CC BY
132
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ ГОРОДСКИХ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
О.В. БЕДНОВА, доц. каф.экологии и защиты лесаМГУЛ, канд. биол. наук,
В.А. КУЗНЕЦОВ, проф. каф. ЮНЕСКО «Зеленая химия для устойчивого развития» РХТУ им. Д.И. Менделеева, д-р техн. наук,
Ю.Ю. АНДРЮШИН, Высший колледж природопользования при РХТУ им. Д.И. Менделеева
[email protected], [email protected] ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева, 125047, Москва, Миусская пл., 9
Представлены результаты разработки информационно-аналитического сопровождения лесоэкологического мониторинга на урбанизированных территориях и ее апробации на особо охраняемых природных территориях Москвы. Данная разработка является основой экологической информационной системы локального уровня. В экоинформационной системе обычно выделяют три уровня, ориентированных на решение различных задач экологического мониторинга и отличающихся по методам работы с экологической информацией. Верхний уровень составляют программные модули для поддержки принятия решений, средний - программное обеспечение, позволяющее провести системный анализ информации о состоянии окружающей среды, а нижний - модули обработки первичной экологической информации. В данном случае первичная информация о состоянии лесных насаждений систематизирована в следующие блоки: состояние древостоя; состояние естественного возобновления и подлесочного яруса; геоботанические описания; структурное разнообразие лесных биогеоценозов. В качестве параметров абиотической среды фиксировались уровни загрянения атмосферного воздуха и эквивалентный уровень звука. Первичная экологическая информация вводится в базу данных в виде электронных таблиц. Информация о состоянии биотического компонента лесных экосистем обобщается с помощью интегральных показателей - индекса состояния древостоя и индекса структурного разнообразия. Разработаны алгоритмы нормирования и индикации значений биотических индексов и абиотических параметров лесных экосистем на основе метода функций желательности Харрингтона. На их основе разработана программа «URBAN FOREST». Она позволяет автоматизировать расчеты значений экологических индикаторов и провести многокритериальную оценку состояния лесных экосистем. Приводится пример картографического анализа территории на основе значений экологических индикаторов.
Ключевые слова: лесные экосистемы, городские особо охраняемые природные территории, экологическая интегральная оценка, экологическая информационная система.
Природоохранная, средозащитная и рекреационная функции городских особо охраняемых природных территорий взаимосвязаны и в равной степени важны для современного крупного города. Измерить и оценить успешность выполнения этих функций (а наряду с этим и эффективность управленческих решений в отношении ООПТ) можно на основе показателей биологических сообществ в наложении на результаты мониторинга абиотических сред, т.е. комплексного экологического мониторинга.
При этом актуализируется потребность в обобщении разноплановой экологической информации, получении на основе ее обработки многокритериальной оценки состояния экосистем и представлении ее результатов в наиболее информативной форме в адрес лиц, принимающих решения (ЛИР). Однако единой программы комплексного экологического обследования природных участков не существует, под это понятие попадают различные действия по сбору
информации о состоянии той или иной территории, проводимые по разным методикам, специалистами разных профилей.
В прикладной экологии объективно имеет место стремление к наиболее детальному описанию сложного экологического объекта (в т.ч. и ООПТ). В результате увеличивается количество учитываемых параметров, расширяются программы мониторинговых исследований, а анализ целостной картины взаимосвязи факторов, обуславливающих формирование негативных биосферных процессов, при этом зачастую усложняется. В итоге, как справедливо отмечено в работе [1], «усугубляется значительный диссонанс между затратами труда ученых-экологов на получение исходных данных и потенциальный объем знаний, которые могут быть выделены на их основе». Преодолеть проблемы позволяют разработка и внедрение в практику системы экологического контроля экологических информационных систем (ЭИС).
140
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Используемые в ЭИС компьютерные технологии дают возможности оперативного доступа к ретроспективным данным, применения методов многомерного математического анализа обширных массивов данных, преобразования первичных результатов наблюдений за биотическими и абиотическими компонентами природной среды в форму, пригодную для поддержки принятия решений. Все эти преимущества важны в сфере организации экологического контроля и ведения экологического мониторинга как его информационной основы.
Об экологическом контроле и мониторинге принято говорить как о природоохранных системах, способствующих устойчивому развитию отдельных регионов и планеты в целом. Поэтому и ЭИС чаще рассматриваются как инструменты комплексного мониторинга в приложении к национальному и региональному уровням [2]. Но руководствуясь принципом экологической иерархии, можно говорить и об ЭИС локального уровня, и ООПТ современного крупного города, в частности, представляются для этого подходящими объектами. Если же рассматривать систему городских ООПТ или даже о городскую экологическую сеть современного мегаполиса [3], то тогда задача сбора, систематизации и использования экологической информации переходит на региональный уровень.
