3.5. Интеграция показателей экологического

Эколого-геологическое картирование
1. Предмет и задачи экологического картографирования ........................................................................................................ 1
2. Исторические корни и современные концепции экологического картографирования ..................................................... 3
2.1. Антропоцентризм и биоцентризм при оценке и картографировании экологической обстановки ............................ 3
2.2. Значение для экологического картографирования законов и принципов экологии ................................................... 4
2.3. Принципы и методы квалиметрии и их реализация в экологическом картографировании....................................... 7
2.4. Экологизация тематической картографии .................................................................................................................... 10
2.5. Классификации экологических карт ............................................................................................................................. 11
3. Территориальная интерпретация эколого-географической информации ......................................................................... 13
3.1. Оценка проницаемости географических границ .......................................................................................................... 13
3.2. Территориальные единицы экологического картографирования............................................................................... 15
3.3. Ландшафтная основа экологических карт .................................................................................................................... 20
3.4. Показатели экологического картографирования и их репрезентативность .............................................................. 21
3.5. Интеграция показателей экологического картографирования ................................................................................... 22
4. Картографическая семантика в экологическом картографировании ................................................................................ 24
4.1. Объекты экологического картографирования и их локализация .............................................................................. 24
4.2. Способы картографических изображений и их использование в экологическом картографировании .................. 25
1. Предмет и задачи экологического картографирования
Целью экологического картографирования является анализ экологической обстановки и ее динамики, т.е.
выявление пространственной и временной изменчивости факторов природной среды, воздействующих на
здоровье человека и состояние экосистем. Для достижения этой цели требуется выполнить сбор, анализ,
оценку, интеграцию, территориальную интерпретацию и создать географически корректное картографическое представление весьма многообразной, нередко трудносопоставимой экологической информации.
Экологическое картографирование — наука о способах сбора, анализа и картографического представления информации о состоянии среды обитания человека и других биологических видов, т.е. об
экологической обстановке.
Экологическое картографирование традиционно в наибольшей степени ориентировано на обеспечение
государственных, региональных и местных программ и проектов природоохранной направленности.
Между тем любая природоохранная деятельность осуществляется в рамках конкретных территорий. Поэтому планирование, реализация и контроль результатов природоохранных мероприятий требуют объективных данных об экологической обстановке и ее динамике в разных частях территории, что невозможно
без использования картографической формы представления информации.
Экологическая информация крайне многообразна как по происхождению, так и по содержанию. Она
поступает из официальных и неофициальных источников, добывается в результате исследований с использованием различных методов. К ней относятся материалы дистанционного зондирования, качественные и количественные характеристики загрязняющих веществ и статистические данные об
объемах и условиях их поступления в окружающую среду, пространственная и временная динамика фактически измеренных уровней и состава загрязнения, данные о состоянии здоровья населения, растительном покрове и животном мире и многое другое. Часто единственным, что объединяет
столь разнородные сведения, остается их принадлежность к определенной территории. Поэтому
одним из событий начавшегося в 1960-1970-е годы современного этапа охраны окружающей среды стало развитие экологического картографирования как универсального метода анализа экологической информации.
В рамках природоохранной деятельности выделяются [123] следующие основные составные
части, требующие картографического обеспечения:
 научно-исследовательская работа (с подразделениями по компонентам природной среды, методам исследования, территориальным единицам разного иерархического уровня или в глобальном масштабе);
 практическая деятельность по охране атмосферного воздуха, поверхностных и подземных
вод, почв и недр, растительности и животного мира, ландшафтов (экосистем) в целом (включая юридические, экономические, технологические, гигиенические аспекты; в локальном,
региональном, национальном и международном масштабах);
 экологическое образование и воспитание (включая преподавание, пропаганду экологических
2
знаний и осуществление прав личности и общества на информацию).
Картографическое обеспечение научно-исследовательских работ природоохранной направленности принципиально не отличается от аналогичной задачи других наук о Земле и является одним из проявлений познавательной функции карт. В ходе научно-исследовательских работ карты
выполняют функции:
 средства исследования (в этом качестве выступает, главным образом, топооснова), используемого для решения вопросов организации работ и территориальной привязки результатов;
 предмета исследования (как упрощенная модель объективно существующего явления). Для
этой цели могут использоваться как топографические, так и тематические карты, по своему
содержанию и точности пригодные для решения научных и прикладных задач.
Эти оба варианта использования карт предполагают максимально жесткие требования к геометрической точности и полноте. Требование полноты (в исследовании всегда относительной) заставляет рассматривать такое распространенное явление, как создание экологических карт на основе интерпретации и интеграции ранее созданных тематических, как приемлемое лишь в самом
начале становления нового направления. Составление новых карт на основе ранее созданных
предполагает допущение, что в последних уже содержится вся необходимая информация и ее требуется лишь соответствующим образом скомпоновать. Кроме того, необходимо учитывать естественное старение карт.
Картографическое обеспечение практической природоохранной деятельности в наиболее
полном объеме реализуется при разработке и выполнении целевых программ того или иного территориального охвата и направленности. Экологические карты, предназначенные для практической деятельности, по направленности подразделяются на:
 инвентаризационно-оценочные (содержат показатели и оценки состояния отдельных компонентов и ландшафтов в целом, характеристики территориального распределения влияющих факторов);
 прогнозные (представляют гипотетические результаты развития к некоторым датам в будущем,
при сохранении действующих тенденций или в рамках определенных сценариев);
 рекомендательные (показывают территориальное размещение предлагаемых мероприятий в
целях оптимизации экологических ситуаций);
 контрольные, или карты мониторинга (предназначаются для отслеживания ситуаций по мере
реализации рекомендованных мероприятий).
Такое деление не является специфическим свойством экологических карт, так как может быть
приложено едва ли не ко всем картам, предназначенным для обеспечения решения практических
задач [153].
Наиболее распространенными региональными программами являются:
 территориальные комплексные схемы охраны природы (ТерКСОП);
 целевые комплексные программы регионального или муниципального уровня;
 природоохранные разделы схем районной планировки и генеральных планов городов.
К наиболее распространенным природоохранным программам локального уровня природопользования относятся комплексы природоохранных мероприятий по отдельным объектам хозяйствования: 1) в рамках оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) для вновь проектируемых объектов; 2) планы мероприятий по охране окружающей среды на действующих предприятиях.
В большинстве случаев карты и планы являются основной частью материалов. При этом от региональных программ к локальным масштабы картографических приложений закономерно укрупняются, тогда как разнообразие их тематики сокращается. На уровне предприятий роль картографических материалов выполняют планы размещения и чертежи природоохранных объектов. Качество исполнения картографических материалов природоохранных программ (как и программ в целом) зависит от того, опирается ли инвентаризационно-оценочный блок информации на результаты специально проведенных исследований (инженерно-экологических изысканий [138]), или на
фондовые и статистические материалы. В последнем случае становится неизбежным использование таких показателей, как средние по административно-территориальным единицам, с соответствующим снижением детальности и обоснованности выводов и рекомендаций гигиенического,
экономического, юридического и технологического характера.
3
Требования к картографическому обеспечению природоохранной практики существенно различаются в зависимости от конкретного назначения карт. Содержание и оформление рекомендательных карт проектируемых природоохранных объектов (как и оформление соответствующих базовых инвентаризационно-оценочных и прогнозных карт) регламентируются общими требованиями
к проектной документации. Создание (как правило, в перспективе) контрольных карт не жестко
регламентировано. В процессе мониторинга наибольшее значение приобретает оперативность, поэтому данная составная часть экологического картографирования особенно интенсивно компьютеризируется.
Картографическое обеспечение экологического просвещения, образования и воспитания заключается в создании картографических материалов, согласованных с учебными программами курсов
экологии и охраны природы, а также соответствующими разделами географии. Учебные экологические карты служат иллюстративным материалом, выполняющим коммуникативную функцию, и
по особенностям оформления принципиально не отличаются от других учебных карт. Общим для
учебных карт любого содержания является приоритет наглядности перед точностью и полнотой,
использование контрастных цветов, крупных обозначений и надписей и т.п., как это практикуется
на настенных и включенных в атласы учебных картах охраны природы. Недостаток таких карт
обычно состоит в отсутствии важной для учебно-воспитательных целей информации об устойчивости и нарушенности ландшафтов. Это объясняется невысоким уровнем изученности этих вопросов.
Новым элементом экологического просвещения является издание соответствующих специальных карт и атласов, ориентированных на широкие слои общественности. Традиции такого рода
изданий только складываются; идет поиск характеристик, показателей и сюжетов, которые вызывали бы интерес и оказывали позитивное влияние на общественное мнение через адекватное понимание экологической ситуации. Для широких слоев общественности наибольший интерес представляет сравнительная характеристика территориальных единиц по комфортности проживания,
по возможности с гигиеническими и экономическими оценками. По мере развития рынка недвижимости оценки экологической обстановки оказывают все более существенное влияние на стоимость жилья и земельных участков. Это обстоятельство определяет как спрос на такого рода информацию, так и ответственность составителей и издателей карт за ее достоверность.
Экологическое картографирование отличается от ряда других отраслей тематического (геологического, геоморфологического, почвенного и др.) картографирования сложностью определения его предметной области [ 152]. В качестве основного объекта экологического (эко-лого-географического) картографирования разными авторами рассматриваются: экосистемы разного ранга, масштабы антропогенного давления на среду, биота, природоохранные мероприятия, взаимоотношения организмов
и среды, экологические ситуации.
2. Исторические корни и современные концепции экологического картографирования
2.1. Антропоцентризм и биоцентризм при оценке и картографировании экологической обстановки
Термины «экологическая карта», «экологическое картографирование» были впервые введены
французскими геоботаниками в 70-е годы XX столетия применительно к картам состояния растительности и антропогенного воздействия на нее [107]. Близкие по содержанию картографические
работы примерно в то же время начали прово-диться и в России (научная школа академика В. Б.
Сочавы) [150].
Картографирование состояния растительности и условий для нее, постепенно развиваясь,
сформировало биоцентрическое направление в экологическом картографировании. Биоцентрический подход базируется на классическом геккелевском понимании предмета экологии и нацелен на
картографическое исследование взаимосвязей между биологическими видами и средой их обитания, что в наиболее концентрированном виде было сформулировано Сочавой: «Экологические
карты как карты экосистем должны отражать их критические компоненты и основные связи между животными и растениями. Человек в экосистему не входит. Она картируется как одна из составляющих среды человека, а не как среда в целом со многими ее компонентами, поэтому в от-
4
ношении последнего расширять содержание экологических карт нет надобности» [150, с. 38].
Практически в рамках биоцентрического подхода получило развитие создание фито- и зооэкологических карт, характеризующих условия жизни организмов.
В некоторых теоретических работах встречаются высказывания о картографировании экосистем как основной функции экологического картографирования. Однако практическое решение
этой задачи затруднено вследствие пространственной неопределенности понятия экосистемы [66].
Понятие экосистемы не ограничено определенными пространственными рамками и может быть
приложено к болотной кочке, участку леса, биосфере в целом. С другой стороны, одна и та же
точка пространства может одновременно входить в экосистемы разных биологических видов.
