1 Теоретические аспекты изучения проблемы рационального использования природно-техногенных систем
1.1 Природный ландшафт как градообразующий ресурс
Шарообразная форма планеты Земля и ее круговые вращения обусловливают неравномерное распределение по земной поверхности энергии и вещества, что приводит к территориальной дифференциации ландшафтной сферы. Особой формой дифференциации является зональность, т. е. закономерное изменение всех природных компонентов от экватора к полюсам. В основе этого изменения лежит неравномерное поступление солнечной энергии на разных широтах Земли, что позволяет различать 13 географических (они же и климатические) поясов.
Каждый географический пояс характеризуется преобладанием определенной воздушной массы, тепловых условий в течение года и имеет широтное направление, что связано с неодинаковым поступлением солнечной радиации на земную поверхность и различиями в циркуляции атмосферы.
Естественно, что существование разных широтных климатических поясов Земли и их тепловой режим определяются также положением планеты относительно Солнца и наклоном оси ее вращения к эклиптике. Этими же причинами объясняется отчасти и зональное распределение влаги [31].
Климатические пояса или тепловая широтная зональность, обусловленная планетарно-космическими причинами, являются первичным фактором зональных закономерностей и распределения других природных компонентов (воды, почвы, растительности, животного мира), а также возникновения крупных природных систем - ландшафтных зон (рисунок 1.1). Особенности их распространения на поверхности суши подчинены законам горизонтальной и высотной природной зональности. Впервые зональность была обоснована В. В. Докучаевым в его работе «К учению о зонах природы», изданной в 1899 г [24].
Каждая из ландшафтных зон отличается господством определенного зонального типа почв и ландшафтов, имеет свои внутризональные отличия по широте и долготе, выражающиеся в различиях рельефа, почв, растительности, естественных ресурсов.
Так, географы выделяют в пределах географической оболочки ряд различных по своим масштабам соподчиненных природных комплексов: стран, провинций, областей, ландшафтов.
В соответствии с иерархической системой классификации сухопутные ландшафты могут рассматриваться как в типологическом, так и в индивидуальном классификационном ряду (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Схема иерархии геосистем (ландшафтов) (по А. Г. Исаченко с дополнениями А. В. Антиповой)
В ландшафтной структуре в свою очередь наиболее важными компонентами являются почвенно-растительный покров и животный мир, которые служат отличительными признаками ландшафта, придают ему характерный внешний облик и функциональные особенности, часто используются для характеристики природного комплекса в целом.
При экологической оценке природно-ландшафтная дифференциация территории рассматривается как пространственная реальность, обладающая определенными региональными особенностями, проявляющимися в экологически значимых свойствах ландшафтов, т.е. тех, которые могут способствовать или не способствовать проявлению экологических проблем (например, слабый водообмен, легкий механический состав почв, антициклональный тип погоды и т.д.), а также представляющих особую ценность (местообитание промысловой фауны, высокобонитетные леса, эстетически ценные свойства ландшафтов и т.п.), потеря которых приводит к значительному ущербу [27].
Оценка экологически значимых свойств тесно связана с определением природного потенциала ландшафта (рисунок 1.2) и, в частности, его устойчивости, т. е. способности поддерживать свое нормальное состояние при антропогенных воздействиях. Понятие «устойчивость» является узловым для всех видов определения экологического потенциала ландшафта.
Само понятие и механизмы устойчивости геосистемы определены пока недостаточно четко [4].
Рисунок 1.2 - Природный потенциал ландшафта и экологические проблемы, связанные с его использованием
Истощение этого потенциала ведет к серьезным экологическим проблемам (обезлесивание, потеря плодородия почв, дигрессия пастбищ и др.).
Ландшафты в целом являются саморегулирующимися системами, стремящимися к стабильному состоянию. Это достигается наличием в ландшафте различных связей, из которых преобладают прямые и обратные, обеспечивающие простое саморегулирование - стабильное или близкое к нему состояние в его структуре. Время для перехода определенного ландшафта из одного состояния в другое (новое равновесие), вызванное внешними причинами, в том числе хозяйственной деятельностью человека, определяется многими факторами или причинами. Это, например, способность компонентов ландшафтного комплекса сохранять свою массу (вещество) и энергию, степень устойчивости к влиянию различных воздействий, масштабность происходящих процессов и явлений и т. д.
Ландшафтно-типологические комплексы по стабильности (динамичности) подразделяются на три группы: устойчивые, относительно устойчивые и сукцессионные. Под устойчивым состоянием ландшафта понимается такое стабильное равновесие, при котором преобладает развитие и его тенденция восстанавливать условия предыдущего равновесия.
