CC BY
1068
Terra Humana
УДК 577.4 ББК 28.8
В.В. Дмитриев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛьНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ СОСТОЯНИЯ природного объекта как сложной системы
Рассматриваются сложные системы в природе и обществе, их количественная оценка на основе единичных, комплексных, многокритериальных и интегральных оценок. Обсуждаются методы свертывания информации о состоянии сложной системы, индексы состояния и их классификация. Предлагается подход к оценке состояния природного объекта или окружающей человека антропогенно-трансформированной среды; к экологической оценке по совокупности параметров с учетом неполных и неточных знаний об их важности и приоритетности оценивания. Рассматриваются этапы построения интегральных показателей состояния природного объекта, экосистемы на основе моделей-классификаций.
Ключевые слова:
геоэкология, интегральная оценка, оценка, сложная система, экологическая оценка
Важнейшими проблемами, стоящими перед географией и современной междисциплинарной областью исследования, названной геоэкологией, являются оценка состояния социо-, гео-, урба-, этно-, экосистем различного иерархического уровня, установление законов, по которым они развиваются, оценка тенденций их изменения, прогнозирование динамики их поведения. В этом ряду исследование взаимодействия между природными и общественными территориальными системами является частью перечня проблем в природе и обществе, которые предстоит изучать географам.
В настоящей статье речь пойдет о специфике сложных систем в природе и обществе, о том, как количественно оценить состояние природного объекта или окружающей человека антропогенно-трансформированной среды или их отдельных свойств по совокупности параметров с учетом неполных и неточных знаний об их важности и приоритетности оценивания.
В общении с экологами, географами часто вызывает затруднение определение ими понятия оценка состояния гео-/эко-/социо- и др. системы. Непросто бывает ответить на вопросы, как оценить состояние сложной системы, чем оценка отличается от экологической оценки, что такое геоэкологическая оценка, что такое экологическая проблема или экологическая ситуация и т.д. Эти вопросы зачастую вызывают дискуссию и у коллег - экологов, геоэкологов, природопользователей, которые отвечают на них по-разному. Одни ставят знак равенства между оценкой качества среды и экологической оценкой, другие предлагают свои определения, исходя из опыта или научной школы, с учетом того, что каждая наука имеет свой объект, цель и специфический метод исследования. Рассмотрим основополагающие определения, с помощью которых можно ответить на эти вопросы.
По академику А.А. Дородницину [10], в развитии любой науки присутствуют описательный и точный периоды. Описательный период включает следующие этапы: 1 - накопление информации об объектах, которые изучаются данной наукой. Одновременно или с небольшим опозданием начинается этап 2 - процесс упорядочивания - классификация объектов с целью облегчения их анализа. Затем следует этап 3 - установление эмпирических качественных и количественных связей и соотношений между объектами. После этого «описательного» периода начинается математическое моделирование процессов, явлений, объектов, систем на основе выделения существенных переменных, свойств (величин) исследуемого явления. Так появляются следующие этапы: 4 - установление величин,
5 - математическое моделирование, 6 - установление связей и соотношений (уже не на основе этапа 3, а на основе результатов моделирования). Таким образом, реализуется переход от моделирования к целям преобразования. Модель выступает в качестве инструмента преобразования изучаемой системы.
Все названные задачи актуальны для мониторинга окружающей человека природной и антропогенно-трансформированной среды, геоэкологических аспектов устойчивого (сбалансированного) глобального и регионального развития, для разработки и совершенствования государственного нормирования и стандартов в природопользовании, в оценке состояния окружающей среды.
Какие же системы изучаются в современных физической, экономической и социальной географии, геоэкологии и смежных науках? Не претендуя на полноту и всеобъемлющий характер учета состава и факторов, определяющих структуру и поведение систем, рассмотрим основные типы сложных систем в природе и обществе через условные «формулы», использующие родовое понятие «система» (табл.1). Основные структурные единицы географии, экологии, их определения и «формулы», использующиеся в эколого-географических исследованиях приведены нами ранее [6].
Для лучшего понимания такого рода трудностей, часто возникающих в использовании одних и тех же терминов в разных областях исследований, уместно упомянуть системологический принцип иерархической организации или принцип интегративных уровней [14]. Этот принцип позволяет обозреть все многообразие окружающей природы и соподчинить друг другу как естественные, так и искусственные системы. Обобщая ряд исследований в этом направлении, Г.С. Розенберг привел примеры нескольких последовательно возникших иерархий (физической, геологической, биологической, социальной, технической) [9]. То же и с «геосистемой», которая, как понятие используется геологами и географами в геологической и географической (физико-географической) иерархиях (и ими же до сих пор иногда трактуется п-разному); и с этносом, который должен присутствовать в социальной, биологической, географической иерархиях.
Принцип иерархической организации оказывается весьма полезным при изучении сложных систем. Он широко используется при их моделировании в виде рекурентного принципа построения моделей, когда свойства систем некоторого уровня иерархии выводятся на основе известных свойств и связей их подсистем, т.е. систем непосредственно нижестоящего уровня.
Современная география изучает процессы (зачастую необратимые) и явления в географической оболочке Земли и социальной сфер;, анализирует свойства объектов биокосной и живой природы (многих иерархий) и систем, находящихся вдали от состояний равновесия, и существенно нелинейные процессы эволюции этих систем; рассматривает такие процессы, когда при определенных условиях
Среда обитания
Terra Humana
внутренние или внешние флуктуации могут привести системы к направленным изменениям, к возникновению различных новых относительно устойчивых структур, а не просто к прежнему состоянию равновесия. Поэтому назрела пора вооружить географию новыми методами системных исследований. К этому добавим, что, ставя во главу угла исследование взаимодействия между природными и общественными территориальными системами, современный географ объективно должен быть подготовленным к решению современных проблем в природе и обществе как географ-эколог.
Таблица 1
«Формулы», использующие родовое понятие «система»
Экосистема = биоценоз + биотоп
Водная экосистема = водный биоценоз + водный биотоп
Геосистема, геоэкосистема = биоценоз(ы) + физико-географическая среда + население
Водная геосистема, водная геоэкосистема = водный биоценоз (водные биоценозы) + физико-географическая водная среда + население (как пользователь ресурсов водных объектов)
Урбасистема = антропогенно-трансформированные (биоценоз(ы) + физико-географическая среда) + население + архитектурностроительные объекты Или
Урбасистема = антропогенно-трансформированные геосистемы + архитектурно-строительные объекты
Социосистема, социоэкосистема = биоценоз(ы) + физико-географическая
среда + население + экономика + культура + политика
Или
Социосистема (социоэкосистема) = геосистема (геоэкосистема) + экономика + культура + политика
Этносистема, этноэкосистема = биоценоз(ы) + физико-географическая
среда + этнос + экономика + культура + политика
Или
Этносистема (этноэкосистема) = геосистема (геоэкосистема) одного этноса + экономика + культура одного этноса + политика
Таким образом, понятия этносистема, этноэкосистема парциальны по отношению к понятиям социосистема, социоэкосистема. Это их подсистемы. В глобальном смысле это наверняка. В региональном отношении они в принципе могут совпадать, если региональная социосистема является системой одного этноса.
