Ландшафтное планирование устойчивого развития природно-социально-производственных систем Республики Мордовия

Важнейшим направлением реализации идей устойчивого развития, выдвинутых на конференции ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 г. в «Повестке на XXI век» является ландшафтное планирование, теория и практика которого имеет длительную предысторию развития. В качестве примеров можно привести систему Фенг-Шуй в Китае, «Закон градский», известный на Руси с XIII в., «Улучшение земель» и «Украшение земель» в Германии начала XIX в. Основы современного конструктивного направления ландшафтного планирования в России были заложены в трудах отечественных ученых В. В. Докучаева, Г. Н. Высоцкого, Г. Ф. Морозова, Л. Г. Раменского, Д. Л. Арманда, М. А. Глазовской, А. Г. Исаченко, Н. С. Касимова, В, С. Преображенского, Н. А. Солнцева, В. Б. Сочавы, В. А. Николаева и др. Как особое направление научной деятельности и практики ландшафтное планирование развивается во многих зарубежных странах, в первую очередь в Германии, где ландшафтное планирование было впервые закреплено юридически как планировочный инструмент защиты ландшафта, ухода за ландшафтом и его развития [1; 9]. В последние годы положительный опыт развития методического аппарата ландшафтного планирования в рамках международных проектов был получен в Прибайкалье и Калининградской области. В XXI в. ландшафтное планирование становится важнейшим инструментарием анализа средо- и ресурсовоспроизводящих способностей ландшафтов, оценки их геоэкологического состояния и разработки необходимого комплекса мероприятий по оптимизации использования природных ресурсов, сохранению природного и культурного наследия

Реализация комплексного геоэкологического подхода к анализу региональных и локальных экологических проблем в природно-социально-производственных системах Республики

* Работа выполнена по гранту РГНФ (проект №

Мордовия для целей ландшафтного планирования отражена нами в серии книг [2 — 4, 6 — 8]. В данной статье особый акцент сделан на освещении современных направлений работ, проводимых на кафедре геоэкологии и ландшафтного планирования Мордовского университета, по развитию методических подходов геоэкологического анализа региональных и локальных природно-социально-производственных систем для целей ландшафтного планирования на базе ГИС-технологий.

В качестве объектов ландшафтного планирования выделяются суперсистемы, пространственно-временная организация которых формируется при сложном взаимодействии природной, социальной и производственной систем. Природная система включает ландшафты — участки земной поверхности, характеризующиеся общностью происхождения, развития и однотипностью взаимодействия природных компонентов: горных пород, рельефа, нижних слоев тропосферы, поверхностных и подземных вод, почв, растительности и животного мира. Производственную систему составляют прежде всего материальное производство и инфраструктура. Социальная система представляется населением с его демографическими, этническими и культурными характеристиками. Каждая система является автономным образованием, но в то же время, они проникают друг в друга и взаимодействуют. Б силу этого формируются природно-социально-производственные системы (ПСПС) — целостные образования, единство которых определяется пространственно-временной организацией природных территориальных комплексов, их потенциалом и устойчивостью, наличием прямых и обратных связей с социальными и производственными системами. Анализ и оценка состояния ПСПС для целей ландшафтного планирования должны основываться на системном, хорологическом (геоин-07-06-23606 а/В)

формационном), ландшафтном, историко-генетическом, природопользовательском и социально-экологическом принципах [3].

Системный принцип регламентирует структурирование пространственно-временных характеристик ПСПС, изучение взаимоотношений между природными, социальными и производственными подсистемами, выделение их региональной специфики и иерархической соподчиненности, исследование процессов функционирования, энерго- и массообмена в системе.

