Ландшафтные основы экологических карт

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования  «Владимирский государственный  университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра экологии

Реферат

на тему: «Ландшафтные основы экологических карт»

Владимир 2013

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………3

2. Экологическое картографирование…………………………………....4

    2.1. Картографирование загрязнения атмосферы……………………..5

    2.2. Картографирования загрязнения вод суши……………………….6

    2.3. Картографирование загрязнения почв…………………………….7

3. Ландшафтная основа экологических карт…………………………….8

4. Морфологическая структура и морфологические единицы природного ландшафта (фации, урочища, местности)……………….......................10

5. Классификация экологических карт…………………………………..13

6. Заключение……………………………………………………………...15

7. Список литературы…………………………………………………......16

Введение

     Экологическая обстановка, усложняющаяся с каждым десятилетием активной промышленной деятельности человека, заставляет искать все более и более совершенные методики наблюдения за окружающей природной средой.

    Потребность человека в контроле экологического состояния окружающей среды привела к развитию нового крупного направления тематической картографии - экологического картографирования.

     Разнообразие тематического содержания экологических карт обусловлено областью их практического применения (биологические, геологические, медицинские, социальные науки и т.д.). Для экологического картографирования интерес представляют объекты, роль окружающей среды для которых играет географическая оболочка Земли - сложная многокомпонентная система, каждый компонент которой является фактором, определяющим форму и состояние всех остальных компонентов, поскольку все они взаимообусловлены и взаимодействуют друг с другом. Поэтому одним из основных средств в графическом моделировании природной среды для решения задач регулируемого природопользования, является экологическое картографирование [2].

    В настоящее время еще нет полной согласованности в методике и принципах составления эколого-географических карт, на основе которых можно проанализировать состояние окружающей среды.

    Это связано с системностью содержания данных карт: картограф-составитель вынужден обращать внимание не только на свойства того или иного объекта, но и на взаимоотношения между объектом (или объектами) и средой.

     Любые процессы, происходящие на поверхности земли, могут быть представлены как комплекс взаимодействий различных элементов среды, поэтому, наиболее точным и подробным наблюдением является одновременное наблюдение за множеством параметром. Такую возможность предоставляет экологическое картографирование, имеющее возможность отобразить одновременно несколько параметров на одной карте. Сложность заключается в правильном нахождении картографируемых систем, выбираемых из всех возможных экологических связей [1].

Экологическое картографирование

    Экологическое картографирование - наука о способах сбора, анализа и картографического представления информации о состоянии среды обитания человека и других биологических видов, т.е о экологической обстановке.  

    Экологическое картографирование представляет собой «стыковую» дисциплину и образует сложное единство методов получения и территориальной интерпретации данных о состоянии окружающей среды и общекартографических приемов географически корректного отображения информации. Основное отличие экологического картографирования состоит в том, что его развитие не ограничивается собственными отраслевыми рамками, а проявляется в внедрении как экологического элемента в смежные тематические области, так и внедрении разных тематик в экологическую сферу. Особенно экологическое картографирование стало актуально в последние 70 лет, когда угроза серьезного ухудшения окружающей среды стала очевидной.

   Экологическое картографирование можно разделить на несколько взаимосвязанных частей. Одной из основных частей экологического картографирования является сбор данных, получаемых из различных источников, таких как дистанционное зондирование, статистические и полевые исследования. Для этой части требуется максимальная в приделах погрешности точность, достоверность и актуальность, ведь от этого зависит информационная ценность готового продукта.

     Еще одной, немаловажной частью является анализ представленных данных, с последующей оценкой их. Так же, сюда относят интеграцию, территориальную интерпретацию и создание тематических карт, показывающих текущее состояние экосистем и воздействия, оказываемые на них, степень их загрязнения; размещение охраняемых природных территорий, распространение редких и исчезающих видом животных и растений; степень воздействия человека на окружающую среду и окружающей среды на человека [4].

