Картографическое отображение и анализ экологического каркаса региона

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ... 4

ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КАРКАС - ОСНОВА

ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ТЕРРИТОРИИ... 8

1.1. Основные концептуальные и методические предпосылки формирования экологического каркаса территории... g

1.2. Инструменты и механизмы экологической оптимизации территориальных образований как основы экологического каркаса региона... 32

1.2.1. Инструменты и механизмы экологического регулирования и управления... 33

1.2.2. Нормативно-правовые инструменты и механизмы... 36

1.2.3. Формы организации территории в целях охраны, воспроизводства и сохранения целостности природной среды... 39

V

ГЛАВА 2. ПОДХОДЫ И МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО

КАРКАСА ТЕРРИТОРИИ... 43

2.1. Системный подход... 43

2.2. Метод моделирования... 44

2.3. Ландшафтный подход... 46

2.4. Территориальный подход... 47

2.5. Региональный подход... 50

2.6. Бассейновый подход... 52

2.7. Картографический метод... 55

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КАРКАСА

БАССЕЙНА ОЗ. БАЙКАЛ... 58

/ 3.1. Географическое положение... 59

3.2. История формирования территории... 60

3

3.3. Геолого-геоморфологические условия... 65

3.4. Рельеф... 68

3.5. Гидро-климатические условия... 70

3.6. Почвенный покров... 74

3.7. Растительный покров... 76

3.8. Ландшафты... 80

ГЛАВА 4. ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО КАРКАСА ТЕРРИТОРИИ... 82

4.1. Общие принципы комплексного экологического картографирования региона...,... 82

4.2. Геоинформационное картографирование - необходимая основа при формировании экологического каркаса территории... 87

4.3. Базовые карты используемые при геоинформационном

картографировании экологического каркаса территории... 94

4.3.1. Общие географические и топографические основы... 94

4.3.2. Специальные основы... 96

4.4. Принципы выделения и классификации элементов экологического каркаса территории для картографирования... 106

4.4.1. Охрана геосистемы Байкала... 115

4.4.2. Сохранение ландшафтного и биологического разнообразия Байкальского региона... 121

4.4.3. Обеспечение комфортных условий жизнедеятельности населения региона и состояния его физического здоровья... 124

4.5. Основные этапы картографического отображения и анализа экологического каркаса региона... 129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 133

ЛИТЕРАТУРА... 137
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Сбалансированное экономическое, социальное и экологическое развитие любого региона зависит от сохранения в его пределах пространственно связной системы территориальных образований, имеющих регламентированный режим природопользования, обеспечивающих определенное качество окружающей среды. Эту систему территориальных образований определяют в качестве экологического каркаса, являющегося основой для закрепления особого статуса земель региона.

Представления об экологическом каркасе основаны на системе охраняемых природных территорий, как пространственно и функционально взаимосвязанной совокупности участков различного назначения и использования. В настоящее время совокупности охраняемых природных территорий - это всего лишь наборы отдельных природных территорий и объектов, которые необходимо достроить до уровня системы сетей охраняемых природных тер-V риторий.

Геоинформационное картографирование экологического каркаса региона должно обеспечить совершенствование системы сетей охраняемых территории, что актуализирует применение современных картографических методов с использованием геоинформационных систем и технологий.

Цель работы. Разработка методов картографического отображения и анализа экологического каркаса региона и его элементов на примере бассейна оз. Байкал.

Для достижения цели в работе поставлены задачи:

- с использованием системного подхода выявить критерии выделения экологического каркаса территории и его элементов;

- разработать методику картографирования экологического каркаса региона;

j - сформировать базу данных для геоинформационного картографирова-

ния экологического каркаса бассейна озера Байкал

5

- создать электронные карты элементов экологического каркаса региона.

Объект исследования. Геосистемы и охраняемые территории бассейна оз. Байкал, составляющие его экологический каркас.

Предмет исследования. Картографическое отображение и анализ элементов экологического каркаса бассейна оз. Байкал.