Реализация биоцентрического направления сдерживается также в связи с отсутствием четких
экологических критериев для сравнения реально существующего с допустимым и желательным. Если для человека такие критерии (ПДК, ПДУ) при всех многочисленных недостатках существуют, то
для отдельных биологических видов и особенно для экосистем в целом отсутствуют. Более того,
согласно закону внутреннего динамического равновесия и его следствиям, предполагающим учет
состояния популяций [124], для экосистем подобные показатели в принципе не могут иметь универсального характера. Роль более или менее универсального критерия может выполнять природный фон (при максимально широкой трактовке этого понятия). К нему, согласно закону экологической корреляции, приспособлены все компоненты экосистем. Понятно, что допустимая величина отклонения от природного фона имеет межвидовые и внутривидовые различия. Это также
предполагает множественность оценок последствий одних и тех же отклонений и делает проблематичным выработку универсальных критериев.
Другим «источником и составной частью» экологического картографирования (антропоцентрическое направление) стали прикладные работы по учету природных ресурсов, оценке экологической обстановки и разработке путей ее оптимизации. Обычно такие работы реализовываются в
региональных целевых программах природоохранной направленности (территориальные комплексные схемы охраны природы, соответствующие разделы схем районных планировок и генеральных планов). Эти работы отличаются от биоцентрических тем, что оценки состояния среды
выполняются с точки зрения воздействия факторов окружающей среды на здоровье человека и
возможности хозяйственного использования природных ресурсов.
Антропоцентрический подход по своему содержанию ближе к традиционному географическому, при котором биота рассматривается как один из равноправных компонентов ландшафта. На
картах, относящихся к данному направлению, обычно содержатся сведения о ландшафтах территории, особо охраняемых природных территориях и объектах, источниках и последствиях антропогенного воздействия на среду (объемы и состав выбросов и сбросов загрязняющих веществ,
уровни и ареалы загрязнения).
Соотношения антропоцентризма и биоцентризма дифференцированы по разновидностям экологических карт: гигиенические и экономические оценки антропоцентричны, а охрана природы
биоцентрична по определению. Сочетание биоцентрического и антропоцентрического подходов
означает практически необходимость создания двух видов карт: базовых и оценочных. Первые
должны характеризовать величины отклонений показателей от природных, фоновых, вторые —
давать гигиенические или экологические оценки последствий этих отклонений.
2.2. Значение для экологического картографирования законов и принципов экологии
Адекватное картографическое отображение информации, относящейся к определенной области
знания, предполагает учет действующих в этой области специфических законов и закономерностей. В географических науках в силу ряда как объективных, так и субъективных причин не сложилось теоретических основ в виде логически стройной, общепризнанной системы аксиом и законов.
В географии — науке сложной, комплексной законов природы (т.е. необходимых, существенных, устойчивых, повторяющихся отношений между явлениями) нет, а есть лишь закономерности, общее число которых не поддается даже приблизительным оценкам [5]. Иная ситуация (по
крайней мере с внешней, формальной стороны) имеет место в экологии и природопользовании.
Несмотря на то что степень сложности объектов изучения географических и биологических наук
5
существенно не различается [5], сложилась своего рода международная традиция возведения эмпирических закономерностей и даже единичных, но весьма важных фактов (таких как ограниченность природных ресурсов, равнозначность всех условий жизни), в ранг экологических законов,
принципов и т.п. Однако очевидно, что очень многие из них не соответствуют приведенному выше определению закона природы.
Анализируя этот материал, Н. Ф. Реймерс [124] систематизировал около 300 обобщений, сформулированных разными авторами. Они подразделяются по уровням (аксиома, гипотеза, принцип,
закон, правило) и сферам применения:
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
общесистемные обобщения;
физико-химические и молекулярно-биологические основы существования живого;
эколого-организменные закономерности;
закономерности системы «организм — среда»;
популяционные законы;
биогеографические закономерности;
законы функционирования биоценозов и сообществ;
экосистемные законы;
общие закономерности экосферы и биосферы Земли;
закономерности эволюции биосферы;
законы системы «человек — природа»;
законы социальной экологии;
законы природопользования;
принципы охраны среды жизни, социальной психологии и поведения человека.
Важнейшим свойством экологических обобщений, определяющим возможность их применения при решении задач экологического картографирования, является их территориальность или
внетерриториальность. Преобладающая часть экологических законов и закономерностей относится к внетерриториальным, т.е. действующим одинаково, вне зависимости от особенностей территорий. Но могут быть выделены обобщения, действие которых носит территориально дифференцированный характер, что делает необходимым их учет при картографировании.
Значение закона внутреннего динамического равновесия для экологического картографирования. Закон, сформулированный Реймерсом [123], гласит: «Вещества, энергия, информация и
динамические качества отдельных природных (экологических) систем в их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественноэнергетических, информационных и динамических качеств экосистем, где эти изменения происходят, или в их иерархии». Следствием данного закона являются природные цепные реакции, как
правило, имеющие нелинейный характер и направленные на нейтрализацию изменений или на
формирование, в том числе необратимое, новых экосистем. Будучи важнейшим для учета при
практическом природопользовании, этот закон стал фактически методологической основой экологической экспертизы проектов и решений.
Важнейшее следствие законе внутреннего динамического равновесия для картографирования —
необходимость выявлять и отражать на карте состояние экосистем: устойчивое, неустойчиворавновесное (напряженное), неравновесное; с возможным подразделением по факторам воздействия.
Рассматриваемый закон имеет весьма сложный, многоаспектный характер. Число его проявлений даже за непродолжительное время и на небольшой территории может быть неограниченным.
Полный учет последствий того или иного решения в природопользовании часто требует многолетних специальных исследований и является предметом длительных дискуссий. Вследствие этого
рассматриваемый закон в настоящее время практически не поддается количественному выражению. Поэтому может быть выделено два пути учета закона внутреннего динамического равновесия
при картографировании:
♦ качественные оценки состояния экосистем;
♦ количественные экологические критерии.
Первое выражается в использовании качественных оценок экологических ситуаций (условно
6
благоприятные, удовлетворительные, напряженные, критические и катастрофические) [79]. Второе заключается в использовании в качестве оценочных единиц для картографирования (количественных ориентиров) величин, соответствующих качественным изменениям в состоянии экосистем. Наиболее простыми и распространенными величинами такого рода являются ПДК. Однако
их соблюдение или превышение может рассматриваться как оценочный критерий лишь с медикогигиенических, антропоцентрических позиций и далеко недостаточно для оценки состояния экосистем в целом. Использование ПДК и в качестве собственно гигиенических критериев имеет ряд
недостатков: неполнота учета взаимодействия веществ, зависимость здоровья от природных и социальных факторов, некорректность переноса на человека результатов экспериментов с подопытными животными [14]. Тем не менее широкое использование ПДК и производных от них величин
ПДВ, ПДС в нормативной документации, при решение юридических и экономических вопросов
природопользования, заставляет ориентироваться на них в рамках прикладного экологического
картографирования.
Значение законов экологической корреляции и толерантности для картографирования.
Согласно закону экологической корреляции (в формулировке, приведенной Реймерсом [123]), в
экосистеме, как и в любом другом природно-системном образовании, особенно в биотическом сообществе, все виды живого и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу. При этом, согласно закону толерантности В. Шелфорда, лимитирующим фактором процветания организма и вида в целом может быть как минимум, так и максимум воздействующего фактора; диапазон между ними определяет интервал выносливости (толерантности) организма [124].
Отсюда вытекают важные для картографического исследования следствия. В каждой экосистеме (и соответственно в пределах каждой территориальной единицы любого уровня) биота, и человек в том числе, приспособлены к определенным интервалам геофизических и геохимических параметров. В условиях повышенных или пониженных концентраций химических элементов в среде
поселяются специфические виды; в популяциях выявляются организмы с разной степенью устойчивости, причем изменения могут иметь наследственную природу [71]. Поэтому понятия экстремальности или оптимальности природных условий могут рассматриваться лишь по отношению к
обитателям конкретных территорий и в целом носят относительный характер. Длительное проживание в определенных природных условиях, приверженность образу жизни, традициям и т.д. сопровождаются выработкой приспособительных реакций как психологического, так и физиологического характера. У папуасов и эскимосов, например, понятия об оптимальных природных условиях едва ли совпадают.
С другой стороны, не нарушенное антропогенным воздействием состояние экосистемы (с соответствующими этому состоянию геофизическими и геохимическими характеристиками) может
рассматриваться как эталон; т.е. последнее понятие также является относительным и территориально конкретным. Поэтому при картографировании оптимально принимать за точку отсчета для
данной местности природный фон (понимая под ним всю совокупность геофизических и геохимических параметров при отсутствии антропогенного воздействия). Величина отклонения от природного фона (по отдельному показателю на аналитической карте или по совокупности их на синтетической) может рассматриваться как естественная характеристика антропогенной нагрузки.
Такая постановка задачи придаст дополнительный смысл традиционным физико-географическим
исследованиям, нацеленным на реконструкцию естественных ландшафтов.
Значение закона физико-химического единства живого вещества для экологического
картографирования. Согласно данному закону, сформулированному В. И. Вернадским, все живое Земли в физико-химическом отношении едино: «Вся биосфера распределяется... на различные
комбинации однородного живого вещества» [27, с. 236]; живое вещество бывает разнородным и
однородным, разнородное состоит из организмов разных видов [там же, с. 224]. Вследствие этого
вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для других [124].
Существование такого закона обусловливает возможность разнообразной интерпретации данных картографирования загрязнения среды отдельными веществами: с антропоцентрических позиций, с точки зрения устойчивости конкретных видов или экосистем в целом. Поэтому содержание
аналитических (покомпонентно-по-ингредиентных) карт загрязненности безотносительно к конкретным биологическим видам образует фактологическую основу для последующей интерпретации. Обобщение же покомпонентно-по-ингредиентных данных на синтетических картах не может
7
не носить характера оценки с антропоцентрических или биоцентрических позиций.
Физико-химическое единство биосферы достигается благодаря круговороту веществ. Современная биогеохимическая концепция биосферы строится на признании единства жизни и геохимической среды. Процесс загрязнения окружающей среды — это процесс формирования техногенных потоков и ореолов рассеяния [34]. Загрязнения, поступающие в окружающую среду, носят
многофазный (газообразная, жидкая и твердая фазы) и многокомпонентный характер: химически
чистые вещества вообще нехарактерны для естественных условий, тем более не относится это к
производственным и бытовым отходам. Поллютанты, попав в окружающую среду, подвергаются
транспортировке в составе геохимических потоков, депонированию в составе ореолов и разрушению процессами самоочищения. Благодаря общности источников, возникают геохимические корреляционные связи между поллютантами в составе потоков и ореолов. Это имеет особенно важное
значение для картографирования, так как ореолы являются значительно более удобными для изучения объектами, нежели потоки.