Программное обеспечение в рамках ЭИС для ООПТ должно отличаться удобным простым интерфейсом - она, прежде всего, ориентирована на сотрудников ООПТ. Это биоэкологи и другие специалисты, занятые ведением экологического мониторинга (ответственные за базу данных и ее обновление, а, следовательно, максимально должен быть упрощен способ ввода информации), специалисты по благоустройству, руководители ООПТ, которым нередко необходимо оперативно представить информацию о своей территории в адрес различных хозяйственных структур, проектировщиков.
На основе многолетнего опыта исследований в лесных экосистемах ООПТ города Москвы мы разработали систему информационно-аналитического сопровождения
лесоэкологического мониторинга, которая может лечь в основу концепции ЭИС локального уровня. Эта разработка представляется нам актуальной для городов, экологический каркас которых формируют сохранившиеся фрагменты лесных экосистем.
В экоинформационной системе по мере перехода от первичных результатов экологического мониторинга к знаниям о состоянии окружающей среды меняются методы работы с информацией [2]. Можно выделить три уровня, ориентированных на решение различных задач экологического мониторинга и отличающихся по методам работы с экологической информацией. Верхний уровень составляют программные модули для поддержки принятия решений, средний - программное обеспечение, позволяющее провести системный анализ информации о состоянии окружающей среды, а нижний - модули обработки первичной экологической информации. Рассмотрим, каким образом эту последовательность можно реализовать на основе данных лесоэкологического мониторинга на городских ООПТ.
ПЕРВИЧНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Биотическая составляющая лесных экосистем
Основным методом исследования динамики лесных биогеоценозов являются стационарные наблюдения на постоянных пробных площадях. При этом типы и размеры пробных площадей, регламент работы на них определяются особенностями исследуемого объекта, поставленными целями, применяемыми методами исследований. Опытом мониторинга в рекреационных лесах обоснована необходимость при сборе данных объединения методических подходов двух направлений - детального лесопатологического обследования и лесоводствен-но-геоботанических исследований [4].
Сбор информации о состоянии лесных насаждений целесообразно объединить в следующие блоки.
Оценка состояния древостоя включает сбор данных о структуре древесного полога, характере и темпах древесного отпада и их изменениях во времени. Структура древостоя
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
141
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
- это дифференциация деревьев по степени жизнеспособности, оцениваемая через соотношение деревьев разных категорий состояния, с указанием их породы, ступеней толщины, пораженности болезнями, поврежденности вредителями и прочими неблагоприятными факторами воздействия. Категория состояния каждого отдельного дерева интегрально отражает степень его жизнеспособности через сумму биоморфологических признаков: густота кроны, поврежденность листвы фитофагами и патогенами (филлотрофами), некрозами неинфекционного характера, выраженность дехромаций, размеры листвы, наличие в кроне сухих ветвей. Пораженность древостоя болезнями и поврежденность вредителями характеризуется экологической плотностью или встречаемостью вредителя или патогена, и степенью развития очагов вредителей и болезней (как инфекционного, так и неинфекционного характера), она измеряется в относительных или абсолютных единицах
Оценка состояния естественного возобновления и подлесочного яруса важна для прогноза развития фитоценоза и характера возможных сукцессионных смен. Традиционные при лесоводственно-геоботаническом мониторинге учеты по породному составу, происхождению, группам высот, густоте, приросту необходимо сочетать с детальным обследованием подроста с оценкой растений по категориям состояния и поврежденности (пораженности) фитофагами из числа беспозвоночных и позвоночных животных, болезнями, абиотическими факторами. Периодические учеты такого рода позволяют оценить успешность естественного возобновления, выявить виды, имеющие значение для эндогенных сукцессий лесных сообществ.
Геоботанические описания - описание травяно-кустарничкового яруса и напочвенного покрова с комбинированной оценкой обилия покрытия и анализом структуры эколого-фитоценотических групп видов. Использование индикационных свойств этого компонента фитоценоза позволяет охарактеризовать лесотипологические особенности экотопа и оценить степень его рекреагенной нарушенности. Наблюдения за изменения-
ми геоботанических характеристик лесного сообщества можно успешно совместить с мониторингом видов растений, имеющих природоохранный статус или претендующих на его присвоение (например, для подготовки региональной Красной книги или других природоохранных кадастров и т.п.)
Оценка структурного разнообразия лесных биогеоценозов целесообразна на лесных участках городских ООПТ для индикации степени сохранности лесной среды, оценки природоохранной ценности лесных биогеоценозов и эффективности проводимых на территории природоохранных мероприятий [5].
Регулярный мониторинг территории предполагает размещение сети пунктов постоянных наблюдений таким образом, чтобы получить наиболее полную картину пространственно распределенной информации. Поэтому при проектировании мониторинговой сети в условиях городского лесного массива наиболее целесообразен метод послойно-ландшафтной выборки с максимально равномерным размещением пробных площадей.
Показатели состояния абиотической среды
Значения параметров абиотической среды в условиях лесного городского массива можно оценивать как с позиций безопасности для лесных биоценозов, так и с позиций санитарно-гигиенического подхода. Последний значим с точки зрения пригодности территории для рекреационного использования.