Экологическая проблема, экологическая ситуация, качество среды. Проблема - в широком смысле - сложный теоретический или практический вопрос, требующий изучения, разрешения. В науке проблема есть противоречивая ситуация, выступающая в виде противоположных позиций в объяснении каких-либо явлений, объектов, процессов и требующая адекватной теории для ее разреше-
ния. Ситуация - сочетание условий (факторов) и обстоятельств, создающих определенную обстановку, положение. Таким образом, проблема в нашем понимании есть противоречивое сочетание и проявление факторов, условий и обстоятельств, создающих определенную обстановку. Так, например, под эколого-географически-ми (географо-экологическими) ситуациями нами понимаются различные (противоречивые) сочетания факторов природной или антропогенно-трансформированной среды, обусловливающие ее состояние (противоречие - в невозможности увязать воздействие хозяйственной деятельности на биоресурсы и экологические потребности общества), важные для здоровья, условий жизни и деятельности человека или сохранения видового разнообразия биосферы. В этом же смысле можно использовать термин экологическая ситуация, хотя ему нередко придается более узкий, сугубо биологический оттенок, характеризующий условия жизни отдельных биологических видов [7].
Качеством среды называют степень соответствия природных условий потребностям людей или других живых организмов. Качество окружающей среды (ОС) - относительное понятие. Одно и то же состояние природной системы может быть охарактеризовано как неодинаковое по качеству для различных видов ее использования человеком (антропоцентризм). Это же состояние системы в разной степени пригодно для жизни различных групп организмов (биоцентризм). Не трудно сформулировать определение качества среды с позиций экоцентризма или геоцентризма.
На практике при антропоцентрическом подходе под качеством среды понимается сочетание химического и биологического состава и физических свойств среды, определяющее ее пригодность для конкретных видов природопользования. К этому определению иногда добавляется необходимость соответствия требованиям охраны ОС. Применяемый до настоящего времени способ оценки качества среды основан на сопоставлении результатов определения в отдельных точках геопространства химического состава, физических свойств, биологических характеристик среды с соответствующими регламентированными показателями ее качества (санитарно-гигиенические, рыбохозяйственные ПДК и другие регламенты).
Методологические аспекты экологической и эколого-географической оценки природного объекта. Показатели, признаки, критерии оценочных исследований. Установление значимости многопараметрических природных объектов и их свойств и получение количественных значений оцененных параметров сопряжено с использованием таких понятий, как показатель, признак, критерий, совокупность, комплекс, система и производных от них, например, комплексная оценка, многокритериальная оценка и др.
Показателем (index, index figure, activity indicator, environmental indices) будем называть выраженную числом характеристику какого-либо свойства природного объекта, процесса или решения. Показатель включает в себя количественное значение и набор содержательных признаков (основных и дополнительных, разъясняющих). Показатели могут быть средними, предельными, объемными, безразмерными, относительными, сводными, интегральными и т.п.
Признак (attribute, feature, mark) - неоднозначная, способная изменяться величина, характеризуемая в процессе исследования. Признаки могут быть качественными и количественными, одномерными и многомерными, непрерывными и дискретными и др. Признаки используются как критерии классификаций, формирования шкал, составляющие списочного состава баз данных и т.п.
Среда обитания
Terra Humana
Критерий (criterion) - признак, на основании которого проводятся:
- оценка состояния природного объекта или его свойств (например, качества среды, трофности, благополучия, функционирования водной экосистемы и др.);
- классификация объектов, явлений, свойств;
- сравнение альтернатив (возможных вариантов решения задачи);
- сравнение адекватности различных решений при моделировании.
Критерий оптимальности (optimality criterion, оптимальный критерий) - частный случай признака, по которому функционирование системы признается наилучшим из возможных (в данных объективных условиях) вариантов ее функционирования.
Экологическим критерием будем называть признак, на основании которого проводится оценка, определение или классификация экологических систем, процессов и явлений [5].
Рассмотренные термины используются в комплексных и системных оценочных исследованиях.
Оценкой будем называть отношение субъекта (исследователя) к объекту оценивания (в нашем случае - экосистема, геосистема и др.), установление значимости для субъекта этого объекта в целом или отдельных его свойств на основе их соответствия определенным уровням или нормам. Последняя часть определения очень важна, так как сопоставление с некоторой нормой, уровнем, критической величиной какого-либо параметра (фон, ПДК, «критическая концентрация», «эффективная концентрация», «безопасная концентрация», оптимум и т.п.) позволяет выявить ценность - положительную или отрицательную значимость объектов окружающего мира или их свойств для живых организмов, в том числе для человека и общества. в понятие ценность можно включать также параметры и способы определения значимости объектов и их свойств. Таким образом, в основе определения значимости лежит представление о сложном (многопараметрическом) объекте, состояние которого описывается перечнем или системой исходных характеристик. Примерами таких многопараметрических объектов могут служить природные и антропогенно-трансформированные образования различного масштаба, их компоненты; естественные и искусственные экологические системы и т.д. Оцениваемым свойством (иногда говорят об оцениваемом качестве, поскольку по международному стандарту № 8402-86(94) качество есть совокупность характеристик, описывающих данный объект) может оказаться качество среды, устойчивость экосистемы, продуктивность, экологическое благополучие территории, ассимиляционная емкость системы и т.д. При этом исходные характеристики, определяющие уровень оцениваемого свойства, могут быть весьма многочисленны (число их зачастую доходит до многих десятков наименований) [7].
Формой и начальным этапом выражения отношения субъекта-исследо-вателя к объекту оценивания может служить диагностический анализ или диагностика природного или антропогенно-трансформированного объекта (системы). Диагностика включает в себя рекогносцировочное выявление достоинств (положительная значимость) и недостатков (отрицательная значимость) объекта (системы), его отдельных свойств, интервалов их естественного колебания, структуры и режимов функционирования на основе анализа параметров состояния и их критических значений. Диагностический анализ (диагностика) природного объекта (его свойств) чаще всего сводится к установлению отличительных особенностей и элементов его режимов, продуктивнос-
ти, токсического загрязнения, способности сохранять свои свойства и функци- 151 онировать в условиях антропогенных воздействий и изменения качества среды в целом, применительно к запросам человека или с точки зрения оптимального существования организмов. в качестве критериев оценивания применяются режимные, природозащитные, антропоэкологические и хозяйственные критерии.