Исходные материалы и база исследования. Работа выполнена на материалах личных исследований автора, проведенных в бассейне оз. Байкал по планам НИР Института географии СО РАН. Часть научных исследований выполнены при Государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации (проекты 95-15-98390 «Методология системного экологического картографирования» и 00-15-98605 «Картографическое и геоинформационное обеспечение управления региональным развитием», в которых автор был исполнителем). Использованы результаты исследований по Программе «Университеты России - фундаментальные исследования». Работа базируется на теоретических и методических разработках по классификации и карто- графированию геосистем В.Б.Сочавы, А.Г.Исаченко; вопросам заповедного дела П.Д.Гунина, А.Б. Иметхенова, Н.Ф. Реймерса, Ф.Р. Штильмарка, Т.П. Савенковой; экологической оптимизации территориальных образований П. Каваляускаса, Б.И. Кочурова, Ю.П. Михайлова, B.C. Михеева, З.Г. Мирзеха-новой, Б.Б. Родомана, А.К. Тулохонова, А.А. Чибилева; методике геоэкологического проектирования и планирования Т.Д. Александровой, Д.И. Бого-рада, В.В. Владимирова, B.C. Преображенского; вопросам экологического и геоинформационного картографирования А.Р. Батуева, A.M. Берлянта, А.В. Кошкарева, К.А. Салищева, С.Н. Сербенюка, B.C. Тикунова.

Апробация работы. Основные положения докладывались на XIV молодежной Всероссийской научной конференции (Иркутск, 17-19 апреля 2001 г.), VII научном совещании по прикладной географии (Иркутск, 22-23 мая 2001 г.), школе-семинаре молодых ученых России (Улан-Удэ, 17-21 сентября 2001 г.), научной конференции «Интеграция фундаментальной науки и выс-шей школы в устойчивом развитии Сибири» (Иркутск, 9-11 октября 2001 г.),

6

Всероссийской научно-методической конференции «Дистанционные иссле-у"¦' дования и картографирование структуры и динамики геосистем» (Иркутск,

11-13 апреля 2002 г.), международной конференции «Природно-ресурсный потенциал Азиатской России и сопредельных стран: пути совершенствования использования» (Иркутск, 11-13 сентября 2002 г.), региональной научно-практической конференции «Структура и функционирование экосистем Байкальской Сибири» (Улан-Удэ, 24 октября 2002 г.), VII научной конференции по тематической картографии (Иркутск, 20-22 ноября 2002 г.), школе-семинаре по ГИС молодых ученых СО РАН (Новосибирск, 2-3 декабря 2002 г.), Первой Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 4-6 декабря 2002 г.), XV конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 16-19 апреля 2003 г.). Научная новизна работы.

- обоснован теоретический подход к изучению экологического каркаса региона на основе функционального принципа выделения и трехрядной клас- сификации его элементов;

- разработана методика картографирования экологического каркаса региона, обоснованы последовательность и содержание его этапов;

- создана система карт, отображающих элементы экологического каркаса бассейна оз. Байкал.

Практическая ценность исследований. Разработанный теоретический подход может применяться при выявлении и выделении экологических каркасов различных регионов. Методика геоинформационного картографирования экологического каркаса территории, которая базируется, на предварительном картографировании ландшафтного каркаса применима на территориях имеющих особый статус. Созданная система карт экологического каркаса бассейна оз. Байкал может использоваться при функциональном зонировании буферной и других зон Байкальской природной территории; мо- жет быть использована в высших учебных заведениях. Результаты работы использовались при выполнении планов научно-исследовательских работ ла-

7

боратории картографии Института географии СО РАН, отчетов по проектам «Ведущей научной школы по картографии ИГ СО РАН», а также в отчете по проекту программы «Университеты России - фундаментальные исследования».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 360 наименований, в работе 160 страниц машинописного текста, иллюстрирована 16 рисунками и 2 таблицами.

В первой главе рассмотрены понятие экологического каркаса, история и современные взгляды на его выделение. Вторая глава посвящена методике исследования. В третьей главе описаны природные особенности водосборного бассейна оз. Байкал. В четвертой главе освещены вопросы картографического и геоинформационного обеспечения решения проблем, связанных с выделением и функционированием экологического каркаса региона.

