Картографирование как метод пространственного анализа является одним из важнейших приемов и средств, сопровождающих все без исключения географические исследования, которые на современном этапе становятся все более экологизированными. Среди них — возникшее в конце XX в. междисциплинарное направление, получившее название «геоэкология». Его основной объект — система «природа—социум» («природа — общество»), которая может изучаться как с позиций естественнонаучных (геоэкологических), так и гуманитарных (социально-экологических) дисциплин. Исследовательской базой для этого направления служит ландшафтная структура территории, представленная совокупностью природных и природно-антропогенных ландшафтов (геосистем), которые получают оценку как среда обитания и объект хозяйственной деятельности человека. Развитие геоэкологии приводит не только к появлению новых по содержанию и назначению карт, но и к смене концепций картографирования, подходов к созданию карт и способов отображения на них объектов и явлений, приобретающих экологическое значение.
Создание геоэкологических (экологических) карт следует рассматривать как логическое завершение самостоятельного исследования — эколого-географического (экодиагностического) анализа любой территории, нацеленного на определение тех условий и свойств, которые характеризуют окружающую человека среду. Критерии и показатели, отражаемые на таких тематических картах, имеют строго антропоцентрический смысл и соответствуют тем экологическим требованиям, которые человек предъявляет к окружающей среде, к ее природным и природно-антропогенным элементам.
Взаимодействие человека с окружающей природной средой обусловлено его материальными и духовными потребностями. Для понимания его места и роли в современном мире необходимо установить связи человека с теми экологически значимыми и ценными свойствами природной среды (ландшафтов), которые в комплексе обеспечивают его выживание, практическую деятельность, интеллектуальное и духовное развитие.
К важнейшим для человека экологическим свойствам среды относятся выгодное географическое положение, наличие различных природных ресурсов, уровень тепло- и влагообеспеченности территории, водные пути, красота природных ландшафтов, их уникальность и неповторимость и др. Отбор этих свойств (показателей), их анализ и оценка — ключевые моменты в эколого-географических (экодиагностических) исследованиях, способствующих гармонизации отношений общества и природы при организации системы природопользования и рациональному обустройству территории на ландшафтной основе. Территория, которая служит естественным базисом размещения всех элементов среды обитания человека, является важнейшей подсистемой в геоэкосоциосистеме. Поэтому оценка и картографирование экологического состояния отдельных территориальных выделов с учетом их устойчивости и способности к самовосстановлению присущих им природных ландшафтов — одна из важнейших задач всего экодиагностического исследования.
На современном этапе геоэкологическое (экологическое) картографирование уже достаточно прочно утвердилось в географии и геоэкологии, находя все более широкие подходы к созданию картографических произведений различного экологического содержания. Значительный интерес к геоэкологическим картам, обусловленный главным образом стремлением понять и улучшить окружающую человека среду, предъявляет высокие требования к созданию данных карт, заставляет увеличивать не только информационную емкость экологических картографических материалов, но и их наглядность, доступность для восприятия и практического использования.
Несмотря на относительную «молодость» геоэкологическое картографирование уже накопило достаточно обширный опыт, о чем свидетельствует большое количество публикаций, использованных при создании данного учебного пособия. Особое место среди карт экологического содержания принадлежит картам комплексной оценки экологического состояния территории, раскрывающим на основе различных тематических и частных экологических карт закономерности и особенности взаимодействия системы «природа — общество» на конкретных территориях.
Наблюдаемые во многих регионах мира ухудшение состояния окружающей природной среды, видоизменение и деградация природных геосистем и условий жизнеобеспечения населения ведут к появлению реальной экологической опасности с далеко идущими и непредсказуемыми последствиями для существования человечества. Отсюда постоянно возрастающее внимание человеческого общества к экологическим проблемам и усилия, предпринимаемые для сохранения окружающей природной среды со всеми ее свойствами и разнообразием. Все более востребованными и перспективными становятся исследования по оценке состояния окружающей природной среды и определению степени благоприятности или неблагоприятности условий на конкретных территориях для проживания населения.