Значение закона равнозначности всех условий жизни для экологического картографирования. Согласно данному закону, все природные условия среды, необходимые для жизни, играют
равнозначную роль [124]. Учет этого закона необходим при синтетическом картографировании,
нацеленном на получение интегральных характеристик состояния среды. Закон равнозначности
всех условий жизни не позволяет подразделять экологические факторы на важнейшие, второстепенные и т.д.
Согласно закону минимума, любой фактор может оказаться лимитирующим. В то же время интервалы толерантности организма к разным факторам различны, в том числе и по отношению к
диапазонам их изменений. Например, естественный радиационный фон практически нигде на
Земле не выходит за безопасные рамки, поэтому данный фактор до появления атомного оружия и
энергетики не воспринимался как биологически значимый.
Разнообразие интервалов толерантности к разным факторам обусловливает возможность и
необходимость оценки их относительной значимости. Вместе с тем полный учет всех экологических факторов едва ли является осуществимой задачей, так как одна из составляющих научнотехнического прогресса — обнаружение все новых из них (пример радиации иллюстрирует это).
Значение правил топографического кружева ареала и географической изменчивости кружева ареала для экологического картографирования. Эти биогеографические закономерности
могут рассматриваться как конкретные советы по интерпретации ландшафтных данных. Так, расположение благоприятных для определенных видов участков подчиняется определенным местным
географическим закономерностям: теплолюбивые виды могут расселяться по южным склонам, влаголюбивые — по понижениям и т.п. Для одного и того же вида расположение таких участков в разных
частях ареала бывает неодинаково: у северных границ ареала — на южных склонах, у южных границ — на северных склонах.
Значение принципов инстинктивного отрицания — признания и удаленности события
для экологического картографирования. Согласно первому принципу, факты и закономерности,
противоречащие концепции, которой придерживается разработчик, подсознательно исключаются
из модели, тогда как фактам, укладывающимся в концепцию, неосознанно придается больший вес,
чем они имеют в действительности. Согласно второму принципу, явления, отдаленные в пространстве и во времени, по психологическим причинам кажутся менее существенными, чем в действительности, и наоборот.
Указанные принципы должны учитываться разработчиками карт в процессе интерпретации материалов как эмпирические закономерности психологии научно-экспертной работы. Психологические закономерности, выражаемые данными принципами, часто служат источником ошибок,
например таких, как показ широко распространенных явлений (загрязнение поверхностных вод и
почв, эрозионные процессы и др.) лишь в тех местах, где они специально изучались.
2.3. Принципы и методы квалиметрии и их реализация в экологическом картографировании
Принципы квалиметрии и их реализация при экологическом картографировании. Квалиметрия как научная дисциплина, охватывающая методологические и практические вопросы оцен-
8
ки качества, начала разрабатываться в конце 60-х годов XX в. в связи с проблемой совершенствования промышленной продукции. Тем не менее принципы и методические подходы, разработанные в рамках этой дисциплины, вышли за их первоначальные пределы и применяются, например,
в практике гигиенической оценки атмосферного загрязнения [55]. Поэтому их тоже целесообразно
использовать в экологическом картографировании, учитывая при этом специфику предмета.
Рассмотрим последовательно принципы квалиметрии, предложенные Г. Г. Азгальдовым и Э. П.
Райхманом [2].
1. Качество рассматривается как некоторая иерархическая совокупность свойств, причем таких
свойств, которые представляют интерес для потребителя данного продукта [2]. Для целей экологического картографирования формулировку данного принципа целесообразно уточнить: качество
окружающей среды может быть оценено как некоторая совокупность свойств окружающей среды,
являющихся важными для субъекта оценки (биологического вида). Подразделение свойств среды
по иерархическим уровням противоречит рассмотренному выше закону равнозначности всех
условий жизни, хотя и не исключает относительной оценки их значимости. Разрешение противоречия представляется следующим.
Подразделение характеристик антропогенного воздействия по компонентам среды, отдельным
ингредиентам загрязнения и времени осреднения обусловливает наличие ряда иерархических
уровней показателей. В то же время закон равнозначности всех условий жизни не позволяет абстрагироваться от какого-либо из этих уровней. Поэтому содержанием данной иерархической системы является процедура последовательной интеграции показателей, но не возможность раздельного проведения оценок для разных уровней. Показатели вышестоящих уровней складываются из показателей нижестоящих, являющихся первичными. Каждый из последних вносит свой
«вклад» в окончательный результат и при большом отклонении (например, кратковременное многократное повышение концентрации хотя бы одного поллютанта при залповом выбросе) способен
существенно повлиять на интегральный показатель.
Иерархические уровни, таким образом, носят условный характер и предназначаются для удобства процедуры оценки и выдачи результатов по компонентам среды в связи с особенностями организации природоохранных служб. Этим оценка состояния окружающей среды отличается от
оценки качества продукции, где возможен раздельный учет и анализ, например, эстетических
свойств и показателей надежности. В свою очередь, состояние окружающей среды в целом как
свойство определенного (достаточно высокого) иерархического уровня является составной частью
оценки земель при кадастровом картографировании.
2. Отдельные свойства, составляющие иерархическую структуру качества, путем измерений
или вычислений могут получить числовые характеристики Pij — абсолютные показатели. Однако
такие характеристики (например, концентрации отдельных веществ) абсолютно ничего не говорят
о свойствах с точки зрения «много — мало», «хорошо — плохо» и т.д. Поэтому измерение отдельных свойств или самого качества в целом должно завершаться вычислением относительных
показателей [2].
Данный принцип квалиметрии, будучи объективно существующим, широко применяется в
практике картографирования как стандартный прием нормирования на ПДК и иные близкие по
смыслу нормативы. Процедура гигиенической оценки параметров окружающей среды является
частным проявлением указанного принципа.
3. Показатели качества рассматриваются с точки зрения потребностей большей части членов
общества [2]. Этот принцип подразумевает, что требования к качеству носят субъективный характер, в связи с чем следует ориентироваться на усредненные запросы. Справедливость данного
принципа вызывает сомнения даже применительно к оценке продукции: мировой тенденцией является стремление учесть именно индивидуальные запросы, что, однако, не исключает массового
производства дешевого «ширпотреба» при наличии спроса на него. Практика природоохранной
работы фактически соответствует этому принципу, поскольку ПДК и тому подобные нормативы
безотносительны к природным условиям и к возрастным, социальным и иным особенностям. Использование данного принципа в природоохранной работе не позволяет отказаться от него и в
экологическом картографировании.
4. Разные шкалы абсолютных показателей должны быть трансформируемы в общую шкалу [2].
Нормирование по ПДК и другим подобным нормативам с последующей интеграцией в покомпонентные показатели обеспечивает реализацию и этого принципа.
9
5. Любое свойство качества определяется двумя числовыми параметрами: относительным показателем и весомостью [2]. Относительными показателями являются концентрации поллютантов,
уровни физических полей, нормированные на ПДК, ПДУ. Показатели весомости учитываются на
всех иерархических уровнях. Их роль выполняют: период осреднения, класс опасности поллютанта, относительная значимость компонента окружающей среды.
Интеграция на каждом из иерархических уровней может быть произведена тремя математически возможными способами: в виде средней арифметической с использованием показателей взвешивания; средней геометрической; средней гармонической [2]. Практически используются все три
способа. Математические или фактологические доказательства преимуществ какого-либо из трех
способов получения обобщающих оценок отсутствуют. Более того, вопрос о преимуществах тех
или иных средних дискутировался еще в XVII в.; проведенные недавно эксперименты также не дали однозначного ответа на этот вопрос [2]. В этих условиях в соответствии с общенаучным принципом, известным под названием «бритва Оккама», целесообразно отдавать предпочтение наиболее простому решению — показателям первого типа (суммы произведений на коэффициенты
взвешивания и т.п.). При этом целесообразно вместо сумм использовать средние арифметические,
как рекомендует ква-лиметрический подход. В этом случае величины комплексных показателей,
определенных по разному числу компонентов, будут сопоставимы.
6—7. Сумма весомостей одного уровня есть величина постоянная. Весомость и оценка свойств iro уровня определяются требованиями со стороны связанных с ними свойств (i—1), т.е. более высокого уровня [2]. Указанные принципы вполне очевидны и подразумевают элементарную унификацию методов измерений и обработки их результатов.
Использование методов квалиметрии в экологическом картографировании. Непосредственное определение параметров окружающей среды, как количественных, так и качественных,
составляет содержание методов физико-географических (в максимально широкой трактовке этого
понятия) исследований. Учет социально-экономических характеристик требует привлечения методов демографии и социологии. Обеспечение корректности и сопоставимости результатов тех и
других составляет предмет метрологии. Использование квалиметрических методов необходимо на
стадии перехода от поингредиентных и покомпонентных характеристик к интегральным, охватывающим разнородную и потому трудносопоставимую информацию.
Ключ к комплексной оценке состояния среды состоит в определении относительной значимости
ее отдельных компонентов для здоровья человека (при антропоцентрическом подходе) или устойчивости отдельных видов и экосистем в целом (при биоцентрическом подходе).
С точки зрения законов экологии вполне очевидно, что каждый из компонентов среды является жизненно важным. Но разнообразие интервалов толерантности к разным факторам обусловливает различия в их значимости.
В квалиметрии известны следующие основные методы определения весомости отдельных
свойств качества: стоимостный, экспертный, вероятностный и смешанный (комбинации трех
предыдущих [2]).
♦ Стоимостный метод предполагает корректную оценку слагаемых качества в денежном выражении. Такой подход едва ли приемлем для экологического картографирования, по крайней мере в качестве основного, в силу вторичности экономических оценок в природопользовании по отношению к экологическим и гигиеническим.
♦ Экспертный метод (метод «Дельфи») включает участие группы из 10—12 экспертов, отвечающих на поставленный вопрос. Ответы должны носить количественный характер, даваться в несколько туров со взаимным ознакомлением с результатами, обменом мнениями в
целях выработки усредненного коллективного решения [2]. При современном уровне развития геоэкологических исследований данный
метод является наиболее распространенным [15].
♦ Вероятностный метод. В рамках антропоцентрического подхода предметом вероятностной
оценки оказывается риск возникновения заболеваний в зависимости от состояния окружающей среды и ее компонентов. Такой подход применяется в рамках методики оценки риска и
в целом может быть оценен как наиболее перспективный. Его распространение сдерживает
необходимость накопления и обработки значительных объемов медико-географической
информации применительно к конкретным социально-экономическим условиям. Создает
10
трудности для математической обработки и неоднозначность связей «доза—эффект», в частности наличие скачков на определенных уровнях [15], а также возможное влияние на восприимчивость этносоциальных, возрастных и индивидуальных особенностей организма.
Практически вероятностный метод реализуется на основе использования
статистических зависимостей между характеристиками состояния компонентов среды и показателями здоровья человека либо состояния популяций отдельных видов.
2.4. Экологизация тематической картографии
Общий смысл экологизации картографии заключается в переходе от традиционных попыток
показа как бы реконструированного состояния природной среды к целенаправленному отображению содержания и последствий воздействия человека. Экологизация, являющаяся общей тенденцией развития современной науки [124], проявилась во многих отраслях тематической картографии.