Наиболее важным экологическим критерием для урбанизированной территории является загрязнение атмосферного воздуха. В условиях московского мегаполиса зоны устойчивого атмосферного неблагополучия приурочены к автомагистралям (в других городах могут быть очерчены и зоны влияния промышленных предприятий, загрязняющих атмосферу), и вопрос в том, как далеко заходит их влияние вглубь лесных массивов. Поэтому мониторинг предполагает организацию пространственно равномерной сети отбора проб. Однако в связи с особенностями режима охраны на городских ООПТ в соответствии с законодательством, ограничена или запреще-
142
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
на организация электрифицированных стационарных постов наблюдения и проведение маршрутных наблюдений с использованием транспортных средств. Сравнительно дешевые способы «пассивной дозиметрии», основанные на естественных процессах «сухого» осаждения примесей из воздуха, позволяют проводить наблюдения на любых участках ООПТ и значительно расширить зону наблюдения за состоянием атмосферного воздуха. В наших исследованиях использовался разработанный в РХТУ имени Д.И. Менделеева метод определения загрязнения воздуха по интенсивности осаждения примесей на искусственную поглощающую поверхность [6]. Данный метод может быть использован для определения средней за период экспозиции концентрации таких фитотоксичных и типичных для многих урбанизированных территорий примесей в воздухе, как оксиды азота, диоксид серы, соединения фтора и хлора.
Для условий московского мегаполиса приоритетным загрязнителем атмосферы является диоксид азота, поэтому в предлагаемой системе сбора экологической информации внимание уделено именно этой примеси в атмосфере. В качестве экологического индикатора целесообразно использовать значение среднесуточной концентрации диоксида азота.
Аналогичен и методический подход к оценке акустической составляющей абиотической среды в границах территории. Знания о локализации зон акустического дискомфорта необходимы, прежде всего, для рациональной организации рекреационного использования территории. В точках отбора проб в качестве параметра состояния акустической среды на территории с помощью шумомера определяли значение эквивалентного уровня звука.
Состояние абиотических компонентов целесообразно определять на ППН и временных пробных площадях по оценке состояния лесных биогеоценозов, а также на дополнительных точках отбора проб с целью наиболее равномерного охвата территории. В наших исследованиях сеть обора проб на обследуемых территориях размещали с таким расчетом, чтобы расстояние между контрольными точками составляло около 50 м.
Для всех позиций обследования разработаны специальные учетные формы, зафиксированная в них информация вводится в БД в виде электронных таблиц.
В базу данных целесообразно загрузить:
1. Паспорта ППН.
2. Ведомости энтомо-фитопатологи-ческого обследования деревьев.
3. Ведомости учета естественного возобновления.
4. Результаты учета элементов структурного разнообразия лесных биогеоценозов.
3. Данные химического мониторинга атмосферного воздуха.
4. Данные акустического обследования.
5. Картографические материалы.
СВЕРТЫВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
Сложность структуры лесных экосистем, разнообразие антропогенных воздействий на природную среду и полифункциональность лесных экосистем в урбанизированных условиях создают объективные предпосылки необходимости многокритериальной оценки состояния экосистем.
Полученная в результате мониторинга разнообразная экологическая информация нуждается в обобщении. Эту задачу можно решить с помощью специальной процедуры свертывания информации, предполагающей, что из явно сформулированных критериев осуществляется выбор или конструирование наиболее информативных переменных - индексов. Последние представляют собой результирующие показатели состояния и (или) функционирования экосистемы, интегрируя в своем значении множества параметров. В работе [7] рассмотрены формы и методы получения экологических индексов, приведена их классификационная схема индексов состояния экосистемы. В практике мониторинга абиотических сред подобные индексы используются давно, что связано многокомпонентной природой загрязнений. В биоэкологии примером являются индексы видового разнообразия [8].
В работах [5, 9, 10] обоснованы методики сбора информации, алгоритмы вычисления и приведены результаты применения
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
143
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
двух интегральных биотических показателей для лесных экосистем - индекса состояния древостоя и индекса структурного разнообразия. Первый дает представление о жизнеспособности главного компонента лесного сообщества - древостоя и соответственно дает косвенное представление о биологической продуктивности и экологической ассимилятивной способности исследуемого участка леса. Второй - отражает степень сохранности лесной среды и лесного нативного биоразнообразия. Индексы состояния древостоя и структурного разнообразия мы предлагаем использовать в качестве экологических индикаторов биотического компонента лесных экосистем городских ООПТ в рамках ЭИС.
ИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
Индексы и натуральные значения параметров окружающей среды становятся экологическими индикаторами в том случае, когда их значения нормированы, и поэтому для обеспечения поддержки принятия решения необходим этап работы, позволяющий соотнести получаемые результаты со шкалой «хорошо - плохо».