ГЛАВА 1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КАРКАС - ОСНОВА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ТЕРРИТОРИИ

1.1. Основные концептуальные и методические предпосылки формирования экологического каркаса территории

Обострение природоохранных проблем привлекло внимание к вопросам рационального природопользования в сложившихся социально-экологических условиях, что привело к созданию новых научных концепций. Одной из таких новых научных направлений является концепция экологического каркаса территории.

В последнее время в географической литературе все чаще стали встречаться понятия «экологическая сеть» (Шварц, 1998; Соболев, 1999), «экологический каркас» (Пономаренко и др., 1994; Кулешова, 1999, Елизаров, 1999; Мирзеханова, 1998), «природный каркас» (Каваляускас, 1985, Реймерс, 1990), * «природно-экологический каркас» (Преловский, 1996) «природоохранный

каркас» (Тишков, 1994), «природно-заповедный каркас» (Чибилев, 1997), «каркас устойчивости» (Тишков, 1995; Шестаков, 1995), «геоэкологический каркас» (Зархина, Сохина, 1989, Востоков, 2000), эколого-геосистемный каркас (Матис, 1991).

Они появились в литературе в результате стремления многих исследователей научно обосновать оптимизацию природопользования и уменьшить негативное хозяйственное воздействие на природную среду путем создания в противовес хозяйственным структурам экологически ранжированных взаимосвязанных участков природы, которые бы поддерживали экологическое равновесие территории.

Концепция экологической сети. Экологический каркас (экологическая сеть) как инструмент сохранения ландшафтного и биологического раз-V; нообразия впервые появился и хорошо зарекомендовал себя в Европе и Се-

верной Америке, где центральным элементом в охране и управлении экоси-

9 стемами являются парки и охраняемые природные территории

У (Protected...,2000). Экологическому каркасу (экологической сети) в англий-

ском языке соответствует «ecological network». Экологическая сеть - это сформированная система территорий, которые пространственно и функционально связаны и ранжированы по значению для сохранения ландшафтного и биологического разнообразия и поддержания экологического равновесия.

Концепция биологического разнообразия возникла и начала развиваться в 60-70-х годах XX века как символ природоохранного движения ученых-биологов. К началу 80-х годов возникла необходимость сохранения биологического разнообразия в условиях угрозы глобального экологического кризиса. Понятие "биоразнообразие" вошло в широкий научный обиход в 1972 году на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде. Через двадцать лет, в 1992, году в Рио-де-Жанейро во время Конференции ООН по окружающей среде и развитию была принята Конвенция о биологическом разнообразии, которую подписали более 180 стран, в том числе и Россия. С это-

А;' го момента идея сохранения биологического разнообразия стала быстро рас-

пространяться в мире. На этом международном форуме было дано четкое определение биоразнообразия и принята Конвенция о биологическом разнообразии, которую подписали официальные представители десятков стран, в том числе и России. Для поддержания биоразнообразия необходима определенная экологическая инфраструктура территории - экологическая сеть, как пространственно организованный набор экосистем, которые обеспечивают экологическое равновесие. На рис.1 представлена синтетическая схема представлений о сохранении биоразнообразия, как синтеза различных фундаментальных наук, которые обеспечивают базовые принципы и новые подходы для управления биоразнообразием.

Анализ литературных источников позволил выделить некоторые проблемы сохранения биоразнообразия. Во-первых, анализ показал, что часто

у термином «биоразнообразие» заменяют фундаментальные экологические,

биологические, фаунистические и флористические направления исследова-

10

ний, не связанные с современной трактовкой биоразнообразия, в основу которой заложены природоохранные практические цели.