Объединение усилий географии и экологии для решения проблем, а точнее для оценки пространственно-временных особенностей взаимодействия общества со средой, привело к появлению особого научного направления, обозначаемого термином «геоэкология», имеющим чрезвычайно широкое толкование. Современные геоэкологические представления в значительной степени основаны на системных и антропоцентрических подходах, активно развивающихся в последние десятилетия XX — начала XXI в.
Взаимодействие между обществом и окружающей средой, которое происходит в различных зонально-природных и социально-экономических условиях, на уровне конкретных современных геосистем, т. е. на определенных территориях, заставляет рассматривать в качестве объекта изучения геоэкологии сложные экосистемы, представленные различными природно-антропогенными комплексами, ядром которых является сам человек. В таких экосистемах человек живет не только в природной, но и в техногенной, хозяйственно-экономической, социальной, этнокультурной и многих других средах, которые обретают территориальное выражение. Все эти окружающие человека среды взаимосвязаны, дифференцированы, интегрированы в различные структуры и образуют общую геоэкосоциосистему.
Геоэкология призвана разрабатывать целостную систему пространственно-временного анализа экологической обстановки, а также причин возникновения и территориального распространения экологических проблем и ситуаций и вытекающие из такого анализа способы их классификации, оценки и картографирования. В целом геоэкологию можно рассматривать как своеобразную экодиагностику территории, заключающуюся в выявлении и изучении признаков, которые характеризуют современное и ожидаемое состояние окружающей среды и отдельных геосистем. При этом основным стержнем экодиагностики остается изучение природных свойств территории и тех их изменений, которые имеют важное экологическое значение с точки зрения проживания человека.
Изучение такого сложного объекта, как геоэкосоциосистема, в целях системного и пространственного синтеза данных и знаний предполагает использование совокупности географических, экологических и иных методов исследования. Среди них важнейшее место занимают геосистемный анализ, получивший широкое распространение в комплексных географических и ландшафтных исследованиях, а также эколого-географический анализ, завоевывающий все более устойчивые позиции в науках об окружающей среде.
В экодиагностике геосистемный и эколого-географический анализ направлен прежде всего на экологическую (геоэкологическую) оценку территории, т. е. на определение степени пригодности природно-ландшафтных условий (в том числе и измененных человеком) для проживания населения и занятия хозяйственной деятельностью.
Обращение к ландшафтной структуре территории и использование выявляемых целостных многокомпонентных геосистем в качестве основы для оценки экологических свойств окружающей среды обусловлены рядом преимуществ, позволяющих сделать эколого-географический анализ более углубленным. Среди таких преимуществ — возможность рассматривать весь комплекс взаимодействующих в геоэкосоциосистеме компонентов и все происходящие или ожидаемые изменения и последствия фиксировать в каждом из компонентов, имеющих пространственную привязку.
Как известно, от свойств и состояния природных ландшафтов зависят чрезвычайно важные для человека и весьма уязвимые при антропогенных воздействиях естественные средо- и ресурсовоспроизводящие процессы. В полной мере такие восстановительные функции способны выполнять лишь ландшафты, находящиеся в нормальном, ненарушенном состоянии. Если же природные компоненты оказываются нарушенными, выполнение ландшафтом названных функций становится неполным или совсем прекращается. Это приводит к потерям (ущербу) вследствие истощения природных ресурсов, снижения урожаев, роста заболеваемости населения и т.п. Иначе говоря, степень нарушения природных компонентов ландшафтов непосредственно влияет на уровень удовлетворения человеческих потребностей. Таким образом, все свойства природной среды, свидетельствующие о степени ее благополучия (неблагополучия), экологически значимы для человека.
Экологическая оценка территории (экодиагностика) состоит из следующих основных этапов:
- характеристика природно-ландшафтной дифференциации территории;
- оценка свойств, составляющих ее эколого-ресурсный потенциал;
- выявление потенциальной способности ландшафтов противостоять антропогенным нагрузкам;
- установление антропогенных воздействий на каждый ландшафт;
- определение состояния ландшафтов по изменениям их компонентов;
- определение экологических проблем и ситуаций и оценка степени их остроты;
- картографирование экологических проблем и ситуаций;
- разработка рекомендаций по улучшению экологической обстановки.