В работах [11, 12] обоснована и продемонстрирована возможность индикации состояния биотических и абиотических компонентов экосистем городских лесов с помощью метода функций желательности (МФЖ).
МФЖ является одним из подходов к формализации субъективных неопределенностей в многокритериальных задачах метод построения обобщенной функции желательности (МФЖ), предложенный С. Харрингтоном (1965). Он представляет собой математический инструментарий перевода реальных значений параметров в единую безразмерную числовую шкалу с фиксированными границами от 0 до 1 и последующего отображения частных количественных шкал в обобщенные шкалы критериев качества. Для преобразования частных откликов (рядов наблюдаемых значений параметров) в частные функции желательности используется экспоненциальная зависимость d = exp(- exp{-y }), гдеy’- кодированное значение признака. Она имеет несколько критичес-
ких точек (ординаты точек перегиба, или базовые точки - в 0,2; 0,37; 0,63; 0,8, что позволяет задавать границы градаций желательности не произвольным, а строгим образом). Это дает возможность не только оценить абсолютные величины показателей, но и выявить, насколько они близки к области ухудшения, руководствуясь строгими интервальными диапазонами: от 0 до 0,20 («очень плохо»); от 0,20 до 0,37 («плохо»); от 0,37 до 0,63 («удовлетворительно»); от 0, 63 до 0,80 («хорошо»); от 0,80 до 1,0 («очень хорошо»). Задача исследователя в этом случае - выбрать из каждого ряда значений наблюдаемых параметров или индикаторных характеристик по два значения и наилучшим образом подобрать им в соответствие значения из ряда базовых точек функции желательности (желательностей отклика). По этим точкам строятся уравнения частных функций желательности. Затем проводится построение обобщенного отклика, задаваемого как среднее геометрическое частных желательностей d
где d - частная функция желательности (i =\^n).
Для обоснования выбора значений биотических индикаторов (табл. 1), соответствующих базовым значениям функции желательности, использованы результаты анализа значений биотических индексов, полученных на основе обработки массива данных специально заложенных постоянных и временных пробных площадей в лесных биогеоценозах в различных типах леса с разной степенью антропогенной трансформации - от заповедных участков до городских парков [12].
В случае c абиотическими индикаторами - среднесуточной концентрацией диоксида азота и значением эквивалентного уровня звука - руководствовались утвержденными санитарно-гигиеническими нормативами [13-16, 21, 22] и провели анализ опубликованных результатов экспертных исследований в лесных экосистемах в фоновых условиях и в зонах техногенного воздействия [17-20].
На основе базовых точек были получены уравнения, пользуясь которыми можно нормировать натуральные значения экологических индикаторов:
\44
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Таблица 1
Базовые значения функций желательности и соответствующие значения натуральных значений критериев Baseline values desirability functions and the corresponding values of the natural values of the criteria
Экологические индикаторы Базовые значения Экспертные значения
(критерии оптимизации) функции желательности индикаторов
Индекс состояния древостоя 0,8 (хорошо) 0,2 (плохо) 9.0 4.0
Индекс структурного разнообразия 0,8 (хорошо) 0,2 (плохо) 1,85 1,45
Уровень акустического загрязнения, дБА 0,8 (хорошо) 0,2 (плохо 40 80
Концентрация NO2 0,8 (хорошо) 0,02
в атмосферном воздухе, мг/м3 0,2 (плохо) 0,085
Таблица 2
Интервальные оценки значений экологических индикаторов городских лесов Interval estimates of the values of environmental indicators of urban forests
Количественные отметки на шкале желательности и желательность значения отклика Индекс структурного разнообразия Hstr Индекс состояния древостоя Id Эквивалентный уровень звука, L, дБА Концетрация NO2 , мг/м3
От 0,80 до 1.0: очень хорошо (very good= excellent) От 1,85 и более 9,0-10,0 40 и менее 0,02 и менее
От 0,63 до 0,80: хорошо(^оос1) От 1,70 до 1,85 7,16-9,0 40-55 0,02-0,044-
От 0,37 до 0,63: посредственно (mediocre) От 1,55 до 1,70 5,22-7,16 55-70 0,044-0,069
От 0,20 до 0,37: плохо (bad= borderline) От 1,45 до 1,55 4,0- 5,22 70-80 0,069-0,085
От 0 до 0,20: очень плохо (unacceptable = very bad) До 1,45 0-4,0 80 и более 0,085 и более
- для значений индекса структурного разнообразия d1 = exp[-exp(7,639 - 4,940 y2)];
- для индекса состояния древостоя d2 = exp[-exp(2,063 - 0,395 y^];
- для эквивалентного уровня звука d3 = exp[-exp(-3,476+0,049 y3)];
- для концентрации диоксида азота в воздухе d4 = exp[-exp(-2,108 +30,400 y4).
На основе этих уравнений, используя шкалу Харрингтона, можно найти интервальные оценки значений индикаторов (табл. 2), с помощью которых можно осуществлять процедуру экологической оценки.