Картографирование загрязнения атмосферы

    Одной из важных частей экологического картографирования, является исследование загрязнения атмосферы. Картографирование загрязнения атмосферы складывается из:

• картографирования потенциала загрязнения атмосферы
• картографирования источников загрязнения
• картографирование уровней загрязнения.

   С эколого-гигиенической точки зрения наибольший интерес для картографирования представляют следующие характерные уровни загрязнения атмосферного воздуха:

    Средний годовой (многолетний) уровень, который формируется при наличии динамического равновесия между эмиссией и рассеянием атмосферных загрязнений;

    Уровень загрязнения, складывающийся при сочетании обычного (или скорректированного согласно плана мероприятий при НМГ) режима работы предприятий - источников загрязнения атмосферы, и неблагоприятных для рассеяния метеоусловий (5% повторяемости, согласно действующей системы экологического нормирования)

   Уровень загрязнений, который может возникнуть при аварийном выбросе от потенциально опасного объекта при определенных заданных(обычно неблагоприятных) метеоусловиях.

    При картографировании загрязнения воздушной среды возникает необходимость быстрой обработки большого количества разнообразной информации. В зависимости от степени сложности применяемой при этом математической модели количество входных параметров может сильно варьироваться. Привлечение более точных моделей влечет за собой введение новых типов данных. Использование инструментов современных ГИС позволяют автоматизировать обработку необходимой исходной информации и получать результаты с высоким пространственно-временным разрешением [5].

Картографирования загрязнения  вод суши

      Загрязнение водных объектов, так же как и загрязнение атмосферы, сложный, многофакторный и весьма динамичный процесс. Экологическое состояние водоемов складывается в результате взаимодействия факторов самоочищения и техногенной нагрузки и определяется, главным образом, путем стационарных и экспедиционных исследований. Показатели экологического состояния водоемов включают значительное число гидрохимических и гидробиологических характеристик, таких, как содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, температура, рН, минерализация, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержание бактерий, содержание токсичных веществ. Концентрации различных загрязняющих веществ, присутствующих в водной среде, характеризуются сложной временной динамикой и зависят от:

• интенсивности поступления в водоемы;
• скорости процессов самоочищения и осаждения;
• объема водной массы, характера и скорости ее движения.

   Каждый из перечисленных факторов загрязнения относительно независим от других и обладает собственной динамикой. Загрязняющие вещества поступают в водоемы со сточными водами от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, коммунально-бытовой сферы, с поверхностным стоком за счет смыва с загрязненных территорий, при осаждении из атмосферы, от вторичных химических процессов трансформации поллютантов, от естественных источников. При количественном картографировании предметом изображения являются не параметры самоочищения (их перевод из табличной формы в картографическую, с учетом температурных характеристик, возможен, но обычно нецелесообразен), а прогнозируемые результаты процессов самоочищения. Рассчитывается распространение веществ от мест их поступления в реку к определенным датам и ожидаемые концентрации по створам. Наиболее эффективным средством решения такой задачи является математическое моделирование потоков загрязнений с визуализацией результатов методом графической мультипликации в виде карт-фильмов. Использование такой методики наиболее целесообразно при определении последствий реальных или возможных аварийных залповых сбросов, когда можно пренебречь поступлением аналогичных поллютантов от диффузных источников [10].

Картографирование загрязнения  почв

     Проблема загрязнения почв имеет широкое распространение, особенно в промышленно развитых странах. Загрязняющие вещества способны сохраняться в почвах многие годы и десятилетия, создавая непосредственную угрозу здоровью населения. Наличие остаточного загрязнения на месте старых промышленных зон, складов, свалок часто становится причиной конфликтных ситуаций при жилищном строительстве и рекреационном освоении территорий, при сделках с недвижимостью. Поэтому в настоящее время в нормативных документах по инженерно-экологическим изысканиям предусмотрено обязательное определение показателей загрязнения почв тяжелыми металлами, ввиду их индикационного значения. В случаях, когда их концентрации не превышают фоновых, исследования на предмет других видов загрязнения не проводят.