Геологическое картографирование претерпело значительные изменения в области задач и методов съемочных исследований. Были разработаны новые методические руководства [23 и др.], изменившие общую направленность геологических исследований с нацеленности на обнаружение
полезных ископаемых на изучение современного состояния геологической среды и тенденций ее
изменения. При этом в число объектов изучения, согласно новым методическим руководствам,
вошли даже характеристики загрязнения атмосферного воздуха и поверхностных вод.
В рамках экологизации геологического картографирования повышенное внимание уделяется
показу на общих и специальных картах техногенно-образованных, техногенно-переотложенных и
техногенно-измененных пород, а также сущности физических и химических изменений в них (подробнее см. в разделе 4.5.2).
Геоморфологическое картографирование в последние годы также ориентируется на изучение и
решение экологических проблем. По выражению А. Н. Ласточкина [83], если раньше геоморфологи уделяли основное внимание изучению всего того геологического, что отражается в рельефе,
то сейчас необходимо сместить акцент на то географическое, что рельефом контролируется. Литогенная основа ландшафта (геологическое строение и рельеф) в значительной степени предопределяет пространственное распределение почвенных разностей и биотопов, их внешние границы. Поэтому границы территорий с разными экологическими ситуациями во многих случаях
целесообразно согласовывать с геоморфологическими границами.
Практическая реализация этой идеи заключается в разработке геотопологической основы для
интерполяции и экстраполяции фактических данных о загрязнении окружающей среды и трансформации экосистем, т.е. в создании детальных карт элементарных ребер и граней рельефа и
оценки их положения по отношению к источникам техногенных воздействий [109].
Рельеф непосредственно влияет на процессы геодинамики, в том числе являющиеся факторами
экологического риска (обвалы, оползни, лавины, сели, наводнения). Поэтому геоморфологические
карты, в том числе с адаптированным содержанием, нашли применение при оценке риска различных опасных явлений, конт-ролируемых рельефом и поверхностными отложениями.
Климатическое картографирование эволюционирует в направ-лении отображения метеорологических факторов экологической обстановки: рассеивающей способности и потенциала загрязнения атмосферы [12]. При этом следует отметить, что традиционное для изучения атмосферных
процессов создание мелкомасштабных карт на основе редкой сети постов, хорошо зарекомендовавшее себя при анализе и прогнозе глобальных и региональных ситуаций, оказалось недостаточным в условиях сложной, мозаичной картины загрязнения урбанизированных территорий [34]. В
связи с этим получило широкое распространение создание компьютерных, в том числе оперативных, карт на основе математического моделирования циркуляционных процессов в условиях города.
Гидрологическое картографирование также приобрело нацеленность на отображение состояния водных ресурсов, в том числе в аспектах риска высоких паводков, истощения, загрязнения.
Почвенное картографирование традиционно было ориентировано на отображение не только
типов, подтипов и разновидностей почв, но также их состояния и тенденций изменений (выделение смытых и намытых почв). В рамках экологизации почвенное картографирование трансформи-
11
руется в мониторинг земельных ресурсов, в задачи которого входит отслеживание изменений:
эродированности почв, содержания гумуса, микроэлементов, рН, остаточных концентраций пестицидов, загрязнения тяжелыми металлами и нефтепродуктами.
Объектом почвенного картографирования становятся техногенные и антропогеннопреобразованные почвы: агросерые, агролес-ные; ацефалоземы («обезглавленные» почвы) и т.д.
[154]. В новой классификации почв России [70] выделены на уровне отдельных типов почвы,
сформировавшиеся под влиянием интенсивного воздействия интенсивных факторов (стратоземы,
агростратоземы).
Свойства почв непосредственно влияют на интенсивность процессов миграции загрязняющих
веществ и самоочищения, коррозионную активность. Поэтому получило распространение создание специальных почвенных карт, на которых дается интерпретация типов и разновидностей почв
с точки зрения их влияния на миграцию поллютантов. Таким образом, почвенное картографирование смыкается с эколого-геохимическим.
Геоботаническое картографирование (включая лесное, как его прикладное направление) послужило одним из источников современного экологического картографирования. Современной
тенденцией в геоботаническом картографировании стало внимание, уделяемое показу динамики
растительности, включая прогноз ее состояния с учетом сукцессионной смены сообществ [66].
Состояние растительного покрова является одним из показателей экологической обстановки в целом, в связи с чем получило развитие биоиндикационное картографирование (подробнее см. раздел
4.6.2).
Социально-экономическое картографирование. Экологизация проявляется в создании специализированных карт для показа последствий хозяйственной деятельности: объемов и структуры
выбросов и сбросов загрязнений, в том числе с подразделением по отраслям экономики, масштабов применения удобрений и пестицидов и т.д. Наряду с абсолютными характеристиками поступления загрязняющих веществ объектами картографирования могут быть многочисленные относительные показатели: величины выбросов и сбросов в расчете на одного жителя, на единицу площади, на объем выпускаемой продукции в натуральном или денежном выражении. Величины платежей за загрязнение (экологического налога) и, соответственно, поступлений в территориальные
экологические фонды также могут быть объектом картографирования. Состояние среды стало одним из важных факторов кадастровой оценки земель [127], определения стоимости недвижимости
(подробнее см. раздел 5.4). Это предполагает составление специальных карт экономической оценки экологической обстановки, таких как карты величин отклонений стоимости недвижимости под
влиянием экологических факторов и, соответственно, потерь или приобретений владельцев.
2.5. Классификации экологических карт
Вопросы классификации экологических карт решаются по-разному, в зависимости от того, что
положено в основу классификации: анализ и обобщение фактически существующих картографических материалов либо теоретические предпосылки. Число классификационных признаков практически так же безгранично, как и число экологических проблем и подходов к их изучению. Относительно устоявшейся и общепризнанной в настоящее время является упомянутая выше классификация экологических карт по научно-прикладной направленности [МО], в рамках которой выделяются карты:
♦ инвентаризационные, т.е. нацеленные на учет и описательные характеристики природных
объектов;
♦ оценочные, т.е. характеризующие соответствие состояний и условий природной среды каким-либо критериям и/или нормативам;
♦ прогнозные, т.е. отображающие предполагаемые и/или не-доступные для непосредственного
изучения природные объекты и их свойства;
♦ рекомендательные, т.е. направленные на оптимизацию и гар-монизацию отношений в природной среде, предотвращение или смягчение неблагоприятных явлений и их последствий.
Географы Института географии РАН, составившие наиболее полный каталог фактически существующих отечественных карт экологического содержания по состоянию на декабрь 1994 г.
[73], подразделили их на следующие группы:
12
♦ 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).
Географы МГУ [75] разработали несколько иную классификацию экологических карт, в целом
близкую по содержанию, но отличающуюся отсутствием ряда достаточно традиционных тематических групп:
♦ карты воздействий на природную среду и их последствий;
♦ 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.
Классификации, построенные на основе анализа практики, успешно «работают» в достаточно
давно сложившихся тематических областях с устоявшейся внутренней структурой. В экологическом картографировании, все еще находящемся в стадии формирования, освоены далеко не все
практически необходимые сюжеты. Поэтому целесообразно, основываясь на тех или иных теоретических представлениях, дополнять классификации, построенные на основе анализа практики,
перспективными, но еще недостаточно разработанными разделами. Так географы Института географии Сибири и Дальнего Востока [171] предлагают следующие классы экологических карт:
♦ карты факторов и условий среды (физико-географические карты, характеризующие условия
жизнедеятельности, карты природно-ресурсного и экологического потенциала тер
риторий, устойчивости геосистем);
♦ карты процессов (распространения загрязнений, миграций,
эрозии, опасных природных явлений); ♦ карты состояний (современного и прогнозируемых, в том числе карты антропогенных изменений);
♦ карты проблем (остроты экологических ситуаций);
♦ карты организации охраны природы и ресурсопользования (контроля и управления природопользованием).
Классификация экологических карт по назначению, рассмотренная выше, включает:
♦ карты для научно-исследовательских работ природоохранной направленности (с дальнейшими подразделениями сообразно структуре научных дисциплин об окружающей среде и ее
охране);
♦ карты для практической природоохранной деятельности (в том числе инвентаризационнооценочные, прогнозные, рекомендательные, контрольные);
♦ карты для экологического просвещения, образования и воспитания.
Вполне очевидны также классификации экологических и эко-лого-географических карт по
масштабу и территориальному охвату, по широте темы (общие и частные, аналитические и синтетические). Специфическим для экологических карт является их подразделение по источникам исходной информации на карты, составленные на основе:
♦ дистанционного зондирования;
♦ статистических данных и их обработки;
♦ полевого картографирования и мониторинга;
♦ изучения состояния биоиндикаторов;
♦ обобщения материалов из разных источников.
13
3. Территориальная интерпретация эколого-географической
информации
Экологическое картографирование — отклик на общественную потребность в информации о
состоянии и динамике качества среды, окружающей человека, в условиях экологического кризиса.
Как показано выше, расширение предмета и тематическая дифференциация экологического картографирования произошли вследствие невозможности удовлетворить эту потребность без привлечения всей совокупности данных наук о Земле, человеке и обществе.
Задача экологического картографирования состоит в непосредственной характеристике состояния среды, подвергающейся антропогенному воздействию. Важнейшие свойства картографируемых показателей — их содержательная, пространственная и временная локализация. При этом информация, заключенная в карте, всегда беднее исходной природной. Поэтому для обеспечения
объективности и репрезентативности результатов необходимо соблюдение ряда процедур, среди
которых целесообразно различать общекартографические приемы получения, локализации, интеграции и интерпретации показателей и особенности их применения, обусловленные спецификой
объекта картографирования.
3.1. Оценка проницаемости географических границ
Границы природно-территориальных единиц важны для экологического картографирования
постольку, поскольку они образуют геохимические и орографические барьеры на путях миграции
поллютантов. Степень прозрачности границ для поллютантов должна рассматриваться как основной критерий их учета при пространственной интерпретации показателей. При отсутствии препятствий загрязнения должны равномерно распространяться по всем направлениям; в этом случае
уровень их концентрации становится функцией расстояния и оказывается возможным только выделение условных границ на основе количественных критериев (например, превышения или непревышения
ПДК). Практическим средством выделения геоэкологически значимых границ может быть мысленный эксперимент, в ходе которого воображаемые преграды размещают на разных природных рубежах [125] и
определяют их реальность по отношению к тем или иным вещественно-энергетическим потокам.
Характер переноса загрязнений в атмосфере. Он определяется в первую очередь циркуляционным фактором. Территории с разной направленностью атмосферного переноса разграничиваются своеобразными «атморазделами» [40]. Высокая динамичность воздушной среды предопределяет существование климатических границ, являющихся наиболее расплывчатыми по сравнению с другими природными границами [6]. Количество таких границ на Земле невелико; их ширина (порядка сотен км) сопоставима с максимальной дальностью переноса большинства поллютантов. Поэтому геоэкологическое значение климатических границ определяется их влиянием на глобальное загрязнение атмосферы наиболее устойчивыми
поллютантами (например, роль атмосферных фронтов в изоляции Антарктиды и формировании «озоновой дыры»).