В тех случаях, когда в ландшафтах происходят ощутимые изменения во внешнем облике и структуре под влиянием незначительных внешних причин (воздействий), ландшафты считаются относительно устойчивыми. Сильно видоизменяющиеся ландшафты в ходе активно протекающих тех или иных процессов (когда образуются на их месте новые естественные или антропогенные модификации ландшафтов) относятся к сукцессионным, т.е. сравнительно быстро сменяющим свою внешнюю и внутреннюю структуру. Сукцессионные видоизменения ландшафтов вызываются сейчас, главным образом, антропогенными воздействиями. Проблема изучения динамики ландшафтно-экологического равновесия в природе очень сложна. В то же время она является одной из первостепенных. Нельзя забывать, что, кроме хозяйственной функции как основы природопользования, ландшафт выполняет и жизненную функцию - среды для обитания человека.
Исследования показали, что наиболее заметно при хозяйственном освоении снижается потенциал слабоустойчивых северных ландшафтов, а также аридных ландшафтов. Но и в районах преобладания наиболее устойчивых ландшафтов - в лесостепях и степях - при интенсивной хозяйственной деятельности (например, при сплошной распашке земель, переуплотнении почвы тяжелой сельскохозяйственной техникой и других нагрузках) природный потенциал снижается, что существенно изменяет экологическую обстановку.
В геоэкологических исследованиях выделяется собственно экологический потенциал ландшафта - способность удовлетворять потребности человека в первичных (не связанных с производством) средствах существования: воздухе, свете, тепле, питьевой воде, источниках пищевых продуктов, а также в условиях трудовой деятельности, отдыха, духовного развития. Экологический потенциал ландшафта может быть низким как по природным свойствам (Крайний Север, зона пустынь и др.), так и в результате деградации ландшафта из-за неразумной хозяйственной деятельности (горные разработки, сплошная урбанизация, гидротехническое строительство и мелиорация и т. п.).
Таким образом, экологически значимые и ценные свойства ландшафта и его природный потенциал (потенциалы устойчивости, ресурсный и экологический) имеют важное значение для экологической оценки территории [24].
Современные ландшафты на интенсивно осваиваемых территориях являются в той или иной степени антропогенными и представляют собой определенные эколого-хозяйственные системы. По мнению А.Г. Исаченко, антропогенные ландшафты – временные модификации природных комплексов, измененные под влиянием хозяйственной деятельности.
Он выделяет следующие качественные градации таких ландшафтов:
- условно неизмененные (первобытные) ландшафты. В них можно обнаружить лишь слабые следы косвенного хозяйственного воздействия;
- слабоизмененные ландшафты.
Подвергаются преимущественно экстенсивному хозяйственному воздействию, частично затронувшему отдельные компоненты, основные природные связи не нарушены;
- нарушенные (сильно измененные) ландшафты, подвергшиеся интенсивному воздействию, затронули многие компоненты, приведшие к существенному нарушению структуры. Для них типично обезлесение, засоление почв, смыв почв и загрязнение всех природных сред;
- культурные ландшафты, в которых структура рационально изменена и оптимизирована на научной основе в интересах общества [28].
Также существует классификация Ф.Н. Милькова, который выделяет 8 основных классов антропогенных ландшафтов, различаемых по основным типам использования земель:
- промышленные (распространены 2 типа ландшафтов):
- территории с насыпным грунтом (промышленные отходы, отвалы подземных горных выработок (терриконы));
- территории, поврежденные в результате выемки горного грунта (карьеры и отвалы при открытых горных работах);
- сельскохозяйственные:
- фитогенные характеризуются изменением естественной растительности (пашня, пастбища);
- педогенные обладают измененной коренным образом почвой;
- литогенные – ландшафты с подвергающимися коренной перестройке грунтами и рельефом (сельхозугодья, созданные на месте карьеров);
- неоландшафты – заново созданные сельскохозяйственные ландшафты (польдерные земли);
- селитебные;
- дорожные;
- лесные;
- водные;
- рекреационные;
- беллигеративные (формирующиеся в районе ведения боевых действий).
Вопрос природного ландшафта как градообразующего ресурса в настоящее время приобретает все большую актуальность. Современный город отгораживается от естественных ландшафтов промышленной, транспортной зоной или уплотненной жилой многоэтажной застройкой.