Экологическое картографирование, являясь одним из этапов экодиагностики, позволяет получить объективную, достоверную и наглядную информацию о состоянии окружающей среды определенной территории, в том числе и о пространственной дифференциации экологических проблем и их сочетаний (экоситуаций).
Помимо разработки комплексных карт экологических проблем и ситуаций, т.е. собственно эколого-географического (экодиагностического) направления, в очень широкой сфере геоэкологического картографирования как такового существуют и другие подходы к оценке и отображению на карте состояния окружающей среды: по состоянию отдельных компонентов (атмосферы, воды, почв, растительности и т.п.), по распространению загрязнений, по степени деградации ландшафтов, по оценке природных условий жизни населения и т. д.
По мнению В. С. Преображенского (1990), экологические карты — это не карты природы вообще (ландшафтные, почвенные, геоботанические), а карты, показывающие отношения человека и окружающей его природы. Множество этих отношений можно выразить различными частными картами и очень трудно выразить их на единой комплексной экологической карте.
Разработка комплексных экологических карт и их названия тесно связаны с современным пониманием предмета экологии как отношений человеческого организма и среды (Б. И. Кочуров, Н. А. Жеребцова, 1994).
По мнению Л. Г. Руденко и А. Н. Бочковской (1992), эколого-географическое картографирование зародилось в рамках картографирования природопользования и охраны окружающей среды и оформилось как самостоятельный раздел тематического картографирования. Появился новый тип карт, отображающих пространственно-временные аспекты взаимодействия природы и общества с антропоцентрической точки зрения. Эти карты являются оценочными и носят сугубо субъект-объектный характер.
Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что сфера геоэкологического картографирования отчасти соприкасается с областями биоэкологического и антропоэкологического картографирования.
Биоэкологическое картографирование принадлежит к самостоятельному направлению — биоэкологии и имеет целью картографическое отображение результатов аналитических исследований экологического состояния биоты. Характеристика других факторов окружающей среды дается на таких картах лишь в том объеме, который необходим для показа условий обитания отдельных организмов, в том числе и человека. Примером могут служить фитоэкологические карты, которые отражают основные связи растительности с условиями обитания различных видов и поэтому могут использоваться для индикации фитоэкологических параметров среды (В. Т. Жуков и др., 1999).
Антропоэкологическое направление в картографии наиболее тесно связано с экологией человека, изучающей широкий круг демографических, медицинских, социологических и других показателей, непосредственно относящихся к человеку или к отдельным человеческим общностям, в том числе и характеризующих степень адаптации человека к окружающей природной среде (Т. И. Алексеева, 1977, 1998; Б. Б. Прохоров, 1998).
Геоэкологическое направление как наиболее широкая сфера экологического картографирования занимается разработкой различных видов карт по охране природы, в которых центральным объектом является природа, испытывающая массированные антропогенные воздействия, стремительно меняющие природные процессы, геосистемы и их компоненты, сформированные на протяжении миллионов лет эволюции. На тематических (отраслевых) картах этого направления находят отражение прежде всего отдельные результаты антропогенных воздействий (виды загрязнений, характер загрязнителей в различных средах, геохимические показатели и т. п.), а также синергетические эффекты и общее состояние геосистем всех уровней, включая биосферу, что дает возможность использовать такие карты для разработки конкретных мер по охране природы.
В. Т. Жуков с соавторами (1999) сформулировали следующие принципы геоэкологического картографирования:
- принцип системного анализа-синтеза требует учета и картографирования структуры, состава, функционирования, динамики и эволюции всех подсистем — природной, хозяйственной, населенческой;
- эволюционно-генетический принцип вытекает из требований системного подхода, отражает необходимость поиска временных и генетических характеристик изучаемых объектов, процессов и явлений в системе «природа —население—хозяйство», их анализа и картографирования;
- факторальный принцип направлен на поиск, выявление и исследование причинно-следственных отношений в указанной системе и ее отдельных блоках (т.е. выявление системообразующих связей);
- структурно-морфологический принцип нацеливает на изучение морфологических характеристик исследуемого объекта, его компонентного (элементарного) состава и суперпозиций между отдельными блоками-подсистемами;
- процессуально-динамический принцип отражает необходимость изучения процессов функционирования энергомассообмена в системе и подсистемах триады «природа — население—хозяйство».