Для региональных и локальных особенностей загрязнения атмосферы наибольшее значение имеют
расположение и параметры источников выбросов, а также их перераспределение под воздействием элементов подстилающей поверхности, тогда как элементы общей циркуляции образуют общий фон. Элементы подстилающей поверхности, влияющие на местную циркуляцию: рельеф, растительный покров,
водоемы. Барьеры на пути местной циркуляции поллютантов (особенно переноса аэрозолей в приземном
слое) создают:
♦ линейные положительные формы рельефа;
♦ побережья водоемов, размеры которых достаточны для формирования бризовой циркуляции;
♦ границы лесных массивов (при достаточно выраженных различиях в степени шероховатости поверхности в пределах леса и вне его).
С точки зрения влияния на местную циркуляцию, искусственные сооружения могут рассматриваться
как формы рельефа. Соответственно границы участков высотной застройки принимают характер локальных орографических рубежей, воздействующих на местную циркуляцию.
различны для разных ее составных частей: морей и океанов в данном пособии не рассматриваются), водоемов суши, подземных вод. Для рек (как однонаправленных потоков) с развитой поперечной циркуляцией
14
и русловыми деформациями устойчивы лишь поперечные границы, разделяющие разные отрезки русла.
Различия экологических ситуаций в пределах отрезков русел обусловливаются неравномерностями поступления загрязнений и интенсивности процессов самоочищения. Створы источников сбросов и устья
сильно загрязненных притоков образуют верхние границы экологически неблагополучных участков русел. Загрязненные участки русел подразделяются на зоны смешения с неустойчивыми характеристиками
загрязнения и зоны распределения, в которых происходят процессы транспортировки поллютантов и самоочищения, приводящие к постепенному уменьшению их концентраций вниз по течению [34], что не
предполагает обособления границ.
Аккумуляция поллютантов в донных отложениях контролируется гидродинамическими особенностями водотоков, от чего зависит также распределение литологических разностей. Известно повышенное
накопление большинства металлов в техногенных илах [34], в связи с чем границы тел заиления выражаются
в различиях уровней загрязненности. Расположение тел заиления, в свою очередь, подчиняется определенным гидродинамичским закономерностям: в виде сегментов по выпуклым участкам берегов меандрирующего русла либо в виде относительно равномерного чехла на непроточных и слабопроточных
участках.
Заиление оказывает неоднозначное влияние на экологическую обстановку. С одной стороны, скопления ила концентрируют пол-лютанты (особенно металлы), с другой — интенсивно зарастают макрофитами и в связи с этим могут выполнять роль биофильтров. В обоих случаях границы заиленных участков приобретают то или иное геоэкологическое значение.
Перенос загрязнений в подземной гидросфере. Происходит в гидродинамических зонах аэрации и
активного водообмена и подчиняется закономерностям миграции в данных ландшафтах, с накоплением на
тех или иных геохимических барьерах. Типы барьеров определяются зональными факторами [39]. Для всех
зон характерна также повышенная аккумуляция поллютантов в донных отложениях и понижениях различного происхождения, с непромывным режимом почв, что определяет важность их выделения по материалам дистанционного зондирования и полевых наблюдений.
Воздействия на недра, в частности в связи с добычей нефти и газа, приводят к активизации
процессов в зонах замедленного и весьма затрудненного водообмена и осолонению пресных горизонтов. Формы и размеры образующихся зон загрязнения подземных вод определяются направлениями потоков в зоне активного водообмена и их трансформациями в связи с техногенными воздействиями [1]; при этом концентрации изменяются постепенно, без обособления резких границ.
Тектонические нарушения обычно не ограничивают зоны загрязнения подземных вод, а выступают в роли естественных факторов их образования вследствие повышенной проницаемости для высокоминерализованных глубинных вод.
Степень трансформации биоты и почв. Она в наибольшей степени зависит от характера использования территории. Выделяются следующие основные функции использования территорий:
заповедная,
рекреационная,
лесохозяйственная,
сельскохозяйственная,
промышленноурбанистическая [10]. Фактически любая территория используется многообразно, что не исключает возможности выделения для конкретных территорий ведущих и второстепенных функций [135].
Расположенные в приведенной выше последовательности, функциональные типы использования
территорий образуют объективно существующие ступени уровней преобразованности почв и биоты: от почти полной сохранности природного фона (изменения обусловливаются глобальными и
реги-ональными антропогенными воздействиями) в пределах ООПТ до практически полного уничтожения естественных и создания (стихийного или целенаправленного) искусственных почв,
флоры и фауны в городах.
Обособлению границ территорий с различным типом хозяйственного (или иного) использования способствует их юридическое оформление, а иногда и охрана (государственные границы, военные объекты, ООПТ, землевладения). Различия в плотности населения, уровнях развития технологии производства и охраны окружающей среды, сглаживающие влияния вышеперечисленных
функциональных типов использования территорий, обычно проявляются по разные стороны отмеченных выше границ, что также способствует приобретению ими объективного характера и геоэкологического значения. В общем случае, чем выше юридический статус и эффективнее охрана
границы землепользовании, тем существеннее ее геоэкологическое значение в части, касающейся
сохранности биоты и почв. Так, в печати многократно указывалось на существенные различия в
состоянии лесов, находящихся в ведении Гослесфонда и сельскохозяйственных предприятий. Та-
15
ким образом, различия в характере землепользования могут превращать условные границы в объективно существующие.
Степень трансформации рельефа и геологической среды.
Она определяется сочетанием сложно взаимодействующих природных и техногенных факторов. Взаимодействие факторов проявляется:
♦ в геологической предопределенности районов наибольшей антропогенной нагрузки (горнобывающая промышленность);
♦ в
зависимости
функционального
использования
территорий
от
геологогеоморфологических условий;
♦ в разнообразии проявлений антропогенно обусловленных и антропогенно ускоренных геодинамических процессов, связанных со всем комплексом эндогенных и экзогенных факторов.
Территориальная дифференциация геологической среды обусловливает различия как в предрасположенности к определенным видам хозяйственного освоения, так и в характере реакций самой среды на антропогенные воздействия. При типизации (районировании) геологической среды
выделяются геологические тела (горные породы с заключенными в них водами, газами, органическими и неорганическими включениями), в которых по-разному протекают естественные, техногенные и техногенно-измененные процессы [41].
Геологические границы, обусловленные как последовательностью напластования различных
по составу и свойствам пород (стратиграфические), так и возникшие вследствие их последующих
деформаций (тектонические), относятся к числу наиболее четких среди природных границ. При
различии свойств разграничиваемых пород геологические границы проявляются в других компонентах ландшафта.
3.2. Территориальные единицы экологического картографирования
Выбор территориальных единиц должен определяться однородностью их свойств и, как следствие этого, — возможностью распространения на них геоэкологических характеристик. В практике картографирования нашли применение шесть вариантов решения вопроса о выборе операционных территориальных единиц.
1. Выборочная характеристика, т.е. привязка показателей непосредственно к точкам и линиям, для которых они получены, практикуется в процессе работ на картах фактического материала.
При недостатке данных, обусловливающем невозможность территориально полной характеристики, такой прием находит применение и на итоговых картах (рис. 6, 7). Такое решение, очевидно,
лучше, чем недостоверная интерполяция, однако при этом не выполняется общекартографическое
требование непрерывности изображения.
2. Геометрически правильные сетки, обычно квадратной формы, нашли применение, главным
образом, при построении частных карт, характеризующих состояние компонентов среды по от
дельным ингредиентам. Данный подход получил распространение в связи с тем, что ограниченные
возможности компьютеров первых поколений не позволяли использовать полноценную карто
графическую основу.
Недостатки геометрически правильных сеток очевидны и связаны с их случайным характером
по отношению к внутренней организации пространства. Вследствие этого характеристики, относящиеся к конкретным точкам пространства, оказываются в зависимости от размещения сетки.
Так, в Экологическом атласе Санкт-Петербурга [169] при размерах ячеек 1x1 км «зоны влияния»
автомагистралей на загрязнение атмосферного воздуха получаются шириной от 0 до 0,9 км, в зависимости от их прохождения через середину или угол квадрата (рис. 8). Уменьшение размеров, с
одной стороны, сокращает размеры подобных искажений, с другой — увеличивает число пустых
ячеек. Это по существу не является решением вопроса об операционных территориальных единицах.
3. Политико-административное и хозяйственное деление используют в качестве единиц картографирования, когда исходными данными служат материалы официальной статистики, примером
чего служат картосхемы в Государственных докладах о состоянии окружающей природной среды.
Такой подход к выбору территориальных единиц наиболее прост в методическом отношении и
16
отвечает текущим запросам отдельных категорий потребителей картографической продукции
(главным образом, работников органов управления). Простота построения карт такого типа (картограммы и картодиаграммы, отражающие средние и суммарные показатели, получаемые на основе элементарной обработки типовых форм учета) способствует высокой оперативности их создания. При этом нельзя не выразить сомнений в высоком качестве принимаемых на основе подобных карт управленческих решений, поскольку средние и суммарные показатели затушевывают
различия внутри единиц районирования и создают иллюзию контрастов на их границах (рис. 9),
что географически некорректно.
Рис. 6. Фрагментарная характеристика загрязненности речных вод [8]:
1 — чистая; 2 — слабо загрязненная; 3 — умеренно загрязненная; 4 — сильно загрязненная; 5 — очень сильно загрязненная. Первые квадраты характеризуют кислородный режим и органические загрязнения; вторые квадраты —
тяжелые металлы, нефть и др.; третьи квадраты — бактериальное загрязнение
Рис. 7. Фрагментарная характеристика уровней шума в Экологическом
атласе Санкт-Петербурга [169]
17
Рис. 8. Характеристика загрязнения атмосферы по геометрически правильной сетке [169]
Рис. 9. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в расчете на одного жителя [172]
Использование административно-территориальных единиц может быть оправданным в случаях, когда картографируемый показатель решающим образом зависит от антропогенных факторов
и является контролируемым административно (организация здравоохранения, охраны лесов, количество используемых удобрений и пестицидов и др.). Однако и в этом случае необходим учет
не только административного, но и функционального деления территорий (например, отнесение
количеств удобрений и пестицидов только к площади обрабатываемых земель).
4. Бассейновый подход (бассейны I, II и т.д. порядков, по классификации СтралераФилософова, а также разделяемые ими межбассейновые пространства). Этот вариант территориального деления наиболее удобен, когда объектами картографирования являются водотоки, экзогенные геодинамические процессы и весь комплекс связанных с тем и другим вопросов.
Разделяющие речные бассейны водоразделы образуют барьеры для транспортировки поллютантовс поверхностным и грунтовым стоком, а при достаточной морфологической выраженности
— и для воздушного переноса в наиболее загрязненном приземном слое. В условиях преобладающего долинного типа расселения бассейны, а также группы смежных бассейнов, в значительной
степени совпадают с контурами хозяйств, характеризующихся разными типами и уровнями антропогенной нагрузки, т.е. бассейны разных порядков преобразуются в природно-хозяйственные
территориальные системы разных таксономических рангов.
