CC BY
151
Биология
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2014, № 1 (1), с. 157-161
УДК 504.06 (470.341)
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗОНИРОВАНИЕ НИЖЕГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ © 2014 г. А.А. Брагазин, И.Н. Маркелов, А.А. Нижегородцев, В.А. Басуров
Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского ecology@bio.unn.ru
Пвступила в редакцию 06.11.2013
На основе индекса антропогенной нагрузки проведено экологическое зонирование Нижегородской области по административным районам. При вычислении индекса антропогенной нагрузки были использованы одиннадцать эколого-экономических показателей государственной статистической отчетности. С помощью кластерного анализа по полученным значениям индекса антропогенной нагрузки районы области были разделены на четыре кластера. Наибольшее количество районов попало в кластеры с удовлетворительной и слабой антропогенной нагрузкой.
Ключевые слвва: Нижегородская область, антропогенная нагрузка, экологическое зонирование.
Введение
Развитие человеческого общества идет вслед за техническим прогрессом, при этом наряду с постоянным увеличением возможностей человека возрастают и масштабы его деятельности. Это обстоятельство постоянно стимулирует развитие природоохранных систем и технологий, поскольку поддержание целостности и функционирования экосистем является одной из самых актуальных проблем всего человечества, непосредственно влияющих на его жизнедеятельность.
Залогом устойчивости и саморегуляции экосистем является сохранение функционирования и направленности биогеохимических циклов и потоков энергии, вещества, информации. Антропогенное воздействие ведет к полному или частичному разрушению экосистем и круговорота биогенов и связанным с этими обстоятельствами локальным негативным изменениям окружающей среды [1].
Для средней полосы России естественными экосистемами являются леса, степень деградации которых может выступать в роли критерия их нарушенности. Деградация начинается с момента, когда подорван потенциал самовосстановления в результате сокращения площадей, занятых лесами, ниже критического минимума. Для каждой природной зоны существует оптимальное соотношение лесопокрытых площадей и площади выделяемого района, при котором леса обладают устойчивостью и нормально функционируют [2]. Для различных природных подзон Нижегородской области были рассчитаны уровни оптимальной лесистости [3], позволившие использовать данные по фактической лесистости для оценки деградации экосистем в
конкретном административном районе. Этот принцип лег в основу расчета индекса антропогенной нагрузки, предложенного Д.Б. Гелашви-ли и соавторами [4], с помощью которого впервые было проведено экологическое зонирование в Нижегородской области с использованием ряда эколого-экономических показателей за период 1997-2000 гг. В настоящее время ранее проведенное территориальное деление Нижегородской области на зоны с различной антропогенной нагрузкой не отражает современную экологическую обстановку в административных районах. В связи с этим возникла необходимость в уточнении экологического зонирования Нижегородской области, что и явилось целью настоящей работы.
Материалы и методы исследований
В настоящей работе для экологического зонирования использовался индекс антропогенной нагрузки [4]. Для его вычисления был применен набор из 11 эколого-экономических базовых показателей государственной статистической отчетности и 3-х производных показателей (табл. 1). В экологическом зонировании участвовали 47 из 48 административных районов области, поскольку для территории Сокольского района отсутствуют материалы по оптимальной лесистости. Для вычисления показателей I — 17 использовались усредненные значения за 10 лет (2003—2013).
Индекс антропогенной нагрузки (Уан) рассчитывали по формуле
j„ = («■’ ь‘‘'
(1)
Таблица 1
Структура эколого-экономических показателей_______________________________
№ п/п Наименование, единица измерения Условные обозначения
Базовые показатели
1 Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ, тыс. т/год її
2 Забор вод (поверхностных и подземных), млн. м3/год 12
3 Сброс загрязненных вод (неочищенных и недостаточно очищенных), млн. м3/год ї3
4 Процент смытости почв, % І4
5 Качество воды источников водоснабжения по санитарно-химическим показателям, % нестандартных проб І5
6 Качество воды источников водоснабжения по микробиологическим показателям, % нестандартных проб І6
7 Число выявленных несанкционированных свалок, шт. ї7
8 Лесопокрытые площади, тыс. га ї8
9 Площадь ООПТ в районе, тыс. га І9
10 Площадь района, тыс. га ї10
11 Уровень оптимальной лесистости, % Лопт
Производные показатели
1 Уровень фактической лесистости, % Лфакт
2 Эмпирический коэффициент ненарушенности территории (Лфает / Лт) а
3 Доля особо охраняемых природных территорий в площади района, отн. ед. в
где а-1 - коэффициент нарушенности территории; в - доля особо охраняемых природных территорий (ООПТ) в площади района; bi - весовые коэффициенты, равные величине обратной дисперсии данного признака; I - базовые и производные эколого-экономические показатели.