Системный подход в геоэкологических исследованиях в первую очередь ориентируется на выделение приоритетных проблем экологических проблем. На этом этапе в качестве частного варианта системного подхода при анализе и оценке экологического состояния ПСПС Республики Мордовия удобна методология SWOT-анализа, предложенная в 1963 г. К. Andrews и широко применяемая в процедурах стратегического планирования. Подготовка материалов к SWOT-анализу включила следующие процедуры: 1) систематизацию данных о природном потенциале и ландшафтном разнообразии региона; 2) сбор и оценку информации об особенностях хозяйственного освоения ландшафтов и современного социально-экономического развития республики; 3) анализ использования минерально-сырьевых, водных, почвенно-земельных ресурсов, растительного и животного мира; 4) анализ данных о вещественном составе и объемах выбросов, сбросов и складировании твердых отходов промышленного, сельскохозяйственного и бытового происхождения; 5) оценку состояния атмосферного воздуха, почв, поверхностных и подземных вод, радиоэкологической обстановки; 6) оценку состояния существующих и выявление новых особо охраняемых природных территорий и объектов, требующих сохранения в качестве эталонов; 7) выявление взаимосвязей между заболеваемостью населения и состоянием окружающей среды.

SWOT-анализ геоэкологического состояния ПСПС республики позволил выделить следующие сильные и слабые элементы, угрозы и возможности развития культурного ландшафта Мордовии (рис. 1). Детализация SWOT-анализа экологического состояния ПСПС республики в разрезе населенных пунктов и гео экологических районов позволили определять стратегические приоритеты устойчивого экологического развития на локальном уровне, расставить долговременные ориентиры и перспективы, владение которыми позволит не только принимать сбалансированные во всех отношениях решения по стратегии устойчи- , вого развития, но н определять механизм их реализации [4; 6; 7].

Анализ экологического состояния ПСПС сопряжен с выявлением пространственных закономерностей изменения свойств и состояний литогенной основы, воздушной среды и климатических процессов, почв, растительности и животного мира, взаимодействия производственных комплексов и здоровья населения. Качественная информационная основа может быть сформирована при комплексном использовании архивных, фондовых материалов. проведении целенаправленных полевых наблюдений.

Вовлечение в геоэкологический анализ широкого спектра данных о состоянии ПСПС на современном уровне исследований предполагает использование геоинформационных технологий, реализующих хорологический принцип исследования. Б контексте поставленных задач в Мордовском университете разрабатывается геоинформационная система (ГИС) ^Мордовия», которая представляет собой информационную модель региона, включающую более 150 тематических слоев электронных карт, выполненных на единой картографической основе, отражающих общие закономерности природной дифференциации и организации хозяйственного каркаса региона. Графические слои электронных карт включают: 1) элементы картографической основы —• рельеф, гидрографию, леса, границы административно-территориальных образований, населенные пункты, дороги, инженерные коммуникации и т. д.; 2) инвентаризационные элементы специального содержания — геологическое строение, геоморфологию, почвы, растительность, ландшафты, население, промышленные и сельскохозяйственные предприятия, рекреационные объекты и др.; 3) аналитические элементы специального содержания — ресурсный потенциал, техногенную нагрузку, загрязненность депонирующих сред тяжелыми металлами, устойчивость ландшафтов и экологический риск природопользования и г. д ).

S. Сильные стороны

• 1.    Высокое ландшафтное разнообразие территории Республики Мордовия, обусловленное расположением в зоне контакта ландшафтов смешанных лесов Окско-Донской низменности и лесостепи Приволжской возвышенности. 2. Географическое положение республики вне зон катастрофического проявления природных явлений эндогенного и экзогенного происхождения. 3. Значительные ресурсы вод в карбонатном каменноугольно-пермском водоносном горизонте. 4. Наличие значительных ресурсов месторождений строительных материалов. 5. Здоровый тренирующий климат. 6 Распространение значительных площадей плодородных черноземных почв. 7. Высокое биологическое разнообразие экосистем лесных и лесостепных ландшафтов. 8. Обширная сеть ООПТ (заповедник, заказники, национальных парк, более 100 памятников природы). 9. Сложившаяся структура хозяйственного каркаса и выгодное экономико-географическое положение относительно транспортных магистралей. 10. Низкий уровень социальной конфликтности населения. 11. Развитая образовательная база, постоянно обогащаемая интеллектуальной средой. 12. Наличие всех составляющих научно-производственного цикла. 13. Наличие объектов природного и исторического наследия в культурном ландшафте.