Ограничения возможностей данного подхода связаны с неоднородностью бассейнов, каждый
из которых представляет собой закономерное сочетание водораздельных, склоновых и долинных
ландшафтов. Разделяющие бассейны водоразделы не всегда имеют четкую морфологическую выраженность. Вследствие этого при рав-нинном рельефе и значительной ширине однородных в
18
ландшафт-ном отношении междуречных пространств выделение водораздельных линий становится не вполне корректной задачей. Поэтому бассейновый принцип локализации показателей экологической обстановки в целом целесообразно рассматривать как необходимый, но недостаточный.
5. Ландшафтно-географический подход (ориентация на единицы физико-географического или
ландшафтного районирования) в наибольшей степени отвечает задачам экологического картогра
фирования, так как понятия трансформированности и устойчивости ландшафта вторичны по отношению к самому ландшафту; их характеристика возможна только в пределах некоторой пространственной общности, образованной сочетанием и взаимодействием геокомпонентов.
Ландшафтный принцип деления территории реализован на большинстве изданных в России
экологических карт [4, 15]. При этом в характеристику территориальных единиц включаются как
природные особенности (единицы ландшафтного районирования, леса, в том числе с подразделением по преобладающим породам), так и характер природопользования (выделение сельскохозяйственных земель, урбанизированных и горнопромышленных ландшафтов) (рис. 10).
Проблемы, связанные с реализацией данного подхода, обусловлены современным состоянием
ландшафтного районирования и картографирования. Выбор определенного (т.е. единственного из
бесконечно многих) природного рубежа в качестве границы ландшафтов — волевой акт, и ввиду
этого неизбежно субъективен [5]. Субъективным является и не основанный на природных закономерностях принцип чередования зональных и азональных признаков, лежащий в основе наиболее
распространенной схемы таксономических единиц: страна — зона — провинция — подзона — округ —
район [64].
Реально выполненное на единой методической основе ландшафтное картографирование в пределах бывшего СССР заканчивается наиболее крупным масштабом 1:4 000 000; выделы на карте
этого масштаба недостаточно дробны даже для мелкомасштабного картографирования. Для крупномасштабного картографирования на основе полевых исследований наиболее важны элементарные ландшафтные единицы — фации как территориальные ячейки, на которые могут быть распространены дискретные характеристики загрязненности среды и состояния биоты. Однако они не
оказываются основными объектами изучения даже при наиболее детальных ландшафтных съемках масштаба до 1:10 000 [147].
Попытку синтеза природно-территориального и административно-хозяйственного подходов к
выделению территориальных единиц предпринял Г. И. Швебс [165], сформулировав понятие о
природно-хозяйственных территориальных системах (ПХТС). Их выделение на локальном уровне
вполне объективно и однозначно: предприятия и промышленные зоны, кварталы городской застройки, отдельные поля, пастбища и т.д. первоначально размещаются адаптированно к рельефу и
другим геокомпонентам либо трансформируются настолько, что сами становятся решающим фактором районирования (в пределах урбанизированных территорий). В то же время выделение
ПХТС более высоких рангов, включающих и относительно слабо измененные ландшафты, в значи-
19
Рис. 10. Показ ландшафтной основы на карте экологической ситуации промышленных районов Свердловской области ([67], упрощено):
1 — хвойные леса; 2 — смешанные леса; 3 — лиственные леса, заболоченные; 4 — гидросеть; 5 — болота; 6 — редколесье; 7 — луга (выгоны, пастбища); 8 — вырубленные леса; 9 — лесопосадки на месте вырубленных лесов; 10 — горельники, буреломы; 11 — пашни, сады, огороды; 12 — торфоразработки; 13 — железные дороги; 14 — шоссейные
дороги
тельной мере искусственно и на практике сводится к административному делению.
Правомерность учета или неучета хозяйственно-административных границ зависит и от цели
районирования. Так, состояние лесов, зависящее от организации ухода за ними, может быть
oneнено по лесхозам, однако использование тех же территориальных единиц для характеристики
атмосферных выпадений и их последствий географически некорректно.
6. Отсутствие территориальных единиц становится возможным при непрерывной количественной характеристике на основе применения способа изолиний. Преимущества этого подхода
связаны с отсутствием осреднения показателей по площади при отказе от наперед заданных границ. Однако отсутствие территориальных единиц на итоговой карте не должно означать отказа от
их учета в процессе составления при географической интерполяции показателей. В последнем случае территориальные единицы, различающиеся по функциональному использованию и устойчивости ландшафтов, выявляются по распределению количественных характеристик, подобно тому как,
благодаря географическим закономерностям, крупные формы рельефа выделяются на климатической карте, тектонические структуры — на геологической и т.д.
Так, на Карте загрязнения природной среды Московской области (рис. 11) [167] выделяются
зоны повышенного загрязнения, приуроченные к городам и транспортным магистралям, поймам
значительных рек ниже городов и т.п. Это по существу означает присутствие на карте единиц
природно-территориального районирования в неявной форме. Неучет этого обстоятельства при
линейной интерполяции резко снижает ценность карт, примером чего является проведение изолиний между малочисленными постами наблюдения за загрязнением атмосферы в городах (см. рис.
3), в результате чего получается крайне схематичная картина, неадекватная реальному территориальному распределению уровней загрязнения.
20
3.3. Ландшафтная основа экологических карт
Необходимость использования ландшафтно-географической основы при экологическом картографировании очевидна и общепризнанна. 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 (распрост-
Рис. 11. Фрагмент Карты загрязнения природной среды Московской области [167] с ландшафтной основой, присутствующей в неявном виде:
1—3 — кратность суммарных превышений фоновых концентраций тяжелых металлов в почвах: I — 10-30; 2 — 30100; 3 — 100-300; 4-5 — загрязнение почв диоксидами: 4 — значительное; 5 — большое
ранение отдельных поллютантов, обычно без количественных характеристик концентраций).
Если исходить из задачи показа геосистем как объектов антропогенного воздействия и локализации
природоохранных мероприятий [135], 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. 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.
21
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. 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.
3.4. Показатели экологического картографирования и их репрезентативность
Исследования природных объектов практически всегда имеют выборочный характер. Поэтому их результаты бывают корректны настолько, насколько удается обеспечить репрезентативность, т.е. отображение в выборке всех свойств полной совокупности [163]. Обеспечение репрезентативности включает в себя
метрологические и методические аспекты.
Метрологические аспекты репрезентативности. Они касаются непосредственного получения показателей путем наблюдений и измерений. Наблюдения и измерения в интересах экологического картографирования, как и любые другие, должны отвечать классическим общенаучным требованиям: быть
точными, сравнимыми и воспроизводимыми [115], что является предметом регламентации ГОСТов, методических руководств и иных нормативных документов. Вопросы регламентации измерений в наибольшей степени разработаны для контроля загрязнения атмосферы [46, 47, 92, 128, 129, 143], гидросферы
[45] и систем водоснабжения [113], где строго закреплены методы отбора, анализа проб и представления
результатов. В меньшей степени стандартизировано определение характеристик, относящихся к педосфере
[44, 48, 94] и состоянию здоровья населения [26, 149]: методы отбора проб и получения количественных
характеристик закреплены на уровне ГОСТов. Методы обработки данных и получения обобщающих характеристик разработаны теоретически и в значительных масштабах опробованы на практике, но не закреплены в государственных нормативных документах, и вследствие этого имеются различия в способах
обработки и представления данных [85]. Не регламентированы находящиеся в стадии разработки методы
определения показателей, относящихся к биосфере [56, 95], а также приемы межингредиентной и межкомпонентной интеграции (см. ниже).
Методические аспекты репрезентативности. Они касаются возможностей использования элементарных и интегрированных показателей в качестве характеристик степени трансформи-рованности геосистем. Сложность, синтетичность данного понятия исключает, по крайней мере в обозримой перспективе, детальную регламентацию этой составляющей репрезентативности. Значимость показателей экологической обстановки в принципе может быть экспериментально определена путем
синхронного отслеживания геофизических, геохимических и биологических характеристик ландшафтов, путем дополнения выполняемых на стационарах детальных ландшафтно-динамических
исследований [15, 86], определением концентраций возможно более широкого круга поллютантов
в аэро-, фито-, морт-, педо- и гидромассах, в том числе по разным геогоризонтам, с последующей
22
статистической обработкой результатов и анализом взаимосвязей. Альтернативой такому подходу
может быть использование общенаучного принципа «черного ящика»: контроль входных (определение количеств поллютантов по компонентам среды) и выходных (продуктивность экосистем, состояние здоровья населения) параметров, а также связей между ними.
Методические аспекты репрезентативности включают в себя также выбор точки пространства
и момента времени для проведения наблюдений и измерений. Цель выбора — обеспечение типичности результатов, поскольку «если практические выводы распространяются на площади, то
научные привязаны к точке» [5, с. 167], причем данное положение может быть распространено и
на время.
Для обеспечения пространственной составляющей репрезентативности показателей экологического картографирования большое значение имеет идея Ю. К. Ефремова [59] и Д. Л. Арманда [5] об
очагировании ландшафтов, или о выделении в них ядер типичности. Данная идея вполне приложима не только к природным, но и к техногенным ландшафтам. Ядра типичности могут быть выделены и внутри городов, районов, микрорайонов и т.д., а также агро-ландшафтов.
Типичные точки желательно выбирать при проведении полевых маршрутов. В первом приближении типичность может быть оценена по внешним (физиономическим) особенностям ландшафта, однако для большей точности целесообразно рассматривать типичность по компонентам среды. При этом признаки типичности достаточно субъективны и регламентации не поддаются.
Вполне очевидна предпочтительность определения показателей именно в ядрах типичности ландшафтов любого происхождения и ранга, с последующим распространением результатов на соответствующую территориальную единицу.
Временная составляющая репрезентативности изучена в меньшей степени. В практике организации мониторинга пока преобладает ориентация на стандартизированные моменты времени и
«круглые» цифры интервалов опробования. Такая организация наблюдений сложилась исторически и сыграла большую роль в обеспечении сопоставимости результатов, но в настоящее время
пришла в противоречие с достигнутым уровнем исследования динамики ландшафтов. Каждый
процесс и явление в ландшафте характеризуются своей временной структурой, из чего складываются состояния природно-территориальных комплексов разной продолжительности [19], сказывающиеся в том числе и на устойчивости ландшафтов к антропогенным воздействием и, следовательно, на характеристиках экологической обстановки. Поэтому определение характеристик динамичных геокомпонентов в стандартные сроки (если таковые установлены) целесообразно дополнять наблюдениями (измерениями, опробованием) в типичные моменты природных и производственных циклов. Однако на практике, к сожалению, в рамках существующей организации
контроля загрязнения атмосферы [128] с отбором проб в стандартные сроки 7, 13, 19 или 1, 7, 13,
19 часов по местному времени остаются неохарактеризованными наиболее резко выраженные на
автомагистралях утренние часы «пик». Более того, все указанные сроки приходятся на часы, когда
большинство предприятий, работающих в одну смену, не функционируют.