Предварительно был рассчитан эмпирический коэффициент ненарушенности территории для каждого административного района, который отражает соотношение ненарушенных и нарушенных хозяйственной деятельностью территорий с учетом почвенно-климатического зонирования:
а Лфакт / Лоп^ (2)
где Лфакт - фактическая лесистость, %; Лопт -оптимальная лесистость, %. Фактическая лесистость оценивалась как отношение лесопокрытых площадей к площади района, а значения оптимальной лесистости были ранее рассчитаны В.В. Сидоренко [3].
Величина, обратная эмпирическому коэффициенту ненарушенности (а), является коэффициентом нарушенности (а-1), который наряду с показателем доли ООПТ в площади района (в) использовался в составе выражения (а-1 - в), выступавшего в качестве самостоятельного показателя.
Для расчета индексов антропогенной нагрузки абсолютные значения базовых и производных показателей переводили в относительные (безразмерные) путем нормирования на среднее значение данного показателя по области.
Разбиение полученных для различных районов значений Jан на группы с различной антропогенной нагрузкой проводилось кластерным анализом с использованием метода Уорда, в котором объединение объектов в кластеры про-
исходит с уменьшением суммы квадратов расстояний между каждой точкой (объектом) и средней по кластеру, содержащему этот объект [5]. Этот метод направлен на объединение близко расположенных кластеров, а проверка кластерных решений с использованием многомерного дисперсионного анализа, проведенная Д.Б. Гелашвили и соавторами [1], показала, что метод Уорда обладает наилучшей разделительной способностью.
Результаты и их обсуждение
В соответствии с результатами кластеризации все районы были разделены на 4 кластера с различной степенью антропогенной нагрузки (рис. 1, табл. 2).
Каждому кластеру была дана вербальная характеристика антропогенной нагрузки (табл. 2) и обозначены границы интервалов значений индекса антропогенной нагрузки, соответствующих каждому кластеру (рис. 2).
В кластере А с удовлетворительной антропогенной нагрузкой, включающем 12 районов, 9 районов (Варнавинский, Воскресенский, Ковер-нинский, Шарангский, Семеновский, Шахун-ский, Тоншаевский, Тонкинский, Ветлужский) относятся к заволжской части Нижегородской области. Здесь значительную часть земель занимают лесные массивы, слабо развито сельское хозяйство вследствие природных условий подзоны тайги [6] и немногочисленны промышленные предприятия. В кластер D (9 районов) с сильной антропогенной нагрузкой включены районы с развитым промышленным (Павловский, Богородский, Кстовский) и сельскохо-
о
з:
5
Варнавинский Воскресенский Ковернинский Первомайский Шарангский Семеновский Шаху некий Тоншаевский Вознесенский Тонкинский Кулебакский Ветлужский Аодатовский Уренский Воротынский Чкаповский Краснобаковский Сосновский Выксунский Борский Городецкий Володарский Навашинский Шатковский Починковский Лысковский Арзамасский Большей огди некий Лукояновский Дивеевский Большемурашкинский Бутурлинский Д. Константаневский Вачский Спасский Пильнинский Балахнинский Княгининский Павловский Вадский Богородский Серпачский Кстовский Перевозский Гагинский Краснооктябрьский
Сеченовский | ^ ^
150 200 250
Расстояние объединения
Рис. 1. Кластеризация 47 административных районов Нижегородской области по значениям индекса антропогенной нагрузки (/ан) за период 2003-2013 гг.
