973. № 308. -с.138-148.

94. Тишлер В. Сельскохозяйственная экология, М., 1971. 238 с.

95. Толчельников Ю.С. Оптические свойства ландшафта (применительно к аэросъемке). Л., 1974. - 252 с.

96. Устюгов Н.В. Крестьянская колонизация южной части Соликамского уезда во II половине XVII века //Материалы по истории сельского хозяйства и крестьянства в СССР, М., 1962. сб. V. -с. 78-95.

97. Чазов Б.А. Физико-географическое районирование Пермской области //Вопросы географии. 1961. - сб. 55. - с.55-67.

98. Чупахин В.М. Разработка региональных схем комплексного хозяйственного развития на ландшафтно-экономической основе //Мелиорация ландшафтов, МФГО. М., 1988, с. 3-17 .

99. Чупахин В.М. Андриишин М.В. Ландшафты и землеустройство. М., Агропромиздат. - 1989.- 255 с.

100. Шполянская Н. Большой климатический спор //ЭСКО, 2003. №3. http://esco-ecosys.narod.ru/2003 3/art82.htm

101. Ярошенко А.Ю., Потапов П.В, Турубанова С.А. Малонарушенные лесные территории Европейского Севера России. М., 2001. - 75

102. Cihlar J., Latifovic R., Chen J., Beaubien J., Li Z., Selecting Representative High Resolution Sample Images for Land Cover Studies. Part 1 : Methodology // Remote Sensing of Environment, v. 71, is. 1, January 2000, pp. 26-42

103. Evans T.P., Kelleya H. Multi-scale analysis of a household level agent-based model of landcover change // Journal of Environmental Management. v. 72, is. 1-2 , August 2004, pp. 57-72

104. From pattern to process: Landscape Fragmentation and the analysis of land use/land cover change (Edited by D.K. Munroe, J. Southworth and H. Nagendra) // Agriculture, Ecosystems & Environment. v 101, is. 2-3, (February 2004). - pp. 111-328

105. Remote Sensing Image Analysis: Including Space Domain (Edited by S.M. de Long and F.D. van der Meer) //Retnote Sensing and Digital Image Processing. v.5 - Kluwer Academic Publishers. - 2004. - 360 p.