W. Слабые стороны

• 1.    Разная устойчивость литогенной основы ландшафтов и локальное проявление экзогенных геолого-геоморфологических процессов — эрозии, оползнеобразования, карста, суффозии. 2. Повышенная минерализация и высокое содержание фтора и железа в воде каменноугольно-пермского водоносного го- OUIOUTO D tr\MruriTJ TJ ТЭЛ/'-Т'ЛТ ГЫП.ТЛ АЛ Г1Гь ПЛО TJ1J Q ГТ)Л\Г1К,СЫ PlCiD □ и и о ллАтгттлтплгьы ПаТТПй/ТЧЛГМЛТПТЛ ti^TXnUVlZ О ЛГЧ yiWVUlU L» IXJX1V11 V< X 11 UVJXjIV. XXXXJXX «- IV/j^^iy t>l 1_L1. Ui T t,J^ 1IU 1|> -o'IVTAIU IV- W XX_LX XjuTA XVXX (M^*- X X jj» ,_- \, «=» X * u» X 1X X V 1 x U 4_< JLK XX X XX U 1 Ы V*w hobhom водоносном горизонте и ухудшение качества подземных вод в зоне функционирования Саранско-Рузаевского промышленного узла. 4. Ограниченные ресурсы строительного камня и песчано-гравийных смесей. 5. Значительная мозаичность структуры почвенного покрова, развитие плоскостной и линейной эрозии. 6. Формирование ореолов техногенного загрязнения атмосферы, почв, малых рек и других депонирующих сред в населенных пунктах и пригородных зонах. 7. Отсутствие мощностей по переработке твердых отходов. 8. Высокая степень износа инженерной инфраструктуры городов и поселков. 9. Высокая антропогенная трансформация экосистем лесостепи. 10. Преобладающая часть ООПТ расположена в ла ндша фтах смешанных лесов. 11. Неблагоприятная демографическая ситуация. 12. Отток населения и исчезновение малых населенных пунктов. 13. Высокая степень заболеваемости, особенно органов дыхания, систем кровообращения и пищеварения. 14. Унаследованные тенденции обеднения культурного (национального) ландшафта.

О. Возможности

• 1.    Эффективное использование географического положения республики относительно крупных промышленных и культурных центров. 2. Ландшафтно-экологическое зонирование и адаптация хозяйственного каркаса к структуре природных комплексов. 3. Освоение ресурсов подземных вод карбонатного каменноугольно-пермского водоносного горизонта западной Мордовии. 4, Завершение строительства Сурского водовода. 5. Экономическое стимулирование внедрения ресурсосберегающих и экологических технологий. 6. Многоканальное финансирование природоохранных мероприятий. 7. Организация производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции, вне зон техногенного влияния. 8. Развитие рекреации и туризма на базе существующих ООПТ в ландшафтах смешанных лесов и объектов культурного наследия 9. Разработка кадастра объектов природного и культурного наследия. 10. Формирование на территории республики эффективной экологической инфраструктуры. 11. Использование высокого уровня информатизации. 12. Улучшение качества медицинской помощи.

Т. Внешние угрозы

• 1.    Трансграничное загрязнение атмосферы промышленными предприятиями Центрального экономического района при господствующем западном переносе воздушных масс, 2. Загрязнение рек Сура и Мокша сбросами загрязненных вод промышленных предприятиях Пензенской области. 3. Недостаточное государственное финансирование природоохранных мероприятий. 4. Неблагоприятные демографические процессы, снижение рождаемости и старение населения России. 5. Обострение кенкурен-

  НИИ

  сом

  
  

по всем вадам хозяйственной деятельности. 6. Опасность техногенных катастроф в связи с изно-оборудования и инженерной инфраструктуры.

Рисунок /

SW ОТ-анализ геоэкологического состояния ПС ПС республики

ГИС «Мордовия» функционирует в системе ArcView. В процессе решения конкретных задач по моделированию геоэкологических процессов в ПСПС республики А. К. Коваленко разработаны следующие подсистемы: 1) оценка пространственной организации, структуры и однородности ПСПС на основе морфометрических и информационных показателей (исследование пространственной схемы точечной, линейной и полигональной координатных моделей); 2) оценка структуры природно-социально-производственных систем, основанная на мерах ориентировки, формы и отношений осей, длин, периметров и площадей географических объектов; 3) оценка расчлененности территории и плотности расположения объектов, базирующаяся на количественном отношении объектов к единице площади (ландшафтной раздробленности и ландшафтной однородности территорий), основанная на алгоритмах теории информации и методах математической статистики; 4) оценка структуры территорий на основе морфологических функций и функций геометрического трансформирования растровых моделей, географических полей); 5) поиск закономерностей и оценки взаимосвязи геоэкологических объектов и явлений на основе способов картографического изображения и статистического анализа взаимосвязей [3; 10].