Характеристика административных районов по степени антропогенной нагрузки Значения Лн | <0.31
| 0.324-0.79
Рис. 2. Распределение антропогенной нагрузки по административным районам Нижегородской области (нумерация районов соответствует нумерации в табл. 2)
зяйственным производством (Сергачский, Перевозский, Краснооктябрьский, Сеченовский). Наибольшее число районов сосредоточилось в кластерах В и С (14 и 12 соответственно) со
слабой и умеренной антропогенной нагрузкой. Последнее свидетельствует в пользу того, что в общем и целом экологическая обстановка в Нижегородской области благоприятная.
Таблица 2
Иерархия 47 районов Нижегородской области в порядке возрастания величины _____________________индекса антропогенной нагрузки (,/аи)______________________
№ п/п Название района ^ан Кластеры Характеристика антропогенной нагрузки
1 Варнавинский 0.03
2 Воскресенский 0.05
3 Ковернинский 0.10
4 Первомайский 0.13
5 Шарангский 0.14
6 Семеновский 0.14 А У довлетворительная
7 Шахунский 0.17
8 Тоншаевский 0.19
9 Вознесенский 0.23
10 Тонкинский 0.24
11 Кулебакский 0.24
12 Ветлужский 0.31
13 Ардатовский 0.36
14 Уренский 0.40
15 Воротынский 0.42
16 Чкаловский 0.42
17 Краснобаковский 0.58
18 Сосновский 0.61
19 Выксунский 0.71 В Слабая
20 Борский 0.72
21 Г ородецкий 0.76
22 Володарский 0.77
23 Навашинский 0.77
24 Шатковский 0.79
25 Починковский 0.79
26 Лысковский 0.79
27 Арзамасский 0.80
28 Большеболдинский 0.84
29 Лукояновский 0.90
30 Дивеевский 0.92
31 Большемурашкинский 0.99
32 Бутурлинский 1.01 С Умеренная
33 Д. Константиновский 1.02
34 Вачский 1.17
35 Спасский 1.20
36 Пильнинский 1.29
37 Балахнинский 1.36
38 Княгининский 1.42
39 Павловский 1.47
40 Вадский 1.70
41 Богородский 1.86
42 Сергачский 1.92
43 Кстовский 2.18 D Сильная
44 Перевозский 2.51
45 Г агинский 2.64
46 Краснооктябрьский 4.48
47 Сеченовский 5.32
Заключение
В настоящее время лесистость Нижегородской области составляет 50%, что больше на 3.8% по сравнению с 1997-2000 гг. [4].
Согласно полученным результатам, удовлетворительной, слабой и умеренной антропогенной нагрузкой характеризуются 38 административных районов Нижегородской области из 47, что составляет 81%. Районы с удовлетворитель-
ной антропогенной нагрузкой, в основном, из северной части Заволжья - подзоны тайги. Сильная антропогенная нагрузка отмечена в центральных районах Предволжья с традиционно развитым промышленным и сельскохозяйственным производством (9 административных районов), где в значительной степени сведены лесные массивы.
Применяемый индекс антропогенной нагрузки уже доказал свою состоятельность в комплексном межрегиональном экологическом районировании (на примере Самарской и Нижегородской областей) и эколого-эпидемиоло-гических исследованиях [7, 8]. Главным достоинством индекса антропогенной нагрузки является использование при его расчете наряду с другими эколого-эконо-мическими показателями данных по лесистости административных районов, что позволяет оценивать фактический масштаб трансформации естественных биоценозов.
Список литературы
1. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать? Учебное пособие / Под ред. В.И. Данилова-Данильяна. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. 332 с.
2. Hannah L., Lohse D., Hutchinson Ch., Carr J.L., Lankerani A. A preliminary inventory of human disturbance of world ecosystems // Ambio. 1994. № 4-5. P. 246-250.
3. Сидоренко В.В. Лесные ресурсы, растительный и животный мир, их рациональное использование и воспроизводство с учетом экологической роли лесов // Концепция Российской государственной экологической программы «Охрана окружающей среды и рациональное использование ресурсного и хозяйственного потенциала Волжско-Северокаспийского региона (Возрождение Волги)». Горький: Мин. науки, высш. шк. и техн. политики России, 1992. С. 82-83.