В этот перечень необходимо включить также принцип приоритетности антропоцентрического подхода при оценке любой экологической ситуации. Помимо общеметодологических, важную роль играет и ряд частных принципов, в том числе модульный, предусматривающий последовательное выполнение процедур, которые имеют одинаковое целевое назначение и определяют функционирование отдельных методов картографирования, и принцип сочетаемости (комбинационный), обеспечивающий взаимное сочетание и расположение объектов по определенным правилам (Б. И. Кочуров, Н. Н. Малахова, 1997).
Общее наиболее наглядное и комплексное представление о состоянии окружающей природной среды можно получить по результатам экодиагностических исследований территорий с использованием геосистемного и эколого-географического анализа. Итоговые комплексные экологические карты в этих исследованиях интегрируют и синтезируют данные частных экологических карт также с антропоцентрических позиций.
О том, что такое комплексное направление в экологическом картографировании реально существует, свидетельствуют разработки Института географии РАН, выполненные совместно со специалистами других российских организаций, которые нашли свое отражение в сводных и справочных изданиях (Н. Н. Комедчиков, А. А. Лютый и др., 1993; Н. Н. Комедчиков, А. А. Лютый, 1995). Исходя из этих работ и принимая во внимание основные экологические факторы, формирующие условия проживания населения, все разнообразие уже разработанных экологических карт можно разделить на несколько тематических групп:
- карты оценки природных условий и ресурсов для жизни и деятельности человека;
- карты экологически неблагоприятных и опасных природных процессов и явлений;
- карты устойчивости природной среды к антропогенным воздействиям;
- карты антропогенных воздействий на природную среду и ее изменений.
Можно выделить и ряд других групп, включая карты медико-географические и карты охраны природы, а также комплексные экологические (геоэкологические или эколого-географические) карты, которые получили в настоящем издании наиболее полную характеристику.
Большое значение для экологического картографирования имеет создание геоинформационной базы, обеспечивающей все этапы изучения и картографирования экологических проблем и ситуаций. Несмотря на все увеличивающиеся потоки сведений о взаимодействии природы и общества, недостаток достоверной информации вследствие отсутствия всестороннего геоэкологического мониторинга ощущается постоянно и всюду, поэтому особое внимание необходимо уделять информации, получаемой с отраслевых и комплексных географических карт и космофотоснимков, а также использованию ГИС-технологий.
Научно-методические основы, источники информации и современные технологии в геоэкологическом картографировании
Научно-методические основы геоэкологического картографирования. В проблемно-экологическом (оценочном) картографировании крайне важно опираться на четкую систему определения экологических ситуаций, охватывающую весь комплекс взаимодействия общества и природы. Методически экологическую оценку территории проводят в целях выявления экологических проблем, характерных для исследуемой территории, и определения степени остроты каждой отдельно взятой экологической проблемы или их совокупности. Важен выбор критериев (основных признаков), используемых как для оценки отдельных экологических проблем, так и ситуации в целом.
Изменения в природных ландшафтах определяются как по особенностям самих ландшафтов, величине и характеру антропогенной нагрузки, так и по тем последствиям, которые возникают (могут возникнуть) в результате преобразования отдельных свойств ландшафтов. Геоэкологические исследования включают достаточно сложную процедуру оценочных работ, которые составляют суть комплексного геоэкологического картографирования.
Экологические проблемы возникают в тех случаях, когда антропогенная нагрузка превышает потенциальные возможности ландшафта, его устойчивость, что может быть связано с недостаточно активно протекающими естественными процессами самоочищения, рассеивания, самовосстановления и т.д.