Синтез информации о свойствах природных компонентов в ГИС «Мордовия» проводится с использованием ландшафтного принципа, нацелевающего на признание значимой роли ландшафтной структуры в формировании базового каркаса ПСПС и во многом определяющего развитие деструктивных геоэкологических процессов (геофизических, геохимических, биоэкологических и др.). Данный принцип базируется на использовании методических подходов к составлению ландшафтных карт, схем типологического и индикидуального ландшафтного районирования, методик ландшафтного нормирования техногенных нагрузок. Именно на основе комплексного ландшафтоведения в контакте с другими

ены

■■ Д5

й^/г-йё лЛ*

ДЗД - nwия^ченшк.террасы спожештыс древнеал.гканапьнымя аг.таженмяь»* со свет го серыми почв-амР под шмроко пиствемньйпи пеевмм м Ск.пьскйодз#1йс7венпьи*4 угода₽мн

Мфтгнрс™ ШЭД]■ выборочным сельсяо^зянственным меовнири ХараетбрнР сетуетзные пашни. еенйкосос,. пастбищ Характерно роевое расселение. еогладукцуееся С ГиДрОСр^фическ-ой стю Псцсгккткхто развитий Фермерского сельского идзяйстм Грунты разной уегзнг-ыимлн Рамиваогсн оползневые изрозконг*-е процессы Грунтоеве водысрезней глуЙитчимпегення. пригодны для мелким водппегггюбмгвлей. Aprезмдюг.ме воды topotuero юй+зстса, За .-схлю-Чением Сурского ландшафта П омво-групы усто'З-мЕы ^ техногенному загрге»-енк»з

®^#sys^^7"™   ?:

^^щ^^& ^;%^А^

^ Жел*)»ые do рол о

’ "t Afo ^е *6- jm сн^л/и*'

_: Дб^бДт tircAkozo X/

Aw^MfV^iwWwK

- ^ f^WMkCfbZ Hr иТ^б-ки,

"1 Г|#Г»в^№Г##Ц»«./' Угр owner #* wNer ив/

^ view №№6wr /r |w<*i ^

Рисунок 2

ГИС «Мордовия»: фрагмент ландшафтной карты

географическими науками, экологией и информатикой в конце XX в. создаются качественно новые предпосылки для развития интегрального научного направления — геоэкологического, изучающего вопросы пространственной организации культурных ландшафтов, планирования их хозяйственного освоения и охраны. Ландшафтный принцип используется при комплексной и компонентной индикации и оценке состояния и прогнозирования поведения ПСПС.

Для регионального геоэкологического анализа ПСПС и ландшафтного планирования природоохранных мероприятий в ГИС «Мордовия» разработана среднемасштабная электронная ландшафтная карта (рис. 2). В качестве исходных данных о структурно-генетической основе ландшафтов, характере и степени антропогенных природных комплексов использованы тематические карты и космические снимки Landsat 7. Ландшафтная карта обеспечивает отражение распределения конкретных классов, типов и родов природных комплексов по территории республики. При детализации оценки экологического состояния локальных природных, природно-антропогенных и геотехнических систем в ГИС «Мордовия» обеспечивается разработка крупномасштабных ландшафтных карт. Методика их составления апробирована при ландшафтно-экологическом зонировании Мордовского национального парка «Смольный», экспертизе района планируемого строительства Мордовской ГРЭС, экологическом обосновании проектных решений в градостроительной документации Саранска и Краснослободска, районных центров Зубова Поляна и Торбеево.