Антропология;

Бног ео г ра ф н и;

Эколотня:

экология со обще ста экология экосистем экология человека

Науки об окружающей среде: экологическая экономика природоохранная этика природоохранное зако-во

Эволюционная биология

Генетика

Полуляцнонная биология

Социология

Таксономии

Другие биологические,

физические к

социальные науки

Полевые наблюдения и необходимые исследования

Pan ноте сообщи: ах

Лесоюжпо Плашрогжне

Мое дэднент с о держащнхс я

БИОЛОГИЯ СОХРАНЕНИЯ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСАМ!

ботаопескне сады

яаркн

Устончнюе рщюгхне ршленне wirok n н другая жятшиьнос

Новые идеи и подходы

Рис. 1. Синтетическая схема представлений о биологическом разнообразии

(Примак, 1998)

Во-вторых, прослеживается усложнение классификаций уровней биоразнообразия. Если биоразнообразие определено в Конвенции, принятой в Рио-де-Жанейро (1992) как «вариабельность живущих организмов любого происхождения, включая наземные, морские и другие водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются. Оно включает разнообразие внутри вида, между видами и экосистемами». То в настоящее время можно встретить многоуровневые, разветвленные схемы, часто не совпадающие и противоречащие друг другу. На рис. 2 показана одна из подобных схем иерархической организации биологического разнообразия. В-третьих, часто термин «биоразнообразие» используется в конъюнктурных целях, т.е. в проектах непосредственно не связанных с природоохранной тематикой, что вызывает недовольства видных ученых. Во многих странах в настоящее время прилагаются значительные усилия для экологической оптимизации ланд-

¦а.

шафтов. В Австралии существует государственная программа «Land Care», направленная на создание устойчивой структуры ландшафта.

Экологическое разнообразие Еихял (экапогичбсхий) регион Экосистема Местообитаний (сообщвство) ЭкОПСПНСС^Я НИШИ ПОПУЛЯЦИЯ Разнообразие (таксон омическо в) организмов Цзрстоо Филум Ccfifcucmaa Рай ВиО Под&ад ПОПУЛЯЦИЯ Индивидуум

Генетическое разнообразие ПОПУЛЯЦИЯ Индивидуум Хромсймы Гены

Рис. 2. Феноменологические уровни иерархической организации биологического разнообразия по V. Н. Heywood, I. Baste (1995)

Подобная программа существует в Швеции: «The Richen Forest» - образовательная программа для владельцев леса, по которой усилиями десятков организаций, с использованием различных источников финансирования восстанавливаются участки земель, требующие значительных финансовых затрат. В США действует программа «Wildland Project» в рамках, которой ведется активная пропаганда идей экологической оптимизации ландшафта различными неправительственными организациями и частными лицами (Noss, 1992). В Европе это направление реализуется в проектах «CORINA», «NATURA 2000», «EMERALD» и поддерживается Общеевропейской стратегией сохранения биологического и ландшафтного разнообразия (1996). В России подобным примером служит проект «Зеленая стена России». Основная идея этого проекта - создание на территории всей страны пространственно - связной сети полосных территорий, имеющих регламентированный ре-

12 жим природопользования, обеспечивающий определенное качество естест-

-J венных и природно-антропогенных геосистем (Пономаренко и др., 1994). Се-

тевая концепция экологической оптимизации природной среды (ландшафта), как инструмент сохранения ландшафтного и биологического разнообразия получила широкое распространение в трудах ряда зарубежных и отечественных исследователей (Noss, 1990, 1992; Bennet, 1994, 2001; Шварц, 1998; Соболев, 1999) и основывается на теории островной биогеографии, теории граничных эффектов, поляризованного ландшафта.

Суть теории островной биогеографии состоит в зависимости количества обитающих на острове видов от его размеров. Согласно равновесной теории Мак Артура - Уилсона (1967), существует определенное равновесное состояние между существующими на острове видами и количеством вымирающих видов. Теория островов применима не только для островов - участков суши, окруженных водным пространством, но и для всей территории Земли, начиная от отдельных фаций, до природных стран. При этом острова *'/ могут быть, как естественного, так антропогенного происхождения. Они мо-

гут возникнуть в переходных зонах между типами природных сред (пустынь, степей, лесов, тундр и др.). Таким, образом острова выполняют роль биоцентров или природно-географических окон (Каваляускас, 1987), где происходят процессы стабилизации и сохранения природной среды. «Большие массивы дикой природы, определяемые как очень крупные малоиспользуемые территории без дорог, могут лучше сохранить естественное разнообразие с большим числом уровней организации, чем любые другие виды природных резерватов» (Noss, 1990).