Можно говорить и просто об оценке состояния системы (state of system) - характеристике системы (экологической системы) на определенный момент ее функционирования. в нашем случае рассматриваются природные и природно-антропогенные системы надорганизменного уровня. Полезно иметь в виду, что в экологических и системных исследованиях целесообразно использовать понятие «вектора состояния системы», под которым понимается совокупность (список) упорядоченных переменных экосистемы, отражающих ее наиболее важные свойства. в перечень переменных включаются такие как размер, параметры режимов, продуктивность, потоки энергии, характерные загрязнения и др. в вектор состояния экосистемы предлагается включать параметры, характеризующие биоту, абиогенные факторы и антропогенные воздействия на экосистему. в вектор состояния геосистемы можно включать все параметры, характеризующие рассматриваемое геопространство, не делая акцента на его биотических геокомпонентах. Таким образом, состояние природной системы всегда можно описать вектором состояния системы. Такой вектор назовем портретом системы.
Тогда основной задачей оценочных экологических исследований будет нахождение портретов природных и природно-антропогенных экологических систем. Понятно, что такие портреты условно можно именовать чистыми или антропогенно трансформированными на основе сопоставления их с фоновыми (нормальными) портретами. Для снижения субъективизма необходимо уметь выполнять интегральные оценки и сопоставления на основе большого числа параметров оценивания с привлечением экспертной неполной, неточной, нечисловой информации [8].
Поскольку оценить на интегральной основе вектор состояния системы в целом по достаточно большому перечню критериев непросто, многие авторы рекомендуют для оценки состояния сложных социально-эколого-экономических систем, их аддитивных и неаддитивных свойств использование различных индикаторов или индексов состояния (и развития) систем с учетом специфики природной среды, состояния экономики, социальной сферы и др. Чаще всего здесь говорят об индексах или индикаторах устойчивого (сбалансированного) развития иерархически соподчиненных систем (региональных, глобальных).
Методы свертывания информации о состоянии сложной системы. Индексы состояния. Здесь также существуют определенные расхождения в терминологии. Ряд авторов под индексом понимают математическую функцию, основанную на двух и более переменных, а под индикатором - функцию одной переменной. в другом варианте индикатор - это вектор состояния экосистемы, а индекс - количественное сравнение вектора с неким стандартом.
Нам представляется возможным за термином «индекс» оставить расширительное толкование: индекс - это результат свертывания информации о системе, процедура которого может осуществляться различными путями и приводит к различным видам индексов.
Классификационная схема различных индексов представлена на рис. 1. Деление индексов на две условные группы (индексы-маркеры и аналитические индексы) определяется различием способом получения, функции же их одинаковы [3].
Среда обитания
Terra Humana
Индексы
Рис. 1. Классификационная схема индексов состояния экосистемы по литературным обобщениям.
Свертывание информации - целенаправленный процесс - подразумевает наличие специально организованную процедуру. Она может быть как вербальной, так и формализованной. В любом случае, исходя из явно сформулированных критериев осуществляется выбор или конструирование наиболее информативных переменных - индексов.
Форма переменных различна. Они могут быть натуральными параметрами (например, первичная продуктивность фитоценоза), условными (производными от натуральных, но сохраняющими содержательно интерпретируемую размерность), различными безразмерными коэффициентами (по своему смыслу функционалами от нескольких параметров, выражающимися в условных единицах). Но какова бы ни была форма представления индекса, он является результирующим показателем состояния и/или функционирования системы. Параметры состояния, лежащие в его основе, теряют свою индивидуальность. Другими словами, он заменяет собой все множество показателей, становится маркером системы, трассером траекторий ее развития, выступает как бы видимой частью айсберга. Индексы состояния могут быть одномерными (одно число) и многомерными (набор чисел). В последнем случае важно, чтобы их мерность была не очень большой (существенно меньшей, чем мерность вектора состояния системы).
В настоящее время существуют как сторонники использования индексов, так и противники. Аргумент первых - индексы наглядны и легко интерпретируемы; с их помощью эффективно осуществляется коммуникация между специалистами и потребителями информации. Контраргумент вторых - возможность существенных искажений при свертывании информации, что может вводить в заблуждение лиц, принимающих решения в области природопользования.
Вопрос об индексах окружающей среды рассмотрен в серии обзоров, где отмечено, что основная функция индексов - давать необходимую информацию для лиц, принимающих управляющие решения, т.е. индексы носят прикладной характер. Также указывается на значительное сходство между индексами ОС и известными индексами в других областях - экономическими (например, индексом цен, валовым национальным продуктом) и социальными (индекс качества жизни). Следуя [3], рассмотрим подробнее различные виды индексов.
Индексы-маркеры и индексы - условные параметры. Индексы-маркеры - это натуральные параметры состояния эко- (гео-) систем. Каждая из приведенных в
авторских перечнях (списках) переменных может толковаться и как одномерный индекс, и как составляющая многомерного. Кроме того, есть некоторое перекрывание между списками и индексами — условными параметрами, к анализу которых мы переходим.
В.В. Бугровским с соавторами [Цит. по: 3] был предложен критерий, названный «биосферный потенциал леса». Он представляет собой произведение биомассы леса на его продуктивность
Пб = М ^ммо
где П6 - биосферный потенциал; М — биомасса, т/га; dM/dt - скорость продуцирования биомассы, т/га в год. По мысли авторов, произведение биомассы на продуктивность лучше характеризует функционирование и устойчивость экосистем, чем каждый из показателей в отдельности (приводится пример молодой поросли с большой продуктивностью, но малой биомассой и перестойного леса с большой биомассой, но малой продуктивностью). Вводится даже специальная единица измерения - «шварц» (в честь академика С.С. Шварца, предложившего считать максимум произведения биомассы на продуктивность одним из признаков «хорошего» (с точки зрения человека) биогеоценоза. Этот показатель далее был расширен для степных и любых других экосистем.
В качестве интегрального параметра состояния экосистемы, тесно связанного с ее устойчивостью, Ю.Г. Пузаченко [Цит. по: 3], предложил использовать момент инерции:
Т = £ т.т.г. 2/ £ т
1 : 1) 1 •
где т. т. - масса 1^-й части системы, г.. - расстояние между частями в многомерном пространстве. Основываясь на физических аналогиях, автор полагает, что чем у больше, тем меньше амплитуда колебаний, подверженность случайным флуктуациям и действиям внешних сил. Однако переход с уровня аналогий на уровень практических приложений выявляет большую неопределенность в использовании данного показателя: что считать частью системы - вид или какую-либо экологическую группировку; что считать «массой»; как находить расстояние и т.д. Без решения этих вопросов оперирование рассматриваемым показателем, несмотря на его очень красивую интерпретацию, вряд ли прибавит что-либо новое по сравнению с использованием традиционных переменных, например числа видов или общей биомассы сообщества.
Другой условный индекс состояния - подстилочно-опадочный коэффициент (ОПК) П.А. Костычева, представляющий собой отношение массы подстилки к массе ежегодного опада. Распространены также связанные с ним показатели времени полу-разложения и 95%-го разложения. ОПК интерпретируется как время, необходимое для полного разложения опада, и изменяется в широких пределах (крайние значения для различных типов экосистем различаются более чем на три порядка). Есть и ОПК = подстилка / часть опада, формирующая подстилку. Этот коэффициент достигает максимума в заболоченных лесах (более 50), минимален он во влажных тропических лесах (0,1). Чем меньше ОПК, тем устойчивее биогеоценоз.