Важнейшим аспектом в экологической оценке состояния ПСПС является определение закономерностей возникновения и развития ПСПС, причин обострения экологических проблем. И сторико-генетический принцип в исследовании ПСПС наиболее полно раскрывается в концепции хозяйственного освоения территории К. П. Космачена [5]. Анализируя процессы пионерного освоения территории, он пишет: «Хозяйственное освоение территории — это включение в народное хозяйство страны (в географическое разделение труда) новых площадей, которые захватываются теми или иными отраслями хозяйства и их сочетаниями (в конце концов

ТПК)...» [5, с. 8]. В этой же работе автор расширяет определение понятия «освоение» рассмотрением непрерывного характера человеческой деятельности, в результате чего природная основа территории постоянно видоизменяется и обогащается техническими сооружениями. При этом К. П. Космачев отмечает, что «активной стороной, определяющей тип освоения территории, всегда является общество. Но результат освоения в значительной степени зависит и от природной основы территории, от того, как она принимает воздействие общества, насколько она способна накапливать результаты человеческого труда и сохранять их в течение длительного времени. Следовательно, при освоении территории необходимо сопоставление двух групп взаимосвязанных процессов — производственных и природных. От сочетания и взаимодействия этих процессов и зависит освоение территории, в ходе которого создается основа для размещения производительных сил» [5, с. 9]. Пространственно-временной анализ процесса освоения ландшафтов позволяет раскрыть особенности адаптации хозяйственной деятельности к морфологической структуре вмещающего природного ландшафта, формировании природного и исторического наследия, направленности и интенсивности развития деструктивных экологических процессов.

Проведенный анализ хозяйственного освоения ландшафтов современной Мордовии позволил выделить следующую последовательность смен состояний культурных ландшафтов: присваивающее хозяйство; остаточные формы присваивающего хозяйства и неолитической революции; развитие скотоводческо-земледельческого хозяйства; формирование мордовского этноса; довлеющее влияние великорусской культурной среды; сельскохозяйственное мелкокрестьянское освоение, ремесленно-промысловое и зарождение промышленного производства [9]. Расставленные реперы хозяйственного освоения ландшафтов особенно важны при оценке природного и исторического наследия региона как важного ресурса развития рекреации и туризма.

Современный период освоения ландшафтов республики характеризуется сложным взаимодействием качественно разных типов хозяйственной деятельности — сельскохозяй-

Рисунок 3

ГИС «Мордовия»: хозяйственный каркас Республики Мордовия

ственной, лесохозяйственной, промышленной и др. В силу этого для регулирования процессов хозяйственного освоения и планирования культурных ландшафтов важно соблюдение природопользовательского принципа, регламентирующего учет особенностей функционирования и взаимодействия селитебных, промышленных, транспортных, горно-технических, сельскохозяйственных, рекреационных, природоохранных элементов в ПСПС. Он призван обосновать режим использования природных ресурсов с сохранением средо- и ресурсовосстанавливающих функций ландшафтов. Это является основой для экологического обоснования хозяйственной деятельности при разработке предынвестиционных, предпроектных, проектных документов; организации экологического мониторинга за состоянием ПСПС. Важнейшей задачей геоэкологических исследований при этом является разработка комплекса мероприятий по созданию оптимального эколого-хозяйственного баланса региона, обеспечивающего экологическую безопасность функционирования ПСПС. Особое зна чение при систематизации информации уделяется вопросам выделения геоэкологических ограничений хозяйственного освоения ландшафтов.

В качестве исходной информации для планирования природопользования в ГИС «Мордовия» используется блок «Природные условия и ресурсы», включающий следующие базы данных: «Подземные воды», «Геология», «Рельеф», «Климат», «Поверхностные воды», «Почвы», «Растительность и животный мир», «Аномальные (катастрофические) явления в ландшафтах». Они несут комплексную информацию о пространственно-временном распределении природных условий и ресурсов, структуре и устойчивости ландшафтов.

Для реализации природопользовательского принципа необходим комплексный анализ хозяйственного каркаса Республики Мордовия (рис. 3).

ГИС «Мордовия» раскрывает особенности территориальной организации промышленности — историю и современное географическое размещение, характеристику мощности

ТТЛ?