Учет в сроках наблюдений ритмики природных процессов наиболее важен при изучении фоновых характеристик и динамики вещественно-энергетических потоков. Необходимость учета производственных циклов выходит на первый план при практическом картографировании, особенно в
районах с высокой антропогенной нагрузкой.
3.5. Интеграция показателей экологического картографирования
Элементарные показатели характеризуют состояние одного компонента среды, в одной точке, по одному из параметров, в единичный момент времени. Их примерами могут быть:
♦ данные замеров концентрации поллютантов и уровней физических полей (покомпонентнопоингредиентные показатели);
♦ мощности илистых образований и величины смыва почв;
♦ случаи заболеваний;
♦ оценки состояния единичных биологических объектов и др.
За исключением экстремальных значений (как правило, впоследствии многократно перепроверяемых), отдельные элементарные показатели практически не уменьшают степень неопределенности
экологической обстановки и, следовательно, с точки зрения потребителей сведений, не являются информативными. Требуемый уровень информативности достигается путем интеграции показателей, кото-
23
рая осуществляется в несколько приемов. Методологическая основа интеграции — квалиметрический
принцип [2], согласно которому любое свойство качества определяется двумя числовыми параметрами:
относительным показателем и весомостью. При этом относительными показателями являются концентрации поллютантов, уровни физических полей, нормированные на ПДК, ПДУ либо на характеристики природного фона. Показатели весомости учитываются на всех иерархических уровнях интеграции. Их роль
выполняют: период осреднения, класс опасности поллютанта, относительная значимость компонента
окружающей среды.
♦ Временная интеграция представляет собой рутинную операцию осреднения показателей, а также
получения характеристик изменчивости и распределения, что может проводиться как для
отдельных точек и линий, так и для территориальных единиц.
Элементарные показатели, относящиеся к депонирующим компонентам среды, характеризуют экологическую обстановку за некоторый интервал времени: весь период антропогенного воздействия (почвы,
донные отложения), ряд лет (кора, древесные ткани). Элементарные показатели депонирующих компонентов среды первично интегрированны во временном отношении, т.е. данный вид интеграции не
неизбежен.
♦ Территориальная интеграция, т.е. переход от элементарных показателей к средним величинам, характеристикам изменчивости и распределения в пределах некоторой территории, также одна из наиболее
распространенных, традиционных операций и осуществляется с соблюдением общепринятых процедур
по обеспечению репрезентативности: упорядоченного размещения точек, формирования и обработки статистически значимых выборок.
Данный вид интеграции осуществляется в пределах территориальных единиц, избранных для картографирования в определенных масштабах, и, следовательно, выполняется после районирования. Территориальная интеграция, как и временная, широко распространена, но это не неизбежная операция. Характеристики,
полученные с помощью дистанционных методов исследования, могут относиться непосредственно к контурам и, следовательно, быть первично интегрированными в пространственном отношении.
♦ Территориальная и временная интеграция показателей экологического картографирования
принципиально не отличается от подобных процедур в других областях тематического картографирования. Результаты временной и территориальной интеграции — элементарно обобщенные
показатели. Они характеризуют состояние среды по одному из параметров (аналогичных приведенным выше) за определенный период осреднения, в точке или в пределах избранной для картографирования территориальной единицы. От элементарно обобщенных показателей по характеру
последующего использования принципиально не отличаются первично-интегрированные показатели, непосредственно относящиеся к единицам площади и интервалам времени.
♦ Межингредиентная интеграция осуществляется с целью получения более или менее полной
локальной характеристики состояния одного из компонентов среды. Элементарные или обобщенные в пространственном и временном отношении показатели интегрируются в обобщающие
показатели через получение относительных величин (нормированных на гигиенические или экологические нормативы — ПДК, ПДУ, фоновые характеристики) и арифметические действия с
ними. Примерами межингредиентно-интегрированных показателей служат: комплексный индекс
загрязнения атмосферы (ИЗА), индекс загрязнения воды (ИЗВ), суммарный показатель загрязнения почвы Z., интегральные коэффициенты сохранности (ИКС) биоразнообразия [151].
♦ Межкомпонентная интеграция, так же как и предшествующая ей межингредиентная, может
осуществляться безотносительно к территориальным рамкам. При разнообразии размерностей показателей состояния отдельных компонентов среды их интеграция не может не носить оценочного
характера. Объектом оценки при этом является относительная значимость отдельных компонентов среды; субъектом оценки — человек, иной биологический ; вид, экосистема. Ключом к комплексной оценке состояния среды i служит определение относительной значимости ее отдельных
ком-!; понентов для здоровья человека (при антропоцентрическом подходе) или устойчивости отдельных видов и экосистем в целом (при биоцентрическом подходе). Основные методы определения весомости отдельных свойств качества рассмотрены в разделе 1.2.3.
Получаемые на основе стоимостного, экспертного, вероятностного и смешанного методов интегральные (суммарные) оценки еще не могут рассматриваться как комплексные, так как комплексность предполагает учет не только совокупности, но и взаимосвязей компонентов среды согласно аксиомы эмерджентности [124].
24
Весь комплекс воздействий на окружающую среду находит отражение в первичноинтегрированных показателях состояния биоиндикаторов. Невозможность их включения в суммарные показатели антропогенной нагрузки на основе гигиенической оценки предопределяет,
наряду с другими обстоятельствами, не столько информационную, сколько контрольную роль в
картографировании. Это, однако, не исключает самоценности, а в отдельных случаях и самодостаточности показателей функционирования экосистем как индикаторов наиболее общих и масштабных (в пространственном и временном аспектах) тенденций изменений экологической обстановки.
Среди показателей такого рода следует отметить характеристики биопродуктивности, распространения индикаторных видов и видового разнообразия.
♦ Межфакторная интеграция, в рамках которой экологический фактор ценности земель интегрируется с другими факторами, входит в практику кадастрового картографирования (см. ниже, раздел
5.3). При этом экологическая обстановка в целом, включая состояние всех геокомпонентов и реакции на них биоты и человека, рассматривается как один из факторов ценности земель, наряду с географическим положением, инженерно-геологическими условиями, обеспеченностью объектами
инженерной инфраструктуры [127].
Относительная значимость указанных факторов для определения ценности земель устанавливается экспертным путем; по мере развития земельных отношений вероятно внедрение стоимостного подхода. При этом значимость экологического фактора для оценки земель зависит от их
назначения: вклад экологической составляющей максимален для селитебных и рекреационных
земель и минимален для промышленных зон. Однако для промышленных зон значимость экологической обстановки также достаточно велика, поскольку действующие нормативные документы
[85, 136] ограничивают или запрещают дальнейшее промышленное освоение экологически неблагополучных территорий.
4. Картографическая семантика в экологическом картографировании
Предмет картографической семантики — соотношение условных знаков с отображаемыми объектами и явлениями.
Поэтому вопросы специфики содержания экологических карт и ее влияния на выбор изобразительных средств рассматриваются в рамках картографической семантики.
Картографическая семантика — составная часть картографической семиотики— раздела науки, в
рамках которого разрабатываются вопросы теории картографических знаков как языка карт [18].
Два других раздела картографической семиотики — картографическая синтактика (изучает правила
построения и употребления знаковых систем, их структурные свойства, грамматику языка карт) и картографическая прагматика (изучает информационную ценность знаков как средства передачи информации
и особенности их восприятия читателями карты) [18] носят общекартографический характер и не столь
связаны с вопросами специфики содержания экологических карт.
4.1. Объекты экологического картографирования и их локализация
Общее количество явлений, показываемых на экологических картах, весьма велико и в настоящее время продолжает довольно быстро увеличиваться. Основные классы явлений на экологических картах подразделяются, согласно принятому [80] делению экологических проблем, на атмосферные, водные, земельные,
биологические, геолого-геоморфологические и комплексные (ландшафтные). Методы их отображения рассматриваются в разделе о прикладных методиках экологического картографирования. Однако до рассмотрения конкретных методик необходимо остановиться на общих правилах использования графических средств
языка экологических карт.
Все множество объективно существующих природных и общественных явлений, отображаемых на
картах, с картографической точки зрения, подразделяется [134] на пять больших групп, в зависимости от
характера пространственной локализации:
♦ явления, локализованные в пунктах (например, места отбора проб, посты мониторинга, предприятия и города на мелкомасштабных картах), для которых объектом показа являются их точные местоположения и, иногда, качественные
25
или количественные характеристики;
♦ явления, локализованные на линиях (например, дороги, трубопроводы, различные границы), для которых объекты показа — точные местоположения, качественные и количественные характеристики;
♦
явления, локализованные на площадях, т.е. присутствующие на одних частях картографируемой
территории и отсутствующие на других (например, предприятия, города и их части на крупномасштабных картах, особо охраняемые при-родные территории), для которых объектом показа на картах
служат районы распространения и, иногда, качественные или количественные характеристики; ♦
явления сплошного распространения (например, атмосфера и ее характеристики, горные породы
и их свойства), для которых объект показа на картах не факт наличия, а пространственная изменчивость качественных или количественных характеристик; ♦ явления рассеянного распространения, т.е. состоящие из множества мелких объектов, индивидуальный показ которых невозможен
(например, биологические виды, посевы сельскохозяйственных культур), для которых объектом
показа также являются, главным образом, территории и плотность распространения.
Графические средства на экологических картах применяются те же, что и на картах иной тематики, — внемасштабные (значковые, буквенные и цифровые), линейные, площадные. При разработке легенд графические средства перечисленных групп реализуются в виде многочисленных
графических переменных — элементарных обозначений, различающихся по форме, размеру, ориентировке, цвету, насыщенности цвета, внутренней структуре изображения.
Соотношения типа локализации картографируемых явлений, характера информации (качественный или количественный) и примененных графических средств образуют способы картографических изображений. В экологическом картографировании употребляют те же способы картографических изображений, что и в других тематических областях; специфика заключается лишь в
содержательных особенностях картографируемых явлений (раздел 3.2.2).
Рассмотрим табл. 1, которая систематизирует способы картографических изображений с учетом ведущих, «способообразую-щих» факторов, таких как локализация явления, характер передаваемой информации, используемые условные обозначения.
4.2. Способы картографических изображений и их использование в
экологическом картографировании
Для показа размещения, качественных и количественных характеристик экологических сюжетов, их взаимосвязей и динамики используются традиционно наиболее употребительные способы
картографического изображения: значки (внемасштабные знаки),
Таблица 1 Система способов картографических изображений
Тип локализации явления на
местности
В пунктах
Характер
передаваемой
информации
Качественный
Условные обозначения
Внемасштабные Линейные Площадзнаки
знаки
ные знаСпособы картографических изображеки
нийЗначки
Количественный
На линиях Качественный
Сплошное Качественный
распроКоличественстранение ный
Рассеянное
распространение
На площадях
Качественный
Количественный
Качественный
Количественный
Знаки движения (векторы)
Количественный
Локализованные диаграммы
Линейные
знаки
Качественный фон
ЛокализоИзолинии
ванные диа- Количественный
граммы
фон
—
Качественный фон
Точечный Количественный
фон
Ареалы
—
Псевдоизолинии
26
Любой
Количественный
Картограммы
—
Картограммы
линейные знаки, изолинии, качественный фон, ареалы, картограммы и картодиаграммы; реже употребляются точечный способ, линии движения, локализованные диаграммы. Теоретически возможно применение способа количественного фона, однако, как показано ниже, особенности объектов экологического картографирования не создают благоприятных предпосылок для употребления этого способа.