В качестве интегрального показателя функционирования популяций предложено использовать чистую кратность прироста численности за год. По мысли авторов, этот показатель наиболее приемлем «... с точки зрения возможности экспериментального определения, учета интегрального влияния всех возможных факторов, объективности оценки состояния популяции». Снижение показателя ниже естественных флуктуаций рассматривается как граница перехода в ненормальное состояние.
Среда обитания
Terra Humana
А.С. Алексеевым с соавторами [Цит. по: 3], предложен метод расчета предельного времени жизни древостоя, которое может рассматриваться как интегральный показатель его состояния. Метод основан на анализе матрицы вероятностей переходов между категориями санитарного состояния. Однако для реализации процедуры расчета требуется знать распределение деревьев по категориям состояния, по крайней мере, в два момента времени. Это существенно сужает область применимости данного метода. Другое ограничение связано с допущением, что в древостое отсутствуют пополнение деревьев и их выбытие. Следовательно, метод может быть использован только для переходных состояний (быстрых процессов трансформации).
Рассмотренные условные параметры обладают неоспоримым преимуществом -интегральностью. Тем самым они в компактной форме характеризуют важнейшие процессы в экосистемах. Но они должны применяться с определенной долей осторожности, поскольку могут иметь большую статистическую ошибку, чем составляющие их показатели.
Условные функционалы. Аналитическими индексами - условными функционалами - могут служить многочисленные показатели, широко представленные в арсенале количественной экологии. Это индексы разнообразия, выравненности, обилия, сходства, пространственной неоднородности и т. д. Их анализ не входит в наши задачи, тем более что есть подробные обзоры на эту тему. Мы ограничимся лишь несколькими замечаниями, касающимися использования индексов в работах биоиндикационной направленности.
Чаще других находят применение индексы разнообразия и структуры сообществ, являющиеся функционалами (не обязательно в виде средних) относительных обилий видов либо других таксономических единиц. Наиболее популярны из них индекс Симпсона и информационная мера Шеннона, а также основанные на них меры выравненности коллекций. Индексы разнообразия используются даже в системе государственного контроля за состоянием окружающей среды в ряде стран, в том числе и у нас.
Однако всем этим показателям вряд ли можно придавать столь большое значение, поскольку вопрос о достоверности различий индексов, рассчитанных для разных сообществ, практически всегда остается нерешенным. В дополнение к сказанному несколько слов о мере Шеннона. После информационного бума 1950-60-х гг. и последовавшего за ним информационного «вторжения» в экологию использование этого индекса стало очень модным. Если в работе, связанной с изучением сообществ, нет индекса Шеннона, это расценивается почти как признак дурного тона. К тому же неявно подразумевается, что данный критерий, измеряющий информацию в системе, - удобный, универсальный и незаменимый инструмент. Мы не ставим целью подробно анализировать его свойства. Отметим лишь, что мнение об особой роли индекса Шеннона как измерителя экосистемной информации в большинстве случаев является мифом. Элементарное разложение в ряд Тейлора дает следующий результат:
- £ р1 1п р1 = 1п S - S ^2 + 1^ As С^>
где р - доля г-го вида; 5 - количество видов; СУ и А.$ - коэффициенты вариации (в долях единицы) и асимметрии абсолютных значений численности видов. Поскольку третий член разложения уменьшается при увеличении 5, им можно пренебречь. Итак, индекс Шеннона есть всего лишь функция от общего числа видов в сообществе и их выравненности по обилию [3].
Действительно, формула Шеннона в некотором смысле уникальна по своим свойствам: это единственная функция, которая удовлетворяет совокупности
требований к измерителю информации. Но корректность ее использования целиком определяется корректностью ее содержательной интерпретации, а она возможна лишь в весьма узкой области (той, для которой, собственно, и была предложена мера Шеннона) - анализе передачи сообщений по линиям связи, теории кодов и т.д. В экологии применение формулы Шеннона не добавляет ничего нового по сравнению с традиционными показателями (числом видов и выравненностью), имеющими, однако, в отличие от нее четкую интерпретацию. Кроме теоретических возражений против использования индекса Шеннона в экологии есть и другие доводы. Так, показано, что величина индекса существенно зависит от дробности таксономических единиц, по которым он рассчитывается.
Наиболее слабое место индексов разнообразия и сходных с ними показателей - неопределенность их интерпретации в терминах качества среды. в русле холистического направления в экологии им придавался смысл «экологического градусника». Однако «градусник» этот несколько странный, если не сказать ущербный. Он измеряет нечто совершенно отвлеченное, строго говоря, не имеющее прямого отношения к качеству среды. При этом оказывается, что «здоровой» экосистеме могут соответствовать разные «температуры», и в то же время одна «температура» может наличествовать у совершенно различных с точки зрения качества состояний. Примеры этого многочисленны [3].
Исходя из сказанного, многие исследователи считают, что индексы - условные функционалы - сами по себе в большинстве случаев не адекватны целям экологического нормирования. Более того, в силу своей математической псевдоточности они только запутывают дело, а никак не способствуют эффективной коммуникации между поставщиками и потребителями информации о качестве состояний экосистем. Заметим, однако, что их использование в паре с индексами состояния (загрязнения) ОС дает интересную информацию исследователю. В этом случае устраняется «путаница», о которой говорилось выше.
Функции желательности. Часть аналитических индексов базируется на так называемых функциях желательности, которые снимают отмеченную трудность в интерпретации значений. Эти функции (обычно обозначаются буквой d - от фр. desirable - желательный) представляют собой способ перевода натуральных значений в единую безразмерную числовую шкалу с фиксированными границами. При этом полярные значения функции (например 0 и 1; 0 и 100; 1 и 10 и т.д.) соответствуют градациям «плохо»-«хорошо», а промежуточные также могут быть интерпретированы в данных терминах (по принципу «чем ближе значение к верхней границе, тем лучше»). Необходимость введения функций желательности определяется различной размерностью переменных, входящих в индекс, что не позволяет усреднять их непосредственно. Перевод же в единую для всех числовую шкалу снимает это затруднение и дает возможность объединять в единый показатель самые различные параметры. Конкретные способы реализации функций желательности могут быть весьма разнообразны [3].
Экспертные функции желательности. В наиболее простом случае соответствие между натуральными показателями и числами в безразмерной шкале задается экспертным путем. В гидробиологии для оценки степени загрязнений водной среды органикой существуют различные «системы сапробности». Первая из них (Колквитца-Марссона) была предложена еще в начале ХХ в. Сейчас известны многочисленные варианты и модификации систем сапробности (Пантле-Букка, Сладечека, Ватанабе и др.). Все они построены на основе наблюдений за очередностью исчезновения или появления групп организмов при увеличении
Среда обитания
Terra Humana
загрязнения, что позволяет ранжировать виды по их чувствительности [4]. На аналогичных посылках базируются индексы в лихеноиндикации.