Применение алгоритмов вычисления и нормирования значений экологических индикаторов, построения частных и обобщенных критериев качества экосистем в данном случае представляет собой нетрадиционную задачу, для решения которой использование стандартных пакетов прикладных программ
представляется довольно трудоемким. Поэтому логична потребность в разработке специального программного обеспечения.
Для автоматизации расчетов и многокритериальной оценки разработана программа «URBAN FOREST 3.0». Она написана на кроссплатформенном языке Java. Программа разбита на отдельные классы, содержащие логически сходные функции или объекты (рис. 1). Приложение может работать как в онлайновом режиме, так и локально на компьютере. Предусмотрена возможность запуска программы на различных операционных системах. Программа обеспечивает быстроту расчетов и минимизацию погрешностей вычислений. Исходные данные и результаты расчетов сохраняются в файл с расширением «.csv» для дальнейшей работы с БД в Microsoft Office Access.
В расчетной части программы собраны поля ввода, комбинированные списки,
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 1/2015
145
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Fig. 1. Architecture «URBAN FOREST»
разбитые на тематические группы (пять локаций) и кнопки (рис. 2-6).
После проведения расчетов необходимо сохранить исходные данные и результаты расчетов в базу данных. Для этого предусмотрена кнопка «Сохранить». Сохранение происходит в формате «.csv», далее данный файл можно открыть в программе Microsoft Office Access. При открытии сформируется табличное представление исходных данных и результатов расчетов.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Форма представления полученных результатов в адрес лиц, принимающих решения (ЛИР), зависит от специфики категории последних. Круг потребителей информации о состоянии городской ООПТ не ограничивается только специалистами конкретного природоохранного учреждения: экологические данные могут быть востребованы различными специалистами и управленцами на муниципальном и на городском уровнях. В настоящее время
возможности ГИС-технологий во многом позволяют облегчить задачу представления экологической информации в адрес ЛПР различных категорий, и уже не требует обоснования положение, что ЭИС, связанная с обработкой пространственно распределенной информации, должна включать программные средства картографического анализа.
На рис. 7. (с. 149) представлены результаты визуализации экологического состояния модельной территории - городского лесного массива «Троекуровский лес» (часть комплексного природного заказника «Долина реки Сетунь»). Для обработки результатов мониторинга использованы программа «URBAN FOREST» и программа картографического анализа Golden Software Surfer 11.
Интегральная оценка и картографирование экологического состояния территории с помощью ЭИС на основе регулярных мониторинговых исследований должны повысить результативность природоохранных решений. Прежде всего, это касается природоохранно-
146
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 2. Локация № 1 «UF 3.0 - Состояние древостоя» Fig. 2. Location number 1 «UF 3.0 - Status of the stand»
Рис. 3. Локация № 2 «UF 3.0 - Структурное разнообразие» Fig. 3. Location number 2 «UF 3.0 - Structural diversity»
Рис. 4. Локация № 3 «UF 3.0 -Акустическое загрязнение» Fig. 4. Location number 3 «UF 3.0 acoustically pollution»
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
147
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 5. Локация № 4 «UF 3.0 - Загрязнение воздуха» Fig. 5. Location number 4 «UF 3.0 - Air pollution»
Рис. 6. Локация № 5 «UF 3.0 - Настройки» Fig. 6. Location number 5 «UF 3.0 - Settings»
го планирования внутреннего пространства ООПТ и организации экологически обоснованного благоустройства. Так, визуализированные результаты оценки состояния лесного биоразнообразия на основе значений индекса структурного разнообразия, нормированных по шкале желательности (табл. 2), свидетельствуют, что преобладающая часть территории Троекуровского леса характеризуется довольно высоким для урбанизированных условий уровнем сохранности лесной среды. Следовательно, природоохранная функция этой ООПТ имеет большое значение для города. Состояние акустической среды (белые изолинии на карте), если оперировать значениями функций желательности, полученными по
результатам полевых измерений, находится в поле удовлетворительных значений, и, следовательно, территория пригодна для рекреационного использования. Значит необходимо пойти по пути организации экологически обоснованного благоустройства территории лесного массива, способствующего локализации участков с полноценной биоценоти-ческой структурой. Наиболее эффективным способом использования такой территории представляется организация экологических троп, т.е. своего рода познавательная рекреация.
Выявление экологической ситуации, постановка диагноза на основе представляемых фактов, формулирование решения
148
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Рис. 7. Сохранность лесной среды и уровень акустического комфорта в границах городского лесного массива «Троекуровский лес»
Fig. 7. Save the forest environment and the level of acoustic comfort in the boundaries of the urban forest «Troekurov Forest»
или выдача рекомендаций для выбора плана дальнейших действий - это спектр задач, решаемых в рамках экологической экспертной системы [2]. Считается, что структура экспертной системы определяется следующими модулями:
1. Временные базы данных, предназначенные для хранения исходных и промежуточных данных текущей задачи.