Приведенные ниже изменения характеризуют соотношение антропогенных нагрузок и устойчивости ландшафтов.
1. Изменения в компонентах и структуре ландшафтов:
- функциональные (изменения термического и гидрологического режимов, биогеохимических циклов, энергетических потоков и т.д.);
- структурные (нарушения соотношения фаций или смена типов земельных угодий).
2. Изменения качества и количества ресурсов (природно-ресурсного потенциала).
3. Изменения условий проживания населения:
- медико-биологической обстановки (загрязнения среды, опасность массовых заболеваний и т.д.);
- подверженности природным и антропогенно обусловленным стихийным бедствиям;
- утрата эстетической ценности ландшафтов.
Возникающие экологические проблемы связаны с теми или иными антропогенными объектами и воздействиями, которые можно сгруппировать следующим образом: урбанизация (городская, промышленная и прочая застройка) и деятельность промышленных предприятий; разведка и разработка минерального сырья; транспортные линии; гидротехнические сооружения; орошение; осушение; неорошаемое (богарное) земледелие; применение ядохимикатов; выпас скота; животноводческие комплексы и фермы; рубки леса; рекреация; охотничье-промысловые хозяйства.
Экологические проблемы по исходному фактору, ставшему их причиной (т.е. по видам использования земель), могут подразделяться: на проблемы пригородных зон; гидроэнергетических объектов; проблемы, связанные с транспортными коридорами; порождаемые городским строительством; возникающие в горнопромышленных ареалах; вызванные орошением и осушением земель; обусловленные распашкой земель и т. д.
По негативному изменению отдельных природных компонентов и ландшафтов в целом экологические проблемы делятся на следующие группы:
- атмосферные — загрязнение атмосферы (химическое, механическое, тепловое);
- водные — истощение и загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение морей;
- биотические — деградация лесов под влиянием промышленных воздействий, загрязнение сельскохозяйственных растений, сведение лесов, дегрессия пастбищ, деградация или исчезновение животных или растений (в том числе ценных и промысловых), истощение рыбных запасов;
- геолого-геоморфологические — интенсификация неблагоприятных геолого-геоморфологических процессов (оврагообразование, сели, оползни, мерзлотные процессы и др.), нарушение рельефа и геологического строения, уменьшение запасов полезных ископаемых;
- комплексные (ландшафтные) — опустынивание, нарушение генофонда, целостности, уникальности и эстетической привлекательности ландшафта, потеря продуктивных земель при затоплении и подтоплении, загрязнение земель.
Выделяются три группы проблем по последствиям изменения природной среды:
- антропоэкологические, имеющие наибольшее значение для условий жизни и здоровья населения;
- ресурсно-хозяйственные, связанные с истощением и утратой природных ресурсов, затрудняющие хозяйственную деятельность на территории;
- ландшафтно-генетические, обусловленные нарушением целостности ландшафтов, утратой генофонда, потерей уникальных природных объектов и т. п.
Возможна группировка экологических проблем и по другим признакам: по сложности (простые, сложные, весьма сложные); по пространственному охвату территории (локальные, региональные, глобальные); по зонально-региональному различию (проблемы тундры, тайги, пустынь, гор, равнин, Северо-востока, Юга России и т.д.).
Особое значение имеет группировка экологических проблем по степени их проявления (остроте, критичности), т.е. по глубине изменения природных свойств, на которые воздействуют отдельные проблемы. Можно выделить три степени изменения природных свойств ландшафта: слабое (менее чем на 10 %); среднее (на 10 — 50%); сильное (более чем на 50%).