Вариантом сапробной системы является известный биотический индекс Ф. Ву-дивисса, представляющий собой балльную оценку чистоты воды (самой чистой воде соответствует 10 баллов, самой грязной — 1 балл). Индекс основывается на наличии и числе видов индикаторных групп; само определение значений осуществляется с помощью таблицы. Распространены и другие варианты экспертных систем, аналогичные индексу Вудивисса [4].
В гидробиологии распространены также различные таксономические индексы - отношения численности или биомассы некоторых индикаторных таксонов. Например, используются отношение биомассы насекомых к биомассе олигохет (индекс Кинга-Болла), отношение численности олигохет к общей численности организмов бентоса (индекс Гуднайта-Уитлея), соотношения различных отрядов нематод и т.д. Иногда предлагаются не отношения, а более сложные функции. Примером может служить хирономидный индекс Балушкиной. Таковы же и общепринятые балльные оценки санитарного состояния деревьев, используемые в санитарном надзоре лесов, либо балльные шкалы, создаваемые для специальных целей, например для диагностики техногенных нарушений древостоя. Аналогичную роль может выполнять класс бонитета насаждения. Во всех случаях определенному набору признаков ставится в соответствие балл, т.е. значение из числовой шкалы функции желательности, в данном случае - порядковой.
На основе полученных частных желательностей может создаваться усредненный показатель. Предлагается использовать в качестве показателя жизненности фитоценоза среднее арифметическое жизненности каждого вида (жизненность выражается в числах от 0 до 1, что достигается нормированием всех баллов на максимальное их количество) [3].
Об экспертных функциях желательности необходимо отметить следующее. Хотя они измеряют состояние экосистем в «слабых» количественных шкалах, получаемые с их помощью результаты могут адекватно отражать действительность. Причина этого в том, что они базируются на опыте экспертов, генерализующем многие разнонаправленные процессы. При этом значительно точнее измеряются такие малоформализуемые - «невещественные» и инструментально с трудом измеримые признаки, как «степень поражения», «пригодность местообитания» и т.д. Поэтому многие считают, что экспертные функции желательности могут быть эффективно использованы в экологическом нормировании [3].
Простые аналитические функции желательности. Одно из наиболее простых преобразований натуральных значений параметров в числовую шкалу [0; 1] - функция желательности следующего вида:
У’ = у./тах[у! или У’ = у./у
г У г ‘-У г г у г у эталон
где У’ - преобразованное значение у.. у - значение у, принимаемое в качестве
^ г А А у г У эталон У А
эталона (фона, контроля). При этом первая формула - частный случай второй, поскольку верхний лимит выборки в рассматриваемом контексте - это оценка эталонного значения. Функция желательности у’ принимает значения от нуля (когда натуральное значение параметра равно нулю) до единицы (когда натуральное значение параметра равно эталонному или максимальному). Ввиду своей простоты идея такого рода преобразований уже многие годы витает в воздухе. Результат этого - довольно частое «переоткрытие» данной функции желательности (при этом иногда с претензией на приоритет). И сейчас уже весьма затруднительно как указать истинного первооткрывателя, так и дать сколько-нибудь полный обзор использования данной функции [3].
Указанные выше формулы - частный случай следующего преобразования, являющегося расширением для ситуации, когда минимальные значения не равны нулю:
У.’ = (у. - тт[у.]) / (тах[у.] - тт[у.])
Эта формула широко используется в математике и количественной экологии. Причина популярности данной функции - в удобной форме представления переменных, делающих их легко интерпретируемыми [15]. Соотнесение величины с максимумом (или эталоном) входит в метод Бателя - одну из процедур оценки воздействия на окружающую среду.
Функция желательности Харрингтона. Это одна из наиболее популярных в математике функций желательности, которая задается следующей формулой:
у = ехр ( ехр{ у’}),
где у’ — кодированное значение признака. Эта функция находит применение в экологических работах, в том числе связанных с нормированием. Рассмотрим функцию Харрингтона более подробно. Данная функция была предложена для сопоставления физических параметров и психологических откликов и базируется на обширном экспериментальном материале. Известно, что психологическая оценка какого-либо раздражителя нелинейно связана с величиной этого раздражителя (закон Вебера-Фехнера). Этот принцип реализуется в функции Харрингтона: в областях желательностей, близких к 0 и 1, ее «чувствительность» меньше, чем в средней зоне. Функция обладает такими положительными свойствами, как непрерывность, монотонность и гладкость.
В качестве аргумента в функции желательности используются кодированные значения, представляющие собой положительные или отрицательные целые числа. От количества интервалов, задаваемых кодами, зависит крутизна наклона функции. Обычно используют шесть интервалов в сторону возрастания и шесть в сторону убывания (для более крутой кривой), либо по три интервала (для более пологой).
Функция Харрингтона имеет несколько критических точек, что позволяет задавать границы градаций желательности не произвольным, а строгим образом. Точки перегиба имеют ординаты 0,8; 0,63; 0,37; 0,2. Они задают стандартные отметки на шкале желательности: «очень хорошо» (1,00 - 0,80), «хорошо»(0,80 - 0,63), «удовлетворительно» (0,63 - 0,37), «плохо» (0,37 - 0,20), «очень плохо» (0,20 - 0,00).
На этом «отсутствие произвола» при использовании функции Харрингтона заканчивается. Построение шкалы желательности, т.е. задание соответствия между кодированными откликами и натуральными значениями, осуществляется чисто субъективно. Как отмечается в [3], «построение этой шкалы напоминает игру», а конкретные решения определяются соотношением азартности и осторожности исследователя.
Оценка состояния экосистем и геосистем. Объектами экологических исследований являются естественные и искусственные экосистемы разных уровней иерархии. Экологическая оценка - параметрическое определение состояний природной среды, обеспечивающих существование сообществ живых организмов, характерных для этих состояний в условиях естественного или антропогенного режимов их развития. Такая оценка сводится к оценке химического, биологического состава и физических свойств природного объекта, обусловливающих устойчивое функционирование в нем конкретных сообществ живых организмов, сохранение определенного типа экологической сукцессии, или к оценке его пригодности для различных видов использования человеком. При этом исследуются
Среда обитания
Terra Humana
как свойства абиотической среды, так и параметры структуры и функционирования экосистем природного объекта в естественных и измененных условиях с целью их рационального использования, оптимальной эксплуатации для удовлетворения потребностей людей и жизни организмов [8].