Ландшафты современного города относятся к ландшафтам преобразованным, культурным, где элементы, привнесенные в результате деятельности общества, преобладают над естественными природными [30].
Городской ландшафт иногда называют ландшафтом урбанизированным, подчеркивая этим крайние формы его преобразования и черты искусственности.
В благоустроенном городе преобладают запечатанные почвы, поверхности из камня, бетона, асфальта и присутствует относительное уменьшение природных элементов.
Формирование ландшафта города как жизненной среды людей имеет две цели: создание благоприятных санитарно-гигиенических условий и пространственную организацию различных видов деятельности (труда, быта, отдыха и т. д.). В решении таких градостроительных вопросов, как разработка архитектурно-планировочной структуры города с максимальным учетом и выявлением природных факторов, создание развитой водно-зеленой системы, регулирующей санитарно-гигиенический режим и обеспечивающей население местами отдыха, индивидуализация образа современного города, большую роль играет ландшафтная архитектура [40].
Значительно разнообразить городские пейзажи позволяют рельеф местности, умение зодчих с помощью градостроительных средств выгодно подчеркнуть красоту ландшафта. При проектировании городов важно увязать в одно целое и рельеф местности, и водные поверхности, и скалистые обнажения. В комплексе, создаваемом для человека, необходимо охранять и беречь богатства природы, обеспечить комплексную охрану природы. Выгодно выделить все, что несет здоровье, эстетическое наслаждение. Проблема охраны природы и оптимизации жизненной среды особенно актуальна для крупных городов и их природных зон. Перед российскими градостроителями поставлена цель — вернуть городу обширные включения природного ландшафта в виде открытых озелененных пространств, создать благоприятные условия для труда и досуга. За последние годы разработаны и осуществлены многочисленные проекты зон и комплексов отдыха. Построены сотни профилакториев, пансионатов, пионерских лагерей и других самых разнообразных оздоровительных учреждений, оборудованы пляжи, лесопарки.
При наличии в городе водоема центр города обычно смещается в его сторону. Одновременно водоем повышает влажность воздушных потоков и охлаждает их. Такое действие его распространяется в пределах двухкилометровой прибрежной полосы.
Города, расположенные в степной зоне, также должны опираться в своем развитии на существующий ландшафт.
По мнению О.Ф. Балыкова, оренбургского краеведа, сердцевиной исследования проблемы оптимизации природной среды Оренбурга является изуче¬ние степени оптимизации градостроения с природой степи, процесса соединения строящегося города в течение 260 лет с природным ландшафтом, преобразования природного ландшафта в искусственный антропогенный ландшафт, общей динамики его формирования.
Учитывая, что понятие среды города не совпадает с понятием его территории, и город не имеет достаточных возможностей к саморегуляции в природном отношении, стык ландшафта городской застройки с контактными зонами (с лесопарко¬вым поясом зеленой зоны, зоны ограниченного развития и зоной активного развития, то есть с пригородной зоной) — важная строчка в проблеме среды города. Пригородная зона входит в пространственную организацию «экологического каркаса» города [6].
Природный ландшафт – это градообразующий ресурс. Исследования требуют все компоненты природного ландшафта: почвы, рельеф, горные породы; поверхностная водная система (гидрология и гидр графическая сеть) и подземные воды; воздушный бассейн — нижние слои атмосферы (климат, микроклимат, ветровой режим, осадки и другое); растительный и животный мир. Принимаемое градостроительное решение без опоры на природный ландшафт или с опорой на его деформацию в конечном счете рождает больной городской организм, на лечение которого требуются крупные материальные затраты или в перспективе его реконструкция становится невозможной.
Озеленение — наиболее эффективный компонент ландшафта в оптимизации природной среды степного города.
Балыков О.Ф. предлагает концепцию развития Оренбурга с опорой на природный ландшафт, его ресурсные компоненты. В основу концепции следует заложить три момента:
- «генетический код» города;
- реки - главный природный стержень естественного ландшафта;
- выделение в черте города четырех ландшафтных районов, из которых три примыкают к рекам [6].
1.2 Экологические проблемы природно-техногенных систем
Нарастающее использование природных ресурсов, углубление процессов освоения территорий и негативные последствия хозяйственной деятельности человека, выражающиеся в загрязнении, нарушении и деградации окружающей природной среды, привели к изменению облика и разрушению природных ландшафтов России. Все это можно рассматривать как утрату национального природного наследия с далеко идущими и труднопредсказуемыми последствиями не только для России, но и всего мира в целом. Наиболее серьезной проблемой при этом является утрата биологического и географического (ландшафтного) разнообразия, а также неповторимости (уникальности) природных объектов, их эстетической привлекательности.