   Загрязнение почв исследуется в двух аспектах - как самостоятельная экологическая проблема, и как индикатор общего экологического неблагополучия территорий.

   Загрязнение почв как самостоятельная экологическая проблема изучается выборочно, где имеются основания ожидать высоких уровней содержания тех или иных специфических веществ, как правило, высоких классов опасности (радионуклидов, пестицидов, ПАУ и др.). Такие исследования обычно проводятся на ограниченных площадях, они отличаются высокой детальностью (масштабы от 1:10 ООО до 1:500) и имеют целью удаление и захоронение выявленных скоплений веществ, представляющих непосредственную опасность. По окончании работ по очистке организуют повторные обследования в целях контроля. Исследования загрязнения почв, направленные на сравнительную оценку общего уровня экологического неблагополучия территорий (эколого-геохимические съемки), проводятся в крупных и средних масштабах (от 1:200 000 до 1:10 000) и охватывают территории городов и их частей, а в отдельных случаях целых регионов. Составными частями эколого-геохимических съемок является:

· отбор проб,

· аналитическая обработка,

· интерпретация

· результатов и составление карт [10].

Ландшафтная основа экологических  карт

    Необходимость использования ландшафтно-географической основы при экологическом картографировании очевидна и общепризнана. Менее однозначен вопрос о роли этой основы в процессе исследования и на итоговой карте, что целесообразно разграничивать.

 На комплексных экологических  картах основное изобразительное  средство — фоновая окраска  — используется для показа  ландшафтных характеристик: единиц  физико-географического районирования,  растительности. Антропогенное воздействие  передается менее выразительными  изобразительными средствами —  оттенками цветов (балльные оценки  преобразованности ландшафтов), контурными, линейными и внемасштабными знаками (распространение отдельных поллютантов, обычно без количественных характеристик концентраций).

    Если исходить из задачи показа геосистем, как объектов антропогенного воздействия и локализации природоохранных мероприятий, то такое распределение изобразительных средств представляется не только оправданным, но едва ли не единственно возможным. Если же исходить из задачи картографирования загрязнения и других экологических проблем, то одинаковые уровни их проявления должны быть изображены одинаково, вне зависимости от ландшафтного облика территорий. Это предполагает иные приоритеты при распределении изобразительных средств [6].

    В этом случае следует использовать наиболее выразительное изобразительное средство для показа уровней загрязнения. Однако показ с помощью фоновой окраски уровней загрязненности территорий ограничивает возможности их ландшафтной характеристики использованием штриховых обозначений. Этими средствами могут быть переданы только главные черты современного растительного покрова: леса (зеленый крап), болота (традиционное обозначение топографических карт), сельскохозяйственные земли (отсутствие штриховых обозначений).

   Использование ландшафтно-географической основы в экологическом картографировании двоякое:

• для территориальной привязки характеристик загрязненности;
• для пространственной интерпретации дискретных величин.

   В первом случае элементы ландшафтной характеристики выполняют роль общегеографической основы тематической карты и потому закономерно сливаются с ней, присутствуя на карте в явном виде.

    Во втором случае роль ландшафтной характеристики значительно сложнее. Характеристика техногенной нагрузки на карте всегда основывается на выборочных данных. Их репрезентативность зависит от того, является ли данная выборка случайной, систематической или районированной. Единицы ландшафтного районирования, различающиеся по условиям транспортировки, депонирования и деконцентрации поллютантов, являются теми пространственными ячейками, тщательный учет которых необходим как при размещении точек опробования, так и при интерполяции характеристик между ними.

    Использование в процессе создания экологической карты детальной ландшафтной основы в качестве рабочего инструмента не означает необходимости ее подробного показа на итоговой карте, так как это привело бы к ее перегрузке. Элементы ландшафтов, которые оказывают влияние на экологическую обстановку, должны находить отражение в ее характеристиках [3].

    Если природные и техногенные ландшафты (поймы, террасы, склоны и водоразделы, залесенные и незалесенные, заболоченные и незаболоченные местности в естественных ландшафтах; селитебные, промышленные, транспортные и т.д. зоны в урбанизированных ландшафтах) отличаются друг от друга по условиям аккумуляции загрязнений и самоочищения от них, то они должны находить отражение в распределении уровней загрязнения.