В отличие от экологического, целью географического исследования является получение комплексной оценки или оценок с антропоцентристских позиций. Понятия «комплекс», «совокупность» близки понятию «система», но не тождественны ему. Их можно рассматривать как усеченные, неполные понятия по отношению к системе. Комплекс включает части, не обязательно обладающие системными свойствами, или же эти части сами могут быть системами, и их элементы способны обладать различными свойствами по отношению к системам. Термином совокупность обозначается множество элементов, не обязательно находящихся в системных отношениях и связях друг с другом. Основным содержанием такой оценки является покомпонентное или комплексное физико-географическое районирование земной поверхности или свойств геосистем различного уровня иерархии, зонирование территорий и акваторий по величине интегральных показателей состояния среды и биоты, выявление условий (уровней, значимости) рационального использования, охраны и улучшения природной среды. Так называемый геоэкологический подход исходит из наиболее общего понимания геоэкологии как междисциплинарного направления (области исследования), всесторонне рассматривающего взаимодействия человека (общества) и окружающей среды в локальном, региональном и глобальном масштабах. При этом в исследованиях делается акцент на выявление степени антропогенной трансформации геосистем на основе анализа репрезентативных факторов, определяющих развитие системы данного иерархического уровня. Геоэкология может рассматриваться и как экологическая наука с интегративным объектом (предметом) исследования - ландшафно-геоэко-логической оболочкой. Искусственно навязываемое членение геоэкологии на геологическую и географическую составляющие не идет на пользу общему делу.
современная география сближается с геоэкологией и рассматривается как система физико-географических, экономико- и социально-географических дисциплин, изучающая процессы (чаще необратимые) и явления в географической оболочке Земли и социальной сфере, возникающие в результате интенсивного антропогенного воздействия, а также риски, близкие и отдаленные последствия таких воздействий и ущербы от них. При этом она по-прежнему является интегративной формой выражения, как общего географического знания, так и знаний смежных естественных и общественных наук.
Единичные, косвенные, комплексные, многокритериальные и интегральные оценки. Единичные оценки (прямые и косвенные) представляют собой оценки по отдельным исходным характеристикам путем сопоставления с некоторыми уровнями и нормами. Это, как правило, покомпонентные (попарные) оценки, определяющие положительную или отрицательную значимость объекта или его свойств. Единичные оценки являются традиционными в географических и экологических исследованиях. Покомпонентное оценивание составляет основу комплексных оценок природных, природно-антропогенных, урбанизированных, социальных систем, несмотря на то, что высокоэмерджентные гео- и экосистемы не сводимы к их отдельным компонентам. Косвенные оценки сводятся к установлению значимости объекта по показателям, отражающим функциональные и корреляционные взаимосвязи между оцениваемыми свойствами. Косвенные оценки отражают достоинства и недостатки объекта не непосредственно (напрямую), а через сопряженные показатели.
Комплексные оценки, как указывалось выше, не обязательно являются системными. Это наиболее перспективные, но наименее разработанные и унифицированные оценки. Они многочисленны и разнообразны, часто содержат оговорки и допущения, которые не позволяют с должной адекватностью воспринимать и далее использовать их в практической деятельности.
Многокритериальная оценка предполагает необходимость проведения процедуры свертывания информации, что позволяет преодолеть «проклятие размерности». Как правило, свертывание информации представляет собой процесс, базирующийся на четко сформулированных принципах выбора или конструирования наиболее информативных переменных - индексов состояния (воздействия). Предложенный нами термин «многокритериальная оценка» [5; 8] отражает методологическую основу оценки состояния и воздействия на природные экосистемы, с помощью построения сводных (интегральных) показателей по совокупности репрезентативных критериев оценивания. Этим термином отражается еще одна особенность современного этапа мониторинга природных и антропогенных систем - переход от качественных классификаций и типизаций к разработке шкал состояния (качества, загрязнения и т.п.) для достаточно большого перечня критериев, характеризующих природные антропогенно-трансформированные системы и их свойства на различных этапах развития систем. Наличие многокритериальное™ часто приводит к несравнимости полученных многокритериальных оценок.
Интегральная оценка предполагает наличие этапа, связанного с объединением в одно целое ранее разнородных (многокритериальных) оценок с учетом их вклада в общую оценку. В эколого-географических оценках значимость отдельных критериев традиционно оценивается при помощи сравнительных суждений типа «данный критерий более важен для общей оценки, чем другой критерий» или «данные критерии имеют одинаковую значимость для интегральной оценки» и т.п. Таким образом, значимость отдельных критериев, чаще всего измеряется по нечисловой (ординальной, порядковой) шкале или всем критериям навязывается равенство приоритетов оценивания. В других случаях исследователь задает интервалы возможного варьирования весовых коэффициентов. В связи с этим появляется необходимость работы с нечисловой (порядковой), неточной (интервальной) информацией, которая чаще всего бывает и неполной (не для всех весовых коэффициентов заданы нетривиальные равенства и неравенства, соответствующие интервальной и порядковой информации). Нечисловая, неточная и неполная информация (т.н. «ннн»-информация) индуцирует целое множество допустимых наборов весовых коэффициентов при получении интегральных оценок. Для преодоления этого затруднения в современных подходах используется байесовская модель рандомизации неопределенности. Идея этой модели восходит к работе Томаса Байеса (1702-1762) и состоит в переходе от неопределенного выбора весовых коэффициентов к случайному (рандомизированному) выбору их из множества всех допустимых наборов весовых коэффициентов. Таким образом, исследователь получает случайные весовые коэффициенты и случайные (рандомизированные) интегральные показатели [12; 15].
Таким образом, состояние сложной системы в любой момент времени оценивается вектором состояния или портретом системы. Знание начального состояния позволяет в соответствии с принятым решением, предсказать поведение системы в будущем. Конечное состояние системы может рассматриваться как цель принимаемого решения. Сравнение различных состояний сложных систем целесообразно проводить на основе интегральных оценок [8].
Среда обитания
Terra Humana
Каким образом можно оценить состояние системы, как получить или построить портрет реальной экосистемы? Как построить портрет экосистемы, находящейся в оптимальных (нормальных, фоновых и др.) условиях или установить степень ее антропогенной трансформации?
Представляется целесообразной разработка и апробация новых методов и способов свертываня информации и получения оценок, интегрально отражающих происходящие в гео-, эко- и урбасистемах изменения. Можно утверждать, что вопрос разработки методики интегрального количественного оценивания высокоэмерджентных природных и социально-экологических систем является задачей «номер один» в эколого-географической проблематике.
Перспективным в этом направлении является не формальное усреднение, а использование методических приемов, базирующихся на теории моделирования дефицита информации при помощи стохастических процессов и полей. Эта теория может служить основой для построения обобщенных функций желательности состояния и устойчивости природных и антропогенных систем с учетом неопределенности задания отдельных параметров и частных функций желательности и их влияния на интегральную оценку [15].
В настоящее время в большинстве географических исследований содержится анализ разнообразных и многочисленных оценок территорий, геосистем или объектов. Заметим, что формально любая оценка представляет собой один из видов классификации. На наш взгляд, многокритериальные и интегральные оценки получают на основе различных моделей-классификаций, поэтому представляет интерес обобщение опыта исполнителей в создании таких моделей.
Для их создания отбираются признаки определенных свойств объектов, выдвигаются критерии их ранжирования и соподчинения. Относительно просто эта процедура проходит тогда, когда разделение проводится по одному наиболее характерному признаку, от которого чаще всего зависят другие признаки. Поэтому большинство из классификаций являются одномерными и частными, т.е. предназначены для решения конкретных задач.