Современный ландшафт представляет собой природно-антропогенный комплекс, в пределах которого природные, антропогенные, географические, этнические и социокультурные факторы находятся в тесном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития, единую неразрывную, присущую данному региону или местности систему – геоэкосоциосистему или природно-техногенную систему [1].
К таким системам можно отнести городские и сельские поселения, сельскохозяйственные угодия с агропромышленными комплексами, отдельные промышленные предприятия и индустриальные зоны, транспорт и транспортные коммуникации, энергетические системы, горно-рудные предприятия вместе с зонами их влияния, рекреационные системы и др.
Природно-техногенные системы (ПТС) отличаются двойственностью, как это видно из самого термина. С одной стороны, первоначальные природные их особенности в значительной степени изменены, и состояние ПТС определяется антропогенной нагрузкой на них. С другой стороны, основные особенности их функционирования во многом зависят от природных условий, в которых эти системы размещаются. Основные компоненты ландшафта, такие как рельеф, геологическое строение, климат и до некоторой степени природные воды сохраняют свои основные особенности и в пределах ПТС, оказывая решающее влияние на состояние природно-техногенной системы [2].
Выявление степени экологического состояния и степени антропогенных воз¬действий на ПТС проводят с помощью экологического районирования территории. Сотрудниками Института географии РАН составлена схема экологиче¬ского районирования территории Россию (рисунок 1.3). По степени экологической напряженности определенным регионам присваиваются ранги от I до VII.
I - очень низкая; II - низкая; III - относительно низкая; IV - средняя;V - относи¬тельно высокая; VI - высокая; VII - очень высокая.
Рисунок 1.3 – Схема экологического районирования территории России
На территории России выделяют 56 эко¬логических районов.
На территории России сложилась напряженная, а в отдельных регионах острая экологическая ситуация. Природные ландшафты подвергались существенной антропогенной трансформации, в результате чего сформировались природно-антропогенные (эколого-хозяйственные) системы с определенным комплексом экологических проблем. Изучение таких систем взаимодействия природы и общества методом районирования представляет большой практический интерес, прежде всего для принятия первоочередных решений по снижению остроты экологической ситуаций и усилению экологической безопасности.
Так, к регионам с очень высокой экологической напряженностью относятся: Среднерусский, Центрально-Европейский, Поволжский, Приуральский, Предсаянский и другие [3].
Понятие экологического равновесия территории примени¬тельно к тому району (области, краю, региону), где расположена ПТС, представляет собой динамическое состояние природно-территориального комплекса, при котором он устойчиво функционирует, улучшая качество жизни людей и сохраняя при этом потенциальную емкость экосистем, обеспечивающих жизнь этой системы в целом [5]. При этом основными функциями природной среды будут функции самовосстановления и самоочищения. Экологическое равновесие ПТС сохраняется при допустимых ан¬тропогенных нагрузках, не превышающих емкость территории. Емкость террито¬рии – это количественно выраженная способность ландшафта удовлетворять по¬требности населения данной территории без нарушения экологического равнове¬сия. Выделяют потребности в площадях для строительства, в воде, в рекреацион¬ных ресурсах и т.п. Показателем, характеризующим потребности населения, явля¬ется демографическая емкость – максимальное количество жителей, которое мо¬жет проживать в границах района, при условии обеспечения потребностей насе-ления и сохранения экологического равновесия [6].
Характеристиками функционирования природно-техногенной среды, определяющими экологическое равновесие, являются: репродуктивная способность территории, ее экологическая емкость, геохимическая и биохимическая активность, устойчивость территорий к физическим нагрузкам, экологический фонд и естественная защищенность территории. Эти характеристики выражаются количественными показателями, которые представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Характеристики функционирования ПТС
Показатель Краткая характеристика
1 2
Репродуктивная способность территории Характеризует способность территории воспроизводить основные компоненты природной среды: кислород атмосферного воздуха, воду, почвенно-растительный покров
Экологическая емкость территории Плотность биомассы представителей животного и растительного мира на единицу территории, с учетом оптимального состава и численности для данного природно-географического района
?
Продолжение таблицы 1.1
1 2
Геохимическая активность территории Характеризует способность территории перерабатывать и выводить за свои пределы продукты техногенной деятельности – загрязняющие вещества
Биохимическая активность территории Обусловлена способностью территории биологически перерабатывать органические загрязнения и нейтрализовать вредные воздействия неорганических загрязняющих веществ
Устойчивость территории к физическим нагрузкам Характеризует сопротивляемость ландшафта к физическим антропогенным нагрузкам (воздействие застройки, транспорта, инженерной инфраструктуры, рекреацион¬ных зон и т.п.)