1 едятие!№езивпяИ1

S Пег«ы

Рисунок 4

ГИС «Мордовия»: моделирование содержания свинца в снеге

или значения промышленных центров (с точки зрения геоэкологического анализа эти карты, равно как и используемые при их создании базы данных, важны тем, что они показывают размещение основных источников загрязнения окружающей среды); размещение сельскохозяйственного производства, его эволюция в плане расширения (сокращения) сельскохозяйственных угодий различных типов, интенсивность ведения сельского хозяйства и перспективы его специализации; территориальное размещение путей сообщения (железных дорог, автодорожной сети, линий воздушного транспорта с характеристикой их значения, грузопотоков и т. д.), а также нефте-и газопроводов,

Значимость соблюдения социально-экологического принципа при геоэкологическом анализе территории для целей ландшафтного планирования состоит в том, что геоэкологическое состояние ПСПС во многом определяется характером принимаемых управленческих решений в обеспечении динамического равновесия во взаимоотношениях природных и производственных подсистем. Социальные образования представляют центральное звено ПСПС. С одной стороны, они зависят от природных и хозяйственных подсистем, с другой — ошибки в управлении обусловливают развитие многих геоэкологических процессов. Социально-экологический принцип при этом рассматривается как осознание геоэкологических проблем в региональных ПСПС и ориентирует на целенаправленную деятельность социума по сохранению и улучшению средо-и ресурсовосстанавливающих функций ландшафтов.

В геоэкологический анализ состояния ПСПС также вовлекаются базы данных: население — географическое размещение, рождаемость, смертность, миграции, возрастно-половая структура; этнографические карты (национального состава, национальной культуры), состояние и тенденции изменения медикодемографической ситуации.

Для эколого-социальной оценки ПСПС в ГИС «Мордовия» сформированы компьютерные базы данных и программы, использование которых позволяет оперативно составлять мо-ноэлементные карты распределения химичес-

Рисунок 5

ГИС «Мордовия»: выделение зон экологического равновесия (космический снимок взят из поисковой системы Google Earth)

/ — Темниковский региональный узел зон экологического равновесия; 2 — Вадская региональная зона экологического равновесия (расположена к западу от левого края космического снимка); 3 — Мокшанская республиканская зона экологического равновесия ( Примокшанье); 4 — Алатырская республиканская зона экологического равновесия (Заалатырье); 5 — Присурская республиканская зона экологического равновесия (Присурье); 6 — Исса-Инсаро-Нуйская республиканская зона экологического равновесия; 7 — Сивинско-И псарская республиканская зона экологического равновесия; 8 — Сурско-Алатырская республиканская зона экологического равновесия ких элементов в почвах и в пыли, накопленной снегом (рис. 4); полиэлементные карты по суммарному показателю загрязнения почв и снежного покрова, по суммарному показателю нагрузки; графики радиальной и латеральной дифференциации химических элементов I в различных типах почв и ландшафтно-геохимических катенах; карты распределения пылевой нагрузки; комплексные карты динамики загрязнения ландшафтов; карты геохимической устойчивости почв к различным техногенным воздействиям (поступлению малоподвижных тяжелых металлов, умеренно подвижных анионов и кислотному загрязнению);

рассчитывать содержание химических элементов в донных отложениях, почвенном и снежном покровах на конкретных участках. Математико-статистическая обработка тематических баз данных дает возможность устанавливать корреляционные и функциональные связи между распределением тяжелых металлов в различных компонентах ПСПС.

Геоэкологический анализ ландшафтов, особенностей их хозяйственного освоения и современного использования, характера проявления деструктивных процессов и расположения ООПТ позволяет определить пространственную структуру региональных и респуб- ликанских элементов экологического каркаса, оптимизация природопользования в котором создаст предпосылки для сохранения наиболее значимых средоресурсовосстанавливающих функций природных территориальных комплексов: восполнение запасов подземных вод, предотвращение развития эрозионных и других деструктивных геоэкологических процессов, очистку воздушных масс, сохранение биологического разнообразия (рис. 5).

Современная разработанность методических подходов геоэкологической оценки состояния региональных и локальных ПСПС для целей ландшафтного планирования позволяет выделить следующие приоритетные направления исследований в выделенной сфере: 1) разработка ландшафтной программы Республики Мордовия; 2) составление ландшафтных планов административных районов и особо охраняемых природных территорий. Особый акцент должен быть сделан на гармонизацию взаимодействия природных, социальных и производственных систем, что позволит минимизировать развитие деструктивных геоэкологических процессов, сохранить здоровую среду обитания, улучшить пейзажный облик культурного ландшафта Мордовии.