Значительно сложнее строить модель-классификацию, если таких признаков много и она имеет многоцелевое назначение. Когда же наряду с количественными характеристиками объектов в классификации приходится учитывать их качественное разнообразие, однозначное выделение объектов становится маловероятным. В таких ситуациях приходится полностью полагаться на опыт и профессионализм экспертов. По своей сути эти модели-классификации представляют собой в большей или меньшей степени субъективные оценочные квалиметрические и нумерические оценочные шкалы, позволяющие оценить меру и норму проявления определенного свойства или качества гео- и экосистем.
В настоящее время для решения такого уровня трудности задач часто прибегают к использованию балльных или индексно-балльных оценок. Так, например, в США и Канаде и в странах Западной Европы получила широкую известность типологическая схема, предложенная канадским географом Л.-Э. Амсленом. В нашей стране эта методика использовалась в исследованиях Кольским научным центром РАН и институтом экономики переходного периода в рамках исследований, осуществленных по проекту CEPRA (Российско-Канадский консорциум по вопросам прикладных экономических исследований).
Методическая схема типологии Л.-Э. Амслена предполагает качественную системную и количественную оценку территории, основанную на совокупности физико-географических и экономико-географических признаков, оцениваемых по балльной шкале по 10 физико-географическим и экономико-географическим
признакам. Для каждого из этих признаков устанавливается степень «севернос- 161 ти» территории от 250 до 1000 баллов.
Недостатком этой схемы специалисты считают то, что некоторые выделяемые признаки (широта, средние температуры, морозность) присущи и другим районам, и они также должны получить высокую степень «морозности». Это указывает на то, что значимость (весомость) отдельных признаков в модели Л.-Э. Амслена не учитывается или принимается равной.
Другим примером использования балльных шкал является комплексный аналитический Web-Aтлас «Россия как система» [16]. Существенным «минусом» атласа на наш взгляд является то, что присущие балльным моделям-классификациям недостатки получения оценок усиливаются оторванностью экологической и другой информации от геосистемной (ландшафтной, водосборной) основы.
Заслуживает внимания классификационная типология территории России, предложенная А.Г. Исаченко. В основе этой типологии лежит ранжирование экологических условий геосистем по принципу «лучше-хуже». Как отмечает сам автор, этот принцип не может быть вполне объективным из-за отсутствия единой количественной меры. В качестве «наиболее удачного приближения к интегральной мере» наряду с рядом критериев предложен показатель «биологической эффективности климата» Н.Н. Иванова [11].
В сфере земельных отношений в нашей стране применяется методическая разработка [13], которая предусматривает определение коэффициентов (весов) относительной ценности территории. Однако эти веса должны назначаться экспертами. Существуют также другие разработки в области оценки географических объектов, имеющие не только научное, но и практическое значение [1; 2].
Построение интегрального показателя состояния природного объекта на основе модели-классификации.
Воспользуемся методом построения сводных показателей, поэтапно.
На первом этапе отбирается обоснованная система критериев состояния биоты и абиотической среды, с использованием которых возможно диагностирование экологического состояния природной системы. Нужно стремиться к тому, чтобы каждый из параметров был необходим, а все параметры вместе были достаточны для описания качества (состояния) рассматриваемой системы. При этом могут существовать характеристики, увеличение значений которых приводит к улучшению значения качества (первый тип), а также характеристики, увеличение значений которых приводит к его ухудшению (второй тип). Кроме того, возможно существование характеристик, критические значения которых (например, значение рН = 7,0) разбивают шкалу изменений характеристики на два интервала с противоположными свойствами влияния переменной на состояние объекта.
Одновременно с введением признаков (критериев) оценивания вводятся классы состояния (качества, загрязнения, устойчивости, благополучия и т.п.). В связи с этим мы обращаем внимание на существующие классификации качества и загрязнения природной среды. Всегда легче опираться на существующие классификации, чем вводить свои, но иногда просто необходимо бывает формировать авторские модели-классификации для оценки состояния эко-, геосистем или различных их свойств.
На втором этапе с помощью несложных преобразований избавимся от размерности исходных характеристик так, чтобы наилучшим условиям по каждому критерию соответствовало значение, равное 0, а наихудшим - равное 1 (можно наоборот). Такое преобразование, следуя [15], выполним следующим образом.
Для критериев второго типа введем правило перевода в виде:
Среда обитания
Terra Humana
v maxi - min i y
при xt < min .,
, при (min, < xt < max,) при xi > maxi
В (1): q - преобразованное значение критерия; x, - текущее значение критерия; min - минимальное (фоновое, допустимое, безопасное, предельно-допустимое и т.п.) значение критерия; max i - максимальное значение критерия (лучше ориентироваться на региональные, но не абсолютные максимумы критериев).
Для критериев первого типа введем правило перевода в виде:
1,
max - x
о,
при xi < mini,
, при (min, < xt < max.) при xi > maxi .
(2)
Диапазон изменения q. всегда находится в пределах от 0 до 1. Таким образом, исходные критерии в различных шкалах измерения (абсолютные и средние величины в конкретных единицах измерения, относительные или балльные оценки и т.п.) приводятся к безразмерным шкалам, после чего над их значениями можно производить математические действия с целью получения интегрального показателя состояния экосистемы (качества среды, устойчивости, благополучия и т.п.).
Зададим минимальные и максимальные значения критериев. Для этого, как правило, используются минимальное (min) и максимальное (max ) значения из каждой шкалы исходных характеристик. Можно рекомендовать также использовать для этого региональные минимумы и максимумы характеристик.
На третьем этапе выбирается вид интегрального показателя Q(q,p), который строится таким образом, что зависит не только от показателей q , но и от их значимости, определяемой весовыми коэффициентами p , сумма которых должна равняться 1 (0< p <1). В качестве выражения для интегрального показателя, следуя [15], зададим линейную свертку показателей вида:
где п- число критериев оценивания.
На четвертом этапе вводятся оценки весовых коэффициентовр . Как правило, уже само составление программы оценочных исследований является первичным «взвешиванием» параметров, компонентов и их свойств. Однако такое взвешивание оказывается недостаточным, так как влияние отобранных главных факторов также неравнозначно, что вызывает необходимость придавать при оценке различным критериям разные приоритеты, веса или коэффициенты значимости. Нередко при этом вес вводится без какого-либо четкого обоснования. Чаще всего применяются следующие способы учета веса отдельных критериев экологического состояния и качества природной среды: вес каждого из отобранных параметров принимается равным; вес наиболее важных параметров увеличивается (или вес второстепенных показателей уменьшается в условное число раз); вес опреде-
о
1
i=1
ляется с помощью мнений экспертов; вес каждого показателя определяется с помощью дополнительных расчетов. В самом простом случае, при равенстве весов исходных параметров, вес определяется простой формулой р = 1/п.