Степень остроты экологической ситуации складывается из суммарной остроты отдельных экологических проблем и их значения. Степень проявления экологической проблемы зависит от глубины изменения природных свойств и характера последствий (изменения в условиях жизни и здоровья человека, природных ресурсах и ландшафтах). Наибольшей остротой отличаются те ситуации и проблемы, которые характеризуются сильной степенью проявления и ведут к последствиям, непосредственно затрагивающим условия жизни и здоровья людей: дальнейшее изменение может привести к катастрофической ситуации
Современное состояние геоэкологического картографирования
К настоящему времени сформировались научные школы, создавшие на базе собственных концепций многочисленные картографические произведения. В их числе — школа экодиагностики и экологического картографирования, развивающаяся в Институте географии РАН, где подготовлена серия экологических карт разного масштаба, охватывающих территорию всей России, территории отдельных ее регионов, областей, краев, а также других стран (США, Китай). Новейшие разработки этого коллектива — созданные в 2002 г. интегральная комплексная карта экорегионов России и карта, отражающая экологические и социально-экономические ситуации, сложившиеся в России на рубеже XX и XXI вв.
Признанным центром экологического картографирования является и географический факультет МГУ. Среди его разработок выделяются «Эколого-географическая карта России» масштаба 1:4 000 000, созданная в 1991 г. (опубликована в 1996 г.) совместно с Институтом географии СО РАН и НИИ географии СПбГУ, и первый научно-справочный «Экологический атлас России», вышедший в свет в 2002 г. Во многих научных центрах сформировались и успешно работают региональные научные школы.
Результаты исследований в области экологического картографирования освещаются в отечественных научных журналах: «Известия РАН. Серия географическая», «География и природные ресурсы», «Известия РГО», «Геодезия и картография», «Экологические системы и приборы» и др. Традиционно большое внимание уделяет этим вопросам общественно-научный журнал «Проблемы региональной экологии», посвятивший им рубрику «Экологическая оценка и картографирование».
Результаты экологического картографирования заняли достойное место в системе экологического образования. В настоящее время экологические карты внедрены в школьный курс географии как на общенациональном (федеральном), так и на региональном уровнях, включены в школьные атласы. Так, в атласе «География России» для 8 — 9 классов (1996) помещена карта «Экологические проблемы»; атлас «География России. Население и хозяйство» для 9-го класса (1999) содержит карту «Экологические ситуации». Школьный атлас Ростовской области (2004) включает две карты: «Экологические условия» и «Экологическая обстановка».
Геоэкологическое (экологическое) картографирование — один из наиболее важных этапов эколого-географического анализа (экодиагностики) территории, который позволяет получить объективную и достоверную комплексную информацию об общем состоянии окружающей среды изучаемой территории и о пространственной дифференциации отдельных экологических проблем и их сочетаний — экоситуаций.
В условиях все увеличивающихся информационных потоков, касающихся преимущественно отраслевых показателей состояния окружающей среды, роль комплексного экологического картографирования, несомненно, будет постоянно возрастать. Высокая информационная емкость комплексных геоэкологических (экологических) карт, достигаемая за счет совершенствования картографической знаковой системы и применения ГИС-технологий, а также наглядность и доступность карт для непосредственного восприятия и пространственного анализа делают картографический метод в научных и прикладных экологических исследованиях все более значимым.
Многочисленные подходы к оценке и отображению на картах состояния окружающей среды, которые были рассмотрены на страницах настоящей книги, свидетельствуют о достаточно широких возможностях всестороннего пространственного анализа современной экологической обстановки на самых различных по охвату территориях.
Наиболее совершенной может считаться методика комплексной оценки состояния окружающей среды. Объектом картографирования в этом случае являются отдельные экологические проблемы, которые возникают в результате антропогенных изменений различных элементов ландшафта (геосистем) и образуют пространственно-временные сочетания — экоситуации.
Проведенные за 20 лет в конце XX — начале XXI в. работы по комплексной оценке условий окружающей среды завершились составлением и изданием различных по масштабам и тематике карт и атласов, которые позволили достаточно полно оценить экологическую обстановку в различных регионах и по стране в целом. Результаты этих работ служат хорошей информационной основой для определения современных экологических проблем и ситуаций на отдельных территориях, а также для разработки рациональной экологической политики.
Экологическая оценка и картографирование территории нацеливают практику на совершенствование эколого-хозяйственного баланса территории, ее экологически безопасное и гармоничное развитие, отказ от разрушительной индустриальной и потребительской идеологии, кардинальное изменение системы приоритетов и ценностей в сфере природопользования.