Под стабилизацией понимают функцию геосистемы, как устойчивость к проявлениям неблагоприятных процессов и явлений. Средоформирование -как функция заключается в воспроизводстве чистого воздуха и воды, создании благоприятных микроклиматических условий. Для поддержания эколо-

yt гической целостности биоцентров - островов, необходимо создание биоко-

ридоров - связующих элементов (рис. 3.).

13

В перемещении вещества и энергии наряду с ландшафтными коридорами (линейные, площадные, прерывистые) большую роль играют воздушные коридоры (пути движения воздушных масс, миграции птиц) и водные коридоры (реки, морские и океанические течения).

Линейные коридоры

Прерывистые коридоры

Площадные коридоры

Ядра (острова)

Экологические коридоры

Буферные зоны

Рис. 3. Схема сети диких территорий (Bennett, 1994)

Экологическая сеть - это сформированная система территорий, которые пространственно и функционально связаны и ранжированы по значению для сохранения ландшафтного и биологического разнообразия и поддержания экологического равновесия (рис. 4). Отличительной особенностью этой концепции является ограниченный набор компонентов экологической сети, которые выполняют определенные функции: 1) ключевые территории или ядра обеспечивают оптимально достижимое качество и количество экологического пространства; 2) экологические коридоры осуществляют необходимую связь между ключевыми территориями; 3) буферные территории или звенья защищают ключевые и транзитные (экологические коридоры) территории от потенциально опасных внешних воздействий. Ограниченный набор функциональных элементов экологической сети на международном уровне позволяет путем придания разнообразным и специфическим категориям ОПТ

14

ограниченного числа функциональных характеристик, преодолевать различия в национальных системах территориальной охраны природы.

Ключевые

У* территории

\;'^-J * . )%?.\

Площадные коридоры

Ключевые территории

Прерывистые коридоры

Линейные коридоры

Ключевые территории

Буферные зоны

Охраняемые территории

Рис. 4. Схема экологической сети (по Bouwma, Jongman, Butovsky, 2001)

Во Всеевропейской стратегии сохранения биологического и ландшафтного разнообразия (1995) цели экосети определяются следующим образом:

1) обеспечить сохранение всех компонентов экосистемы, местообитаний, биологических видов и их генетического разнообразия, а также ландшафтов;

И

15

2) предоставить для биологических видов территории, площадь кото- рых достаточна для их поддержания;

3) обеспечить возможность миграции и рассредоточения;

4) защитить природные системы от экологической угрозы.

В тоже время отмечаются проблемы экосети (Perspectives..., 1996):

1) отсутствие четких критериев выделения природных ядер экосети, согласующихся с европейскими стандартами;

2) пробелы в нормативно-правовой базе создания экосети;

3) отсутствие общей стратегии проектирования экологических сетей. Концепция «экологической сети» впервые возникла в Нидерландах в

1980 - х гг., и в 90 - ые была принята, как часть национального плана для охраны природы правительством этого государства. Концепция «экологической сети» первоначально возникшая как стратегия национальной экологической политики Нидерландов затем была перенесена на международный уровень. В начале 90-х получила большое внимание концепция «Европейской экологической сети», как Пан - Европейский подход для сохранения природного наследия Европы. В 1993 г. Всемирный союз охраны природы - МСОП (IUCN - World Conservation Union) начал реализовывать проект, нацеленный на расширение экологической сети в странах Центральной и Восточной Европы. Основная цель проекта состоит в разработке концепций «Национальных экологических сетей» и национальных планов для сохранения природы в каждой отдельной стране. Первая часть этого проекта осуществлена в Польше, Венгрии, Чехии и Словакии, но Всемирный Союз Охраны Природы (МСОП) продолжает расширять работу в других странах Центральной и Восточной Европы.