2. Базы знаний, предназначенные для хранения долгосрочных сведений /фактов/ и правил манипулирования данными.
3. Решатель /база программ/, реализующий последовательность правил для решения конкретной задачи на основе информации, хранящейся в базах знаний и базах данных.
4. Компонент приобретения знаний, автоматизирующий процесс наполнения базы знаний.
5. Объяснительный компонент, формирующий пояснения о том, как система решала поставленную задачу.
ЭИС для городской ООПТ в представленной в настоящей статье концепции, хотя и не в полной мере, но обладает качествами экспертной системы (можно сказать, что это экспертная система своего рода «облегченного типа»). Мы имеем вычислительную систему, в которую включены знания специалистов о некоторой узкой предметной области в форме базы знаний. Решения системы обладают прозрачностью, т.е. объясняются пользователю на качественном уровне (в отличие от решений, полученных с помощью числовых алгоритмов, и, в особенности, от решений, полученных статистическими методами). Компьютерными средствами воспроизводится методика решения задачи - в данном случае это интегральная оценка состояния экосистем. Такая ЭИС может стать специальной подсистемой ЭИС регионального уровня.
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
149
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Библиографический список
1. Шитиков, В.К. Интеллектуальная технология структурного анализа экологических систем: дите ... д-ра. биол. наук в форме научного доклада: 03.00.16.: защищена 02.02.2007 / В.К. Шитиков. - Тольятти, 2006.- 51 с.
2. Растоскуев, В.В. Информационные технологии экологической безопасности: интерактивное учебное пособие / В.В. Растоскуев.- http://loi.sscc.ru/gis/ecoinf
3. Беднова, О.В. Концепция экологической сети на урбанизированной территории // О.В. Беднова, А.А.Лихачев // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2013. - № 6 (98).
- С. 131-142.
4. Рысин, Л.П. Мониторинг рекреационных лесов / Л.П. Ры-син [и др.]. - Л.-М.: ОНТИ ПНЦ РАН, 2003.- С. 20-31.
5. Беднова, О.В. Структурное разнообразие лесных экосистем как индикатор их нарушенности и основа для природоохранного планирования // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - М.: МГУЛ, 2012. - № 9 (92 ). - С. 16-29.
6. Кузнецов, В.А. Разработка способов интегральной оценки влияния городов на состояние окружающей среды и технических решений по минимизации приоритетных факторов химического воздействия: дисс. ... д-ра. техн. наук: 03.00.16 / В.А. Кузнецов. - М., 2009.- 394 с.
7. Воробейчик, Е.Л. Экологическое нормирование техногенных загрязнений / Е.Л Воробейчик, О.Ф. Садыков, М.Г Фарафонов. - Екатеринбург: Наука, 1994.- 280 с.
8. Мэгарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. пер. с англ. / Э. Мэгарран. - М.: Мир, 1993.- 181 с.
9. Беднова О.В. Мониторинг биоразнообразия лесных и ур-боэкосистем / О.В. Беднова // Мониторинг состояния лесных и городских экосистем. - М.: МГУЛ, 2004. - С. 39-51.
10. Мозолевская, Е.Г.Информационное обеспечение урбо-мониторинга / Е.Г.Мозолевская // Мониторинг состояния лесных и городских экосистем. - М.: МГУЛ, 2004.
- С. 108-112.
11. Беднова, О.В. К алгоритму оптимизации многокритериальной оценки состояния лесных экосистем на урбанизированных территориях // О.В. Беднова, В.А. Кузнецов XIII Международная научно-техническая Интернетконференция «Лес-2012» /http:// science-bsea.narod.ru.
12. Беднова, О.В. Метод индикации и оценки рекреагенных изменений в лесных биогеоценозах // Вестник МГУЛ -Лесной вестник. - М.: МГУЛ, 2013. - № 7 (99). - С. 77-88.
13. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. ГН 2.1.6.1338-03. Утверждены Главным государс-
твенным санитарным врачом Российской Федерации 21 мая 2003 г. Введены в действие с 25 июня 2003 г.
14. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Дополнения и изменения 2 к ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест» Утверждены Руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Главный государственный санитарный врач Российской Федерации 3 ноября 2005 г, Введены в действие с 1 февраля 2006 г.
15. Санитарные нормы СН 2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Утверждены Постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996. № 36.
16. Методические рекомендации. Диагностика, экспертиза трудоспособности и профилактика профессиональной сенсоневральной тугоухости. Письмо Министерства здравоохранения РФ от 6 ноября 2012 г. № 14-1/10/2-3508 «О направлении Методических рекомендаций «Диагностика, экспертиза трудоспособности и профилактика профессиональной сенсоневральной тугоухости» http://www.gamnt.ru/products/ipo/prme/doc/]01696.
17. Мартынюк, А.А. Опыт нормирования техногенного воздействия на леса / А.А. Мартынюк, Ю.В. Боронин, А.Н. Жидков, А.В. Костенко // Экология, мониторинг и рациональное природопользование.- М.: МГУЛ, 1998.- С. 96-106.