    Границы участков с его разными уровнями во многих случаях совпадают с контурами ландшафтов и угодий. Поэтому на хорошо составленной карте, характеризующей загрязнение, детальная ландшафтная основа должна присутствовать в неявном виде, как контуры территорий с разными уровнями концентрации поллютантов [5].

Морфологическая структура  и морфологические единицы природного ландшафта (фации, урочища, местности)

    Элементарной единицей морфологической структуры ландшафта принято считать природную геосистему ранга фации. Разумеется, признание ее простейшей составляющей ландшафта в определенной мере условно. Но основания, чтобы считать ее ландшафтным "атомом", достаточно веские. Они вытекают из самого понятия фации.

    В географическую литературу термин фация был введен в 30-е годы Л. Г. Раменским. К тому времени этим термином уже около столетия пользовались геологи. Фацией они называли пачку осадочной горной породы, отличающуюся одинаковой литологией и сходными органическими остатками. Нередко фацией обозначали не только относительно гомогенные геологические тела, но и физико-географические условия, в которых они образовались. По аналогии с геологическим пониманием фации Л. Г. Раменский предложил использовать термин в ландшафтоведении. Фацию он рассматривает как мельчайшую единицу ландшафта, вся территория которой характеризуется однотипным происхождением и экологическим режимом соответственно, одинаковой биотой. Несколько позже термин "фация" для использования в том же смысле был рекомендован Л. С. Бергом. После того как Н. А. Солнцевым была разработана теория морфологии ландшафта [40], представление о фации как элементарной природной геосистеме получило всеобщее признание [7].

    Однако ландшафтное пространство, согласно общему системному закону необходимого разнообразия, структурно дифференцировано. Полная природная однородность сохраняется на местности лишь на очень небольших участках. Поэтому размеры фаций невелики. В равнинных условиях их площадь колеблется от 10-20 м² до 1-3 км². В горах она еще меньше. Всюду прослеживается территориальная связь фаций с нано- и микроформами рельефа, либо элементами последних.

     Дробной фациальной дифференциацией отличаются, например, полупустынные ландшафты Прикаспийской низменности. На глинистой древнеморской плоскозападинной равнине господствует трехчленный ландшафтный комплекс. В его составе фации: а) микрозападин – лугово-степные закустаренные с лугово-каштановыми почвами; б) микросклонов к западинам – пустынно-степные полынно-злаковые со светло-каштановыми солонцеватыми почвами; в) межзападинных микроповышений – пустынные солян-ково-полынные с солонцами солончаковыми. Поразительно, но смена этих контрастных по своей природе фаций происходит на расстоянии всего 10-15 м, а амплитуды относительных высот микрорельефа не превышают 25-30 см.

    Фации, связанные друг с другом горизонтальными вещественно-энергетическими потоками, образуют объемлющие геосистемы. В отличие от межкомпонентных вертикальных (радиальных) связей, межфациальные связи называют латеральными (или боковыми). Они могут быть обусловлены различными факторами – гравитационными силами, переносом воздушных масс, биогенной миграцией вещества и т. д. В результате фации интегрируются сразу в несколько различных по своей природе и генезису объемлющих геосистем, что приводит к полиструктурности ландшафтного пространства [7].

    Теоретические представления о ландшафтной полиструктурности были изложены в трудах К. Г. Рамана и В. Н. Солнцева. Суть их заключается в признании возможного сосуществования в одном и том же ландшафтном пространстве сразу нескольких разнородных геосистемных образований.