Чтобы уметь правильно выбирать способы изображения для того или иного экологического сюжета, специалист, занимающийся составлением карт, должен хорошо представлять возможности и
пределы применения каждого способа.
♦ Способ значков используется для передачи планового положения, количественных и качественных характеристик объектов, по своим размерам не выражающихся в масштабе карты, но
имеющих четкую точечную локализацию. Форма и цвет значка чаще всего несут качественную
информацию об изображаемом объекте, а размер и внутренняя структура — количественную информацию. В экологическом картографировании значками обозначаются пункты мониторинга и
места отбора проб, места обитания редких видов флоры и фауны, памятники природы и другие
небольшие по геометрическим размерам, но важные для содержания карт объекты. На мелкомасштабных картах структурными значками обозначаются объемы и состав выбросов и сбросов загрязняющих веществ от городов и крупных промышленных объектов либо состав и степень
остроты экологических проблем городов.
♦ Способ линейных знаков используется для передачи линий в их геометрическом понимании:
границ, береговых линий, тектонических нарушений. Иногда этот способ путают со способом знаков движения. Необходимо отметить особенность способа линейных знаков: он должен показывать либо линии, реально существующие в природе (например, дороги), либо линии протяженности вытянутых статичных или динамичных объектов (хребты на орографических схемах, линии
фронта). Перемещение динамичных объектов (например, атмосферных фронтов) можно передавать системой линейных знаков, отнесенных к разным датам. В целом линейные знаки как способ
изображения следует отличать от линий как изобразительных средств, относящихся к другим способам изображений (изолинии, границы ареалов и выделов).
Линейные знаки могут передавать количественные и качественные характеристики. Количественные показатели (мощность грузопотоков) передаются с помощью ширины линии или полосы, а качественные (состав грузопотоков) — структурой линии, цветом. Ориентировка линейных
знаков отображает реальное положение линии на местности.
В экологическом картографировании способ линейных знаков употребляют для показа линейных источников воздействия на окружающую среду: автомобильных и железных дорог, трубопроводов, ЛЭП и иных транспортных коммуникаций, а также линейно вытянутых реципиентов воздействий, таких как реки, в том числе с характеристикой качества воды и состояния экосистем.
♦ Способ качественного фона используется для качественной характеристики явлений сплошного
(почвы, геологическое строение, ландшафты) или, реже, рассеянного распространения (население,
народы). При его использовании территория делится на качественно однородные контуры (выделы),
которые окрашиваются или штрихуются в соответствии с качественной характеристикой.
Графическим средством в данном способе могут служить цвет (ровные фоновые окраски разных цветовых тонов, разных степеней светлоты, насыщенности), полутона, штриховки различных рисунков и интенсивности, заполняющие обозначения, буквенно-цифровые индексы (но из-за малой наглядности они широкого распространения не получили и применяются главным образом как дополнительное обозначение, разновидность пояснительной подписи).
Границы выделенных контуров при реализации этого способа могут быть барьерными, четкими, т.е. при
переходе через них качественный признак меняется резко. Но чаще бывает так, что выделенная граница
бывает переходной, условной, т.е. изменение качества происходит постепенно. В последнем случае давать
рисунок границ между участками четким линейным знаком нецелесообразно, лучше использовать полосчатую окраску.
В экологическом картографировании способ качественного фона один из самых употребительных. Он
образует основное содержание на картах оценки экологических ситуаций, используется на комплексных
27
экологических картах для показа распространения ландшафтов и характера использования земель, устойчивости ландшафтов к техногенным нагрузкам и т.п.
Способ количественного фона применяется для показа количественных характеристик. Однако в природе
практически отсутствуют такие явления, которые имели бы одинаковые количественные значения в пределах
каких-то контуров и резко меняли их на границах.
♦ Способ изолиний. Изолинии, т.е. линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями каких-либо количественных показателей, используются для количественной характеристики сплошных и постепенно изменяющихся в пространстве явлений, таких как температура воздуха, количество осадков, рельеф. С точки зрения
использования изобразительных средств здесь преобладают линии различных структур, цветов и ширины и
площадные фоны для послойной окраски промежутков между определенными изолиниями — ровные фоновые окраски либо штриховки на черно-белых картах.
Подбор цветов для послойной окраски должен учитывать содержание картографируемых явлений.
Так, на гипсометрических картах используется шкала, которая дает зрительную иллюзию приближения высоких ступеней. В экологическом картографировании принят «принцип светофора» — сочетание оттенков
зеленого, желтого и красного цветов, сменяющих друг друга по мере обострения экологической обстановки. При необходимости шкалу дополняют синими и голубыми тонами для наиболее чистых мест, оранжевыми или розовыми для промежуточных ступеней и бордовыми для самых неблагополучных.
К числу достоинств способа изолиний также относится его простота и доступность. На картах,
построенных с помощью данного способа, легенды бывают очень просты по содержанию и обычно сводятся к шкалам.
Способ изолиний очень удобен для применения количественных методов обработки, преобразования и анализа картографических изображений: определения характеристик заданных контрольных точек и расчета статистических зависимостей и эмпирических уравнений, сложения и вычитания изолиний, разложения на составляющие и др. Поэтому с помощью данного способа могут передаваться и явления, по своему содержанию неподходящие или малоподходящие для данного способа. Для количественной характеристики явлений, имеющих ограниченное по площади распространение (например, источники выбросов и сбросов), могут быть использованы псевдоизолинии.
Псевдоизолинии как бы распространяют дискретные явления (например, источники выбросов и сбросов) на всю площадь картографирования и таким образом приводят их к виду, удобному для сопоставления с другими количественными характеристиками.
В экологическом картографировании способ изолиний — один из наиболее употребительных. С
его помощью картируют многочисленные физико-географические параметры, частные и общие
количественные характеристики загрязнения и устойчивости компонентов природной среды к загрязнению, интенсивность геодинамических процессов и др.
♦ Способ ареалов используется для передачи области распространения явлений, имеющих ограниченное по площади распространение, причем в пределах этой площади картографируемое явление
может быть дискретным (т.е. встречаться в изолированных пунктах и на участках), сплошным или
рассеянным. Главное отличие способа ареалов от способа качественного фона: во-первых, — тип
локализации, во-вторых, — необязательность рисовки границ. По отношению к используемым
условным обозначениям способ ареалов универсален: он может быть реализован с помощью внемасштабных рисунков (не имеющих четкой координатной привязки), линейных или площадных обозначений и даже буквенно-цифровых индексов. Способ ареалов в «чистом виде», как правило, не
несет информации о конкретных качественных или количественных характеристиках, он отображает
форму и местоположение площади распространения картографируемого явления, поэтому с определенной долей условности характер передаваемой информации можно считать качественным.
В экологическом картографировании способ ареалов применяется по своему прямому назначению: для показа ареалов биологических видов, особо охраняемых природных территорий,
участков распространения определенных видов загрязнения, геодинамических процессов.
♦ Точечный способ используется для передачи явлений рассеянного распространения (сельское население, поголовье скота, посевные площади). Изобразительным средством является
множество точек одинакового размера, каждая из которых имеет определенный «вес» — значение количественного показателя.
В экологическом картографировании точечный способ пока практически не нашел применения. Возможно его использование для показа распространения редких и охраняемых либо опас-
28
ных для человека видов.
Способ локализованных диаграмм используется для передачи на карте сезонной или иной динамики явлений, имеющих сплошное или линейное распространение. Динамика явлений изображается с помощью графиков или диаграмм, характеризующих явление в пунктах его изучения.
В экологическом картографировании способом локализованных диаграмм передается сезонная,
межгодовая или иная изменчивость показателей заболеваемости, концентрации отдельных веществ, общих уровней загрязнения атмосферы или гидросферы, условия рассеяния или потенциала
самоочищения. У способов значков и локализованных диаграмм есть общая черта: рисунки, выражающие количественные и качественные осо-бенности объектов, на карте оказываются привязанными к точке.
Однако при использовании способа значков этой точкой является пункт фактической локализации
явления, а при использовании способа локализованных диаграмм — пункт наблюдения за явлением (метеостанция, гидропост и т.п.).
♦ Способ картодиаграмм предполагает изображение суммарной величины каких-либо явлений с помощью графиков или диаграмм, помещаемых внутри единиц территориального деления,
чаще всего административного. При использовании этого способа карта в целом показывает распределение явления по исследуемой территории. Тип локализации явления в данной ситуации
может быть любым, но с учетом жесткой привязки количественной информации к площади
административно-территориальной или какой-либо другой ячейки. Условно его можно считать
ограниченным по площади.
Картодиаграммы, так же как и картограммы, географически несовершенны по содержанию,
поскольку не позволяют отражать различия характеристик внутри территориальных единиц и
создают иллюзию резких перепадов на их границах. Однако картодиаграммы очень легко и
быстро поддаются автоматизированному построению и их использование оправдано, если требуется быстро получить территориальное распределение статистических данных. По своему содержанию этот способ можно рассматривать как статистическую таблицу, наложенную на схематическую карту.
Несмотря на отмеченные недостатки, способ картодиаграмм пользуется широким распространением в экологическом картографировании, особенно в официальных изданиях. Картодиаграммами показываются объемы выбросов и сбросов, количество отходов, объемы внесения удобрений и
пестицидов и т.д., заболеваемость по единицам территориального деления.
♦ Картограммы графически передают среднюю интенсивность какого-либо явления (т.е. количественную характеристику) в пределах определенных территориальных единиц, чаше всего административных, не связанных с действительным распространением этого явления в природе. Таким образом, тип локализации отображаемого явления может быть любым: точечным, линейным, сплошным, рассеянным, ограниченным по площади, но графическая интерпретация «привязывает» количественную информацию к ограниченной площади, по аналогии со способом картодиаграмм.
♦ Знаки движения (линии движения, векторы) используются для показа перемещений объектов различной локализации. Движение точечных объектов создает линию (например, маршрут морского судна), движение воздушных масс образует сплошное повсеместное перемещение в пространстве, миграция животных имеет рассеянный характер распространения, океанические и морские течения создают перемещение, ограниченное по площади.
Основным средством при передаче такого рода информации являются векторы (стрелки) разных
форм и величины, которые могут нести качественные и количественные характеристики. Локализация векторов может показывать и реально существующие линии передвижения, в частности если они даются параллельно путям сообщения, и абстрактные, например: связи культурные, финансовые и т.п. Ориентировка векторов в этой ситуации определяется фактическим направлением
движения (реальным или абстрактным). Качественные характеристики передаются с помощью
формы, цвета и структуры вектора, а количественные — с помощью размеров (длины и ширины).
В экологическом картографировании способ знаков движения употребляется сравнительно
редко. С его помошью передаются направления распространения загрязняющих веществ, пути миграции животных.