18. Николаевский, В.С. Временные экологические нормативы допустимого загрязнения воздуха для растительности / В.С. Николаевский, Х.Г. Якубов // Мониторинг и оценка состояния растиетельного покрова.- Минск: Право и экономика, 2003.- С. 82-83.
19. Мартынюк, А.А. Сосновые экосистемы в условиях аэротехногенного загрязнения / А.А. Мартынюк.- М.: ВНИИЛМ, 2004.-160 с.
20. Балычев, В.Д. Роль защитных лесных насаждений Нижнего Поволжья в регулировании шума дисс... канд. с-х наук: : 06.03.04 / В.Д. Балычев. - Волгоград, 2005. - 245 с.
21. Ministry of the Environment and Climate Change.:
http://www. ontario.ca/ministry-environment; http://www.
airqualityontario.com/science/pollutants/nitrogen.php
22. Air Quality for particulate matter, Ozone, Nitrogen Dioxide, Sulfur Dioxide-WHO.-2006. [Электронный ресурс]. http://www.euro.who.int/Document/E81950.pdf.
INFORMATION AND ANALYTICAL SUPPORT OF THE FOREST ECOSYSTEMS MONITORING ON ESPECIALLY PROTECTED NATURAL AREAS IN THE CITIES
Bednova O.V., Assoc. Prof. MSFU, Ph.D (Biol.); Kuznetsov V.A., Prof. UNESCO’s «Green Chemistry for Sustainable Development» D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Dr. Sci. (Tech.); Andrushin Y.Y., Higher College of wildlife at D. Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia
[email protected], [email protected]
Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia, D. Mendeleyev University
of Chemical Technology of Russia, 9 Miusskaya square, Moscow 125047, Russia The paper presents the results of the development of information and analytical support for the forest ecosystems monitoring in the urban areas and its tests in the protected areas of Moscow. This development is the basis of an ecological information system for the local level. Ecological information systems usually include three levels, aimed at solving various problems of monitoring and differing in the methods of environmental information processing. The upper level consists of software modules for decision support, medium - software for a systematic analysis of the environment state information and the bottom - the processing of the primary environmental information. In this case, the primary information about the state
150
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
offorest ecosystems is systematized in the following blocks: the state of tree stand; the state of undergrowth, geobotanical description; structural diversity. As the parameters of the abiotic component air pollution levels and equivalent sound level were fixed. Primary ecological information is entered into the database in the form of spreadsheets. Information on the status of the biotic component is generalized using integral indices - the index of the tree stand state and the index of structural diversity.
The standardization and indication algorithms of the biotic indices and abiotic parameters have been developed on the basis of the Harrington method offunctions desirability. On this basis, a computer program «Urban Forest» has been designed. An example the of cartographic analysis by the proposed environmental indicators is demonstrated.
Keywords: forest ecosystems, urban specially protected natural areas, ecological multicriteria assessment, ecological information system.
References
1. Shitikov V.K. Intellektual’naya tekhnologiya strukturnogo analiza ekologicheskikh system. Diss. dokt. biol nauk [ Intellectual technology of structural analysis of ecological systems Dr. boil. sci. diss.]. Tolyatti, 2006. 51 p.
2. Rastoskuev V.V. Informatsionnye tekhnologii ekologicheskoy bezopasnosti.[Information Technology for Ecological Safety] Available at: http://loi.sscc.ru/gis/ecoinf (accessed 15 September 2014)
3. Bednova O.V., Likhachev A.A. Kontseptsiya ekologicheskoy seti na urbanizirovannoy territorii [The concept of an ecological network in the urban area]. Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik, 2013, № 6 (98). pp. 131-142.
4. Rysin L.P. Monitoring rekreatsionnykh lesov [Monitoring of recreational forests]. Moscow. ONTI of RSA. Publ, 2003. 168 p.
5. Bednova O.V. Strukturnoe raznoobrazie lesnykh ekosistem dlya kak indikator ikh narushennosti i osnova dlyaprirodookhrannogo planirovaniya [Structural diversity in forest ecosystems as indicator of their disturbance and basis for nature-conservation zoning on the urban protected natural areas] Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik, 2012, № 9 (92 ). pp. 16-29.
6. Kuznetsov V A. Razrabotka sposobov integral’noy otsenki vliyaniya gorodov na sostoyanie okruzhayushchey sredy i tekhnicheskikh resheniy po minimizatsiiprioritetnykh faktorov khimicheskogo vozdeystviya. Diss. dokt. tech nauk..[Development of integrated assessment methods of the cities impact on the environment and technical solutions to minimize the priorities for chemical influence. Dr. tech. sci. diss.] Moscow, 2009. 394 p.
7. Vorobeychik E.L., Sadykov O.F., Farafonov M.G. Ekologicheskoe normirovanie tekhnogennykh zagryazneniy [Ecologocal standartization of terrestrial ecosystems technogenic pollution]. Ekaterinburg. Nauka, 1994. Publ. 280 p.