 В классическом ландшафтоведении  фации рассматриваются как структурные  элементы природных геосистем ранга урочища и подурочиша Эти фациальные связки обусловлены в первую очередь их местоположением в пределах одной мезоформы рельефа. Отсюда проистекает не простое топогенное соседство фаций, а генетическая и функциональная сопряженность их. Если урочищам, как правило, соответствуют целостные формы мезорельефа (холм, балка, котловина, бархан), то подурочищам – элементы (грани) этих форм (вершина, склоны, подножье холма; склоны и днище балки и т. п.). Таксон ранга урочища признан одной из важнейших морфологических единиц ландшафта. Подурочище – единица факультативная. Дифференциация природных геосистем на уровне подурочища чаще всего происходит в районах с достаточно расчлененным рельефом [9].

 Фация – предельная категория геосистемной иерархии, характеризуемая однородными условиями местоположения и местообитания и одним биоценозом. Фация служит первичной функциональной ячейкой ландшафта, подобно клетке в живом организме. По существу на фациальном уровне ведется исследование вертикальных связей в ландшафте, а также многих аспектов его динамики.

   Отличительные особенности фации как элементарной геосистемы – динамичность, относительная неустойчивость и недолговечность. Эти свойства вытекают из незамкнутости фации, ее зависимости от потоков вещества и энергии, поступающих из смежных фаций и уходящих в другие фации. В рамках фации воздействие биоты на абиотическую среду проявляется значительно ощутимее, чем в масштабах целого ландшафта.

Термин урочище введен в научный обиход Л. Г. Раменским. Он заимствован из народного языка, в котором обозначает местность, отличающуюся по своей природе от окружающей территории.

 Урочищем называется сопряженная система фаций, объединяемых общей направленностью физико-географических процессов и приуроченных к одной мезоформе рельефа на однородном субстрате. Наиболее отчетливо они выражены в условиях расчлененного рельефа с чередованием выпуклых ("положительных") и вогнутых ("отрицательных") форм мезорельефа – холмов и котловин, гряд и ложбин, межовражных плакоров и оврагов и т.п.

    Урочище – важная промежуточная ступень в геосистемной иерархии между фацией и ландшафтом. Оно обычно служит основным объектом полевой ландшафтной съемки.

   Подурочище – промежуточная единица, группа фаций, выделяемая в пределах одного урочища на склонах разных экспозиций, если экспозиционные контрасты создают разные варианты фациального ряда.

    В зависимости от степени их участия в строении ландшафта различают доминирующие, субдоминантные, редкие и уникальные морфологические едини­цы. Чаще всего подобным образом оценивается ландшафтообразующая роль урочищ. Доминирующие урочища, занимая большую часть площади ландшафта (60 – 80%), образуют его общий фон. Площадь регулярно повторяющихся в пространстве субдоминантных урочищ суммарно обычно не превышает 20 – 40% площади ландшафта. На общем фоне они формируют "рисунок, узор" ландшафта. Редкие урочища образуют частные детали этого рисунка, встречаются спорадически и занимают менее 10% площади ландшафта. Уникальные урочища единичны [7].

   Если в морфологической структуре ландшафта только один вид природных урочищ играет роль доминирующего, ландшафт определяется как монодоминантный. Примером могут служить степные ландшафты цокольных междуречных равнин южного Зауралья. В их морфологии абсолютно господствуют лессово-суглинистые плакоры с разнотравно-злаковыми степями на черноземах. Субдоминантную роль здесь играют солонцово-степные литогенные комплексы покато-пологих придолинных склонов, на которых денудацией вскрыты каолинитовые глины древней коры выветривания. Редкими, но характерными для данного ландшафта являются урочища одиночных кустарниково-степных сопок с выходами скальных пород палеозойского цоколя.

    В подавляющем большинстве случаев структура ландшафта зависит от особенностей его литогенной основы. Главным фактором, формирующим ее, выступает рельеф. В складчатых областях, где денудацией бывают вскрыты дислоцированные пласты различных по литологическим свойствам горных пород, ландшафтная текстура становится зеркалом геологического строения местности. И в том, и в другом случаях в текстуре ландшафта мы видим результат информационного влияния литогенной основы на прочие природные компоненты и ландшафт в целом.