На пятом этапе для левой и правой границ каждого класса исходной (обучающей) классификации рассчитывается значение ^ . В результате мы получили шкалу интегрального показателя по классам состояния при условии равновесного (неравновесного) учета всех параметров оценивания.
На шестом этапе по собранным в полевых (лабораторных) условиях данным определим значение интегрального показателя состояния исследуемой системы в определенный момент времени. Как правило, оценить состояние системы однозначно при покомпонентной оценке не представляется возможным, так как по одному критерию система относится к одному классу состояния, по другому - к другому. Встречаются еще более сложные ситуации, когда разброс значений отдельных критериев укладывается в несколько классов состояния. Это может быть связано как с несовершенством методической базы, так и с недостаточным опытом исполнителя, осуществляющего наблюдения мониторингового типа на природных объектах.
По правилам построения исходной классификации рассчитываются значение интегрального показателя ^ и, таким образом, по совокупности критериев оценивания система относится к определенному классу (либо к пограничному состоянию между классами).
Можно таким же образом рассчитать значение интегрального показателя по другим натурным данным или другим моделям-классификациям. В более сложных примерах, учитывающих неполную, неточную и нечисловую информацию, вводятся многоуровневые свертки информации о состоянии природных систем. Весовые коэффициенты задаются на основе моделей информационного дефицита [15]. Сравнение состояния экосистем на интегральной основе дает возможность количественно оценивать пространственно-временные особенности их динамики, степень их антропогенной трансформации, тенденции их изменения, степень допустимого воздействия на них.
В качестве «предельно допустимого» значения сводного показателя при оценке качества среды можно рекомендовать значение, полученное на основе «свертки» предельно-допустимых значений исходных параметров или правое значение интервала сводного показателя для класса «чистой среды». Как аналог «предельнодопустимого значения» исходной характеристики можно использовать значения (0,01-0,1^С50 , рекомендуемые токсикологами в качестве безопасных концентраций, или левую границу зоны экологического риска, определенную в сублеталь-ных тестах.
Для оценки экологического состояния системы с учетом вышесказанного можно предложить следующую стратегию. В начале строится сводный показатель на основе репрезентативных параметров, характеризующих абиотические условия среды и (состав и физико-химические свойства). Затем строится сводный показатель состояния компонентов биоты для тех же классов. Параметрическое определение состояний природной среды, обеспечивающих существование сообществ живых организмов, характерных для этих состояний в условиях естественного или антропогенного режимов их развития сводится к сопоставлению первого и второго сводных показателей. Если оба интегральных показателя указывают на один и тот же класс состояния (качества, продуктивности, устойчивости, благополучия, напряженности и др.), то можно сделать вывод о соответствии состояния среды состоянию биоты. Если же состояние среды позволяет отнести систе-
Среда обитания
Terra Humana
му, например, к III классу качества, а состояние биоты - ко 11-му, то можно легко определить тенденцию в изменении биоты в ближайшей перспективе. В случае оценки состояния среды II классом, а состояния биоты 111-м, можно предположить, что компоненты биоты привнесены в данную среду извне в результате миграции, пассивного переноса и т.п.
Метод интегральной оценки экологического состояния, качества среды, устойчивости и благополучия гео-, урба-, социосистем может найти широкое применение в мониторинговых исследованиях в свете решения проблем устойчивого регионального развития. Необходимо обратить внимание на то, что в данном подходе параметры и уровни оценки, оценочные шкалы, алфавиты классов, приоритеты жестко не закреплены. Это позволяет модифицировать классификации, используя новые критерии, дополнительную экспертную информацию о критериях и приоритетах, в том числе и неколичественную, и создавать новые модели-классификации оцениваемых систем и их свойств.
Вышесказанное позволяет утверждать, что, «парадигмальный переход» в географической науке будет связан с возможностями модельного (в том числе и интегрального) описания современных сложных систем в природе и обществе, с исследованием взаимодействия между природными и общественными территориальными системами, поиском соотношения в них свободы выбора поведения, детерминированности и случайности, а также способности систем после оказанных на них воздействий выходить на одну из устойчивых собственных структур, с учетом внутренней тенденции ее организации. Таким образом, модели выступают в качестве инструмента преобразования сложных систем в природе и обществе и дают надежду на переход наук о Земле из описательного периода развития в точный.
Список литературы
1. Александрова Л.В., Васильев В.Ю., Дмитриев В.В. и др. Многокритериальные геогра-фо-экологические оценки состояния и устойчивости природных и урбанизированных систем. Под ред. В.В.Дмитриева и Н.В.Хованова. - Деп. ВИНИТИ № 2342В00, 2000. - 275 с.
2. Алимов А.Ф., Дмитриев В.В., Флоринская Т.М., и др. Интегральная оценка экологического состояния и качества среды городских территорий. Под ред. А.К.Фролова. - СПб., 1999. - 253 с.
3. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). - Екатеринбург: УИФ Наука, 1994. - 280 с.
4. Гальцова В.В., Дмитриев В.В. Практикум по водной экологии и мониторингу состояния водных экосистем: учеб. Пос. - СПб.: Наука, 2007. - 364 с.
5. Дмитриев В.В. Методика диагностики состояния и устойчивости водных экосистем // Эколого-географический анализ состояния природной среды: проблема устойчивости геоэкосистем. Под ред. П.П. Арапова и Ю.П. Селиверстова. - СПб.: Изд-во РГО, 1995. -
С. 41-67.
6. Дмитриев В.В. Прикладная экология в системе высшего географического и гидрометеорологического образования / Вопросы прикладной экологии. Сб. Науч. тр. РГГМУ.
- СПб.: изд. РГГМУ, 2002. - С. 90-96.
7. Дмитриев В.В. Экологическая оценка, оценка качества среды, экологическое нормирование. Основные определения / В кн. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем. - СПб.: Наука, 2004. - С. 10-29.
8. Дмитриев В.В. Эколого-географическая оценка состояния внутренних водоемов: ав-тореф. докт. дисс. - СПб., 2000. - 52 с.
9. Розенберг Г.С. Модели в фитоценологии. - М.: Наука, 1984. - 265 с.
10. Дородницын А.А. Математика и описательные науки // Число и мысль. - М.: Знание, 1982, вып. 5, - с. 6-15.
11. Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. - М., 1991. - 366 с.
12. Колесов Д.Н., Михайлов М.В., Хованов Н.В. Оценка сложных финансово-экономических объектов с использованием системы поддержки принятия решений АСПИД-3W: учеб. пос. - СПб.: ОЦЭиМ, 2004. - 63 с.
13. Комплексное ценовое зонирование территории населенных пунктов для дифференциации ставок земельного налога. - М., 1995.
14. Одум Ю. Основы экологии / Пер. с 3-го англ. изд. под ред. Н.П. Наумова. - М., 1975. - 740 с.
15. Хованов Н.В. Анализ и синтез показателей при информационном дефиците. - СПб.: СПбГУ, 1996. - 195 с.
16. Web-Aтлас «Россия как система». - Интернет-ресурс http://www.sci.sha.ru
Среда обитания