Проект не нацелен на вмешательство в экологическую политику, какой либо страны, а наоборот направлен на поддержание. Он не пытается подорвать специфические, локальные решения и системы решений. Проект пыта- ется объединить в единое целое (систему) эти территории, которые благодаря их природным средам и экологическим связям, составляют природное насле-

16 дие Европы (Bennett, 1994). Возрастание угрозы окружающей среде, как для

^ отдельных континентов, так и всей планеты требует соединения унифициро-

ванной системы (концепции) для сохранения и воспроизводства природы в целом. Экологическая сеть представляет процесс интеграции локальных (национальных) стратегий сохранения природы и выводит область экологических проблем на Международное сотрудничество. Этот процесс направлен на поддержку экономического прироста, особенно сельского хозяйства, лесоустройства, рекреационной деятельности в общих чертах тех секторов хозяйства, которые непосредственно влияют на состояние и сохранение природного наследия (Perspectives..., 1996). Экологические сети являются важным элементом природоохранной политики Европы. Экологические сети, основанные на ландшафтных и экологических принципах состоят из ядер, зон коридоров, буферных зон и необходимых областей реабилитации для восстановления природы. Концепция экологической сети рассматривается как интегральная в организации сохранения ландшафтного и биологического раз-

А-* нообразия и является генеральным направлением реализации Всеевропей-

ской стратегии сохранения биологического и ландшафтного разнообразия (Jongman, 1995).

Каркасная концепция. В России разработки в области экологической оптимизации территории имеют свои особенности. В нашей стране больше других прижилась «каркасная» концепция, которая развивается на географической основе и имеет свои научные корни.

У истоков рационального природопользования стояли такие видные российские ученые как А.И. Воейков и В.В. Докучаев работы, которых выявили различные особенности и аспекты взаимодействия человека с природой и заложили основы дальнейшего развития концепции рационального природопользования. А.И. Воейковым (1963) впервые был обоснован комплексный подход к изучению природы, в виде заповедной деятельности, как специальной отрасли научной и практической деятельности. Им были поставлены проблемы широты воздействия факторов среды в природе, которые

17

неодинаковы в разных природных зонах. «Чем меньше широта воздействия фактора, тем более легко он изменяется человеком» (Там же). В работах А.И. Воейкова рассматривается воздействие человека на поверхностные и подземные воды. Делается вывод, что лес и ненарушенная степь способствует питанию источников и поддержанию уровня подземных вод, тем самым выполняет стокорегулирующую функцию. Будучи ученым - гуманистом. А. И. Воейков заботился о сохранении баланса в природной среде. Делая вывод о том, что влияние человека на природу весьма существенно, он предостерегает от чрезмерности этого влияния, подчеркивает необходимость разумного природопользования, учета интересов будущих поколений людей (Дедков, Переведенцев, 1995).

В.В. Докучаев в результате долгих экспериментальных сельскохозяйственных исследований установил две важнейшие физико-географические закономерности - закон целостности географической среды, или полного взаимодействия и обусловленности ее компонентов, и закон географической зональности - как важнейшей теоретической базы территориальной дифференциации природной среды в целом. Выявленные В.В.Докучаевым закономерности, в дальнейшем позволили Л.С. Бергу (1913) подразделить территорию России на ландшафтные зоны. В.В. Докучаевым на примере степной зоны был разработан проект рационального использования территорий, как разумное сочетание лесополос, водоемов и земель, используемых в сельском хозяйстве. Опытным путем им были выявлены различные сочетания этих трех элементов и найдены искусственные экологически устойчивые системы.

Каркасная модель территориального устройства является наиболее сложной,] при которой одни компоненты системы рассматриваются как узлы (ядра), другие как его ребра при этом предполагается, что по ребрам, может происходить передача вещества, энергии и информации (Преображенский, Александрова, Куприянова, 1988).

Каркасные основы территориального устройства, которые зародились в экономической географии - являются инструментом экологической оптими-

Список литературы