Экологический фонд Формирующиеся в основном за счет платежей за нормативные и сверхнормативные выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду, размещение отходов и другие виды загрязнений, а так же штрафов за экологические нарушения. Но платежи в экологические фонды нельзя рассматривать только как источники финансирования фондов, как откупные за последующую антиэкологическую деятельность.
Коэффициент естественной защищенности Определяется как отношение площади земель со средо – и ресурсосберегающими функциями (т.е. естественные и мало нарушенные территории, природоохранные зоны и т.д.) к общей площади исследуемой территории.
Считается, что территория находится в состоянии полного экологического равновесия, если природная среда обеспечивает воспроизводство своих компонентов, фито- и зоомассы этих территорий сбалансированы и сложившееся биоразнообразие сохранено, степень геохимической активности ландшафтов и степень биохимической активности экосистем соответствуют уровню антропогенных загрязнений, а уровень физической устойчивости ландшафтов соответствует силе техногенных нагрузок. Полное экологическое равновесие зависит от климатических и гидрологических условий местности, лесистости, хозяйственного освоения территории [7].
Полное экологическое равновесие освоенных территорий не всегда достижимо. Поэтому кроме полного равновесия различают условное и относительное экологиче¬ское равновесие территорий. При условном экологическом равновесии компо¬ненты природной среды не воспроизводятся в полной мере. При относительном экологическом равновесии не соблюдаются как условия воспроизводимости ком¬понентов природной среды, так и условия баланса биомассы; при этом геохими¬ческая, биохимическая активности, а также физическая устойчивость территории соответствуют антропогенным воздействиям.
Приблизить природно-техногенную экосистему к состоянию экологического равновесия можно, увеличивая площади естественных ландшафтов и озелененных территорий города, т.е. увеличивая так называемый коэффициент естественной защищенности территории, а также снижая антропогенные нагрузки. Для этого используется комплекс природоохранных мероприятий по снижению негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду.
С развитием урбанизации антропогенные нагрузки на окружающую среду возрастают: повышается плотность населения, разрастаются территории городов и агломераций, возрастает плотность застройки городских территорий и насыщенность их инженерной инфраструктурой, увеличиваются объемы промышленного производства, растет уровень автомобилизации. Все это ведет к обострению экологических проблем природно-техногенной среды [6].
Поступающие от промышленных предприятий и жилищно-коммунальных комплексов загрязнения максимально изменяют природные системы.
Для создания оптимально развивающейся, экологически сбалансированной ПТС важным представляется оценка репродуктивного потенциала территории и создание природно-экологического каркаса [7].
1.3 Основные подходы к поддержанию экологического равновесия природно-техногенных систем
Ландшафт – это ресурсо- и средосодержащая, воспроизводящая территориальная система, которая обладает природно-ресурсным потенциалом и выполняет определенные социально-экономические функции. Природно-ресурсный потенциал включает как производственные, так и экологические ресурсы и зависит от природных свойств ландшафта, направления и форм хозяйственного использования территории.
В составе природно-ресурсного потенциала ландшафтов особое место занимают виды ресурсов, состояние которых в большой степени определяется состоянием природных комплексов как целостных образований. К ним в первую очередь относятся рекреационные, природоохранные и биологические ресурсы. В связи с этим рассмотрим принципы рационального использования ландшафтов на примере освоения его рекреационного потенциала [2].
Под рекреационным потенциалом понимается вся совокупность природных, культурно-исторических и социально-экономических предпосылок для организации рекреационной деятельности на определенной территории [25].
Определение рекреационной емкости и устойчивости ландшафтов – исходное основание для планирования и осуществления рекреационной деятельности. Конкретные меры по рациональному применению рекреационного потенциала тесно связаны с типом природопользования. Выделяют три основных типа рекреационного природопользования, представленных в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Типы рекреационного природопользования
Тип рекреационного природопользования Вид объекта
Использование условно неизмененных ландшафтов Ландшафты национальных парков, зеленых зон городов и др.
Использованием измененных природных комплексов Ландшафты лесопарков, загородные зоны отдыха, охотничьи хозяйства
Создание специальных ПТС, где технические компоненты существенно определяют рекреационную устойчивость и комфортность Искусственные парки, сады, пляжи, водохранилища.