   Что касается понятия "геофафическая местность", то оно не получило до сих пор достаточно четкого определения в ландшафтной литературе. В самом общем виде, в качестве географической местности рассматривается "...наиболее крупная морфологическая часть ландшафта, характеризующаяся особым вариантом сочетания основных урочищ данного ландшафта".

   Дополняя приведенное определение, следует подчеркнуть, что географическая местность всегда сопряжена не с одной мезоформой рельефа, а морфогенетической совокупностью их. Важнейшими интегрирующими факторами для местности служат позиционное единство в рамках того или иного элемента макроформы рельефа и связанный с ним парагенезис слагающих ее урочищ.

    На возвышенных равнинах европейской России в лесостепной зоне выявляются следующие местности: плакорная лугово-степная; склоновая при-долинная с нагорными дубравами и овражно-балочной сетью; надпойменно-террасовая боровая; пойменная лесолуговая. Географическая местность служит связующим звеном между локальными геосистемами ранга урочищ, подурочищ и ландшафтом. В ходе конкретных исследований не всегда удается провести четкую грань между собственно ландшафтом и географической местностью [2].

Классификация экологических  карт

    Вопросы классификации экологических карт решаются по-разному, в зависимости оттого, что положено в основу классификации. Большинство авторов классифицируют экологические карты по научно-прикладной направленности, содержанию, тематике и источникам информации.

При классификации по научно-прикладной направленности выделяют:

• Инвентаризационные;
• Оценочные;
• Прогнозные;
• Рекомендательные.

Классифицируя по содержанию, выделяют:

• карты оценки природных условий и ресурсов для жизни и деятельности человека;
• карты неблагоприятных и опасных природных условий и процессов;
• карты антропогенных воздействий и изменений природной среды;
• карты устойчивости природной среды к антропогенным воздействиям;
• карты охраны природы и природоохранных мероприятий;
• медико-географические карты;
• карты рекреации;
• комплексные экологические (эколого-географические, геоэкологические карты).

Тематически, карты разделяют на:

• карты воздействий на природную среду и их последствия;
• карты оценки состояния природной среды;
• карты прогноза состояний природной среды и оценки ее прогнозируемого состояния;
• общие эколого-географические карты;
• карты существующей системы природоохранных мероприятий, природоохранных организаций, природоохранных технических устройств;
• комплексные карты охраны природы [1].

Заключение

      Для человека, на современном этапе развития общества жизненно необходимо держать в постоянном контроле окружающую среду, особенно, в экологически-неблагополучных районах. Мониторинг, составление динамик развития загрязнений, наблюдение за изменение площадей загрязнения, всё это выполняется при помощи экологического картографирования.

   Печальные последствия хозяйственной деятельности человека для биосферы являются объективной реальностью. Вместе с тем негативные результаты антропогенных воздействий в условиях развития современной цивилизации не могут быть признаны неизбежными. Ухудшение состояния окружающей природной среды, как правило, связано с нерациональным и «хищническим» использованием природных ресурсов, ошибками в технической и экологической политике, крайне низким уровнем разработки и внедрения безотходных технологий, малой изученностью всех последствий антропогенного воздействия на окружающую среду.

    В сложившейся ситуации чрезвычайно важным для практических действий и долгосрочного прогнозирования качества окружающей среды являются контроль состояния и определение тенденций ее изменения [8].

Список литературы:

1. Экологическое картографирование: Учебное пособие. Стурман В. И. - Москва: Аспект Пресс, 2003. - 251с.

2. Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учеб. пособие для вузов. Под ред. Тикунова В.С. Москва: Издательский центр «Академия», 2004. - 352с.

3. Эколого-географическое картографирование городов. Макаров В.З., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Москва. Научный мир, 2002г. -196с.

4. Основы ГИС и цифрового тематического картографирования: Учебно-методическое пособие. Лопандя А.В., Немтинов В.А. Тамбов: 2007. - 72с.

5. Картографирование загрязнения воздушной среды промышленных городов. Из материалов международной конференции «Интеркарто - 6» (г. Апатиты, 22-24 августа 2000 г.). http://www.gisa.ru/987.html..