8. Megarran E. Ekologicheskoe raznoobrazie i ego izmerenie [Ecological diversity and its measurement]. Moscow. Mir Publ., 1993. 181 p.
9. Bednova O.V. Monitoring bioraznoobraziya lesnykh i urboekosistem [Monitoring of biodiversity in forest and urban ecosystems]. Monitoring sostoyaniya lesnykh i gorodskikh ekosistem [Monitoring of forest and urban ecosystems]. Moscow: MSFU. Publ., 2004.pp. 39-51.
10. Mozolevskaya E.G.Informatsionnoe obespechenie urbomonitoringa [Information support of urban ecosystems monitoring]. Monitoring sostoyaniya lesnykh i gorodskikh ekosistem: MSFU. Publ., 2004.pp. 108-112.
11. Bednova O.V Kuznetsov V.A., K algoritmu optimizatsii mnogokriterial’noy otsenki sostoyaniya lesnykh ekosistem na urbanizirovannykh territoriyakh [Optimization algorithm of multicriteria evaluayion of forest ecosystems in urban areas] XIII Mezhdunarodnaya nauchno-tekhnicheskoy Internet- konferentsii «Les-2012» [International scientific and technical online-conference «Forest 2012»] Available at: http: //science-bsea.narod.ru (accessed 15 September 2014)
12. Bednova O.V. Metod indikatsii i otsenki rekreagennykh izmeneniy v lesnykh biogeotsenozakh [The method of changes assessment in recreation forests] Moscow state forest university bulletin - Lesnoj vestnik, 2013, № 7 (99). pp. 77-88.
13. Predel’no dopustimye kontsentratsii (PDK) zagryaznyayushchikh veshchestv v atmosfernom vozdukhe naselennykh mest. GN
2.1.6.1338- 03 [Maximum allowable concentration (MAC) of pollutants in the ambient air of populated areas. State norms
2.1.6.1338- 03].
14. Predel’no dopustimye kontsentratsii (PDK) zagryaznyayushchikh veshchestv v atmosfernom vozdukhe naselennykh mest. Dopolneniya i izmeneniya 2 k GN 2.1.6.1338-03 [Maximum allowable concentration (MAC) of pollutants in the ambient air of populated areas. Additions and changes to GN 2.1.6.1338-03].
15. SanitarnyenormySN2.4/2. 2.1.6.1338-03 1.8.562-96 «Shumnarabochikhmestakh, v pomeshcheniyakhzhilykh, obshchestvennykh zdaniy i na territorii zhiloy zastroyki» [Sanitary norms SN 2.4/2. 2.1.6.1338-03 1.8.562-96 «The noise in the workplace, in residential and public buildings and residential areas]
16. Metodicheskie rekomendatsii Diagnostika, ekspertiza trudosposobnosti i profilaktika professional’noy sensonevral’noy tugoukhosti. [Assessment and prevention of occupational disability sensorineural hearing loss]. Available at: http://www.garant. ru/products/ipo/prime/doc/701696.
17. Martynyuk A.A Boronin Y.V., Zhidkov A.N., Kostenko A.V. Opyt normirovaniya tekhnogennogo vozdeystviya na lesa [Normalization of anthropogenic impacts on forests]. Ekologiya, monitoring i ratsional’noeprirodopol’zovanie. [Environmental, monitoring and environmental management]. Moscow: MSFU Publ. 1998. pp 96-106.
18. Nikolaevskiy V.S., Yakubov Kh.G . Vremennye ekologichesktie normativy dopustimogo zagryazneniya vozdukha dlya rastitel’nosti [Temporary ecological standards of permissible air pollution on vegetation] Monitoring i otsenka sostoyaniya rastietel’nogo pokrova.[ Monitoring and evaluation of vegetation].Minsk. Pravo i ekonomika Publ., 2003. pp 82-83.
19. Martynyuk A.A. Sosnovye ekosistemy v usloviyakh aerotekhnogennogo zagryazneniya [Pine ecosystems in conditionals of environmental contamination] Moscow. VNIILM Publ, 2004.160 p.
20. Balychev V.D. Rol ’zashchitnykh lesnykh nasazhdeniy Nizhnego Povolzh ’ya v regulirovanii shum. Diss. kand. s-kh .nauk [The role of protective forest plantations in the Lower Volga region for the regulation of noise. Dr. agric. sci. diss]. Volgograd, 2005. 245 p.
21. Ministry of the Environment and Climate Change. Official website. Available at http://www.airqualityontario.com/science/ pollutants/nitrogen.php (accessed 15 September 2014)
22. 22 Air Quality for particulate matter, Ozone, Nitrogen Dioxide, Sulfur Dioxide.WHO,2006. Available at http://www.euro.who. int/Document/E87950.pdf. (accessed 15 September 2014)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
151