4. Гелашвили Д.Б., Басуров В.А., Розенберг Г.С., Моничев А.Я., Пуртов И.И., Сидоренко В.В. Экологическое зонирование территорий с учетом роли сохранившихся естественных экосистем // Поволжский экологический журнал. 2003. № 2. С. 99-108.
5. Халафян А.А. STATISTICА 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. Учебник. М.: ООО «Бином-Пресс», 2007. 512 с.
6. Клюев Н.И., Харитонов А.Т., Капустин А.П. и др. Природа Горьковской области / Под ред. Н.В. Кузнецова. Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1974. 416 с.
7. Давыденко Д.В. Продолжительность жизни онкологических больных с разным уровнем окислительного стресса в крови в зависимости от экологического неблагополучия районов проживания. Автореферат дис. ... канд. биол. наук. Н. Новгород: ННГУ, 2013. 25 с.
8. Пыршева М.В. Межрегиональный экологический анализ территорий для целей комплексного районирования (на примере Самарской и Нижегородской областей). Автореферат дис. ... канд. биол. наук. Тольятти, 2005. 22 с.
ECOLOGICAL ZONING OF THE NIZHNI NOVGOROD REGION
A.A. Bragazin, I.N. Markelov, A.A. Nizhegorodtsev, V.A Basurov
Ecological zoning of administrative districts in the Nizhni Novgorod region has been carried out on the basis of the anthropogenic pressure index (Jan). Eleven eco-economic indicators of the State Statistics were used to calculate Jan. The cluster analysis was used to divide all districts into 4 different clusters according to their anthropogenic pressure indices. Most districts fell into the clusters with satisfactory and low anthropogenic pressure.
Keywords: Nizhni Novgorod region, anthropogenic pressure, ecological zoning.
References
1. Jekologicheskie problemy: chto proishodit, kto vi-novat i chto delat'? Uchebnoe posobie / Pod red. V.I. Danilova-Danil'jana. M.: Izd-vo MNJePU, 1997. 332 s.
2. Hannah L., Lohse D., Hutchinson Ch., Carr J.L., Lankerani A. A preliminary inventory of human disturbance of world ecosystems // Ambio. 1994. № 4-5. P. 246-250.
3. Sidorenko V.V. Lesnye resursy, rastitel'-nyj i zhivotnyj mir, ih racional'noe ispol'zovanie i vosproizvodstvo s uchetom jekologicheskoj roli lesov // Koncepcija Rossijskoj gosudarstvennoj jekologicheskoj programmy «Ohrana okruzhajushhej sredy i racional'noe ispol'zovanie resursnogo i hozjajstvennogo potenciala Volzhsko-Severokaspijskogo regiona (Vozrozhdenie Volgi)». Gor'kij: Min. nauki, vyssh. shk. i tehn. politiki Rossii, 1992. S. 82-83.
4. Gelashvili D.B., Basurov V.A., Rozenberg G.S., Monichev A.Ja., Purtov I.I., Sidorenko V.V. Jeko-logicheskoe zonirovanie territory s uchetom roli sohra-nivshihsja estestvennyh jekosistem // Povolzhskij jeko-logicheskij zhurnal. 2003. № 2. S. 99-108.
5. Halafjan A.A. STATISTICA 6. Statistiche-skij analiz dannyh. 3-e izd. Uchebnik. M.: OOO «BinomPress», 2007. 512 s.
6. Kljuev N.I., Haritonov A.T., Kapustin A.P. i dr. Priroda Gor'kovskoj oblasti / Pod red. N.V. Kuznecova. Gor'kij: Volgo-Vjatskoe kn. izd-vo, 1974. 416 s.
7. Davydenko D.V. Prodolzhitel'nost' zhizni onkologi-cheskih bol'nyh s raznym urovnem okisli-tel'nogo stressa v krovi v zavisimosti ot jekologiches-kogo neblagopolu-chija rajonov prozhivanija. Avtoreferat dis. ... kand. biol. nauk. N. Novgorod: NNGU, 2013. 25 s.
8. Pyrsheva M.V. Mezhregional'nyj jekologi-cheskij analiz territory dlja celej kom-pleksnogo rajonirovanija (na primere Samarskoj i Nizhegorodskoj oblastej). Avtoreferat dis. ... kand. biol. nauk. Tol'jatti, 2005. 22 s.
