CC BY
61
Организационные и методические основы мониторинга биофизикохимических факторов в природно-антропогенных и урбанизированных ландшафтах
О. К. Рычко, д.геог.н, О. П. Игуменова, Оренбургский ГПУ
Взаимодействие и взаимовлияние природной и социально-хозяйственной составляющих окружающей среды, вызывающие изменение структуры и нарушение процессов энерго- и массообмена в существующих геотехнических и урбосистемах, формируют потребность в совершенствовании применяемых или разработке новых принципов, методов и средств, необходимых для наблюдения, оценивания и прогнозирования заданных физических, химических и биологических компонентов природно-антропогенного ландшафта или их различных сочетаний на исследуемой территории.
Обозначенная актуальная проблема решается, в первую очередь, посредством повышения уровня модернизации и степени универсализации существующих или новационных комплексов мониторинга указанных компонентов с помощью ряда разработанных методических моделей, в т.ч. и [1—2], учитывающих специфику элементов системы «природа — общество — хозяйство», в том числе в типично засушливой — степной зоне.
В пределах урбо- и геотехнических систем (УС и ГТС) как совокупности природных и техногенных комплексов, размещенных и функционирующих на заданном участке окружающей среды, одними из доступных, широко и повсеместно эксплуатируемых природных ресурсов и факторов являются (наряду с земельными) водно-тепловые, химические и растительные, или биофизикохимические — БФХ.
Схема создания и работы современной системы мониторинга БФХ факторов исследуемых ландшафтов должна иметь следующие подсистемы и блоки.
Подсистемы мониторинга:
— теоретическая подсистема,
модели выявления закономерностей для временного и пространственного распределения, взаиморасположения объектов мониторинга и установления степени изменчивости факторов мониторинга; базовые понятия, термины и формулировки, дающие представление об основных процессах и элементах мониторинга; модели обоснования видов и количества факторов мониторинга и их сочетаний, а также схемы определения типов и численности пунктов мониторинга с оценкой степени их репрезентативности;
— подсистема структуры мониторинга, содержащая способы классификации, ранжирования
и определения соподчиненности подсистем, блоков и пунктов мониторинга и схемы управления их информационной и административной деятельностью; модели централизованного контроля за структурно-функциональным состоянием системы мониторинга в целом и процессами выдачи пользователям необходимой биофизикохимической информации на электронном или бумажном носителе в удобной для потребителей форме;
— подсистема методов мониторинга, включающая все свойственные биологии, геофизике и геохимии общенаучные методы (системный, математический, моделирования, картографический), все конкретно-научные методы (геофизический, геохимический, биоценотический, экономический, социологический, комплексный или ландшафтный) и группу специальных или прикладных методов;
— подсистема средств мониторинга, содержащая следующие составляющие: логические — рабочие гипотезы, суждения, доказательства, формулы; информационные — аппаратура и устройства для сбора, систематизации, обработки, хранения и передачи оперативных и фондовых данных от подсистем и пунктов мониторинга и для обмена информацией между ними; технические — измерительные приборы, инструменты и оборудование, необходимые для наблюдений и контроля за факторами мониторинга; биологические — живые организмы, используемые в качестве индикаторов биофизикохимического состояния объектов мониторинга;
— подсистема режимов мониторинга, включающая группу операций, приемов, процедур и алгоритмов, необходимых для наблюдения, оценки и прогнозирования факторов и показателей мониторинга; характеристики дискретности ведения мониторинга, оперативности, заблаговременности и долгосрочности получаемых данных; установление периодизации осуществления мониторинга
— постоянный, временный (сезонный), эпизодический; обоснование выполнения фактических и прогностических оценок биофизикохимической обстановки на рассматриваемой территории в региональном, зональном или локальном масштабах для заданных факторов или объектов природнотехногенных ландшафтов и урбанизированных.
Блоки мониторинга: блок наблюдения — фиксации фактических данных о БФХ факторах и показателях; блок оценивания — сравнения фактических данных о БФХ факторах с их заданными
(нормативными) значениями; блок прогнозирования — сравнения прогностических данных об БФХ факторах с их заданными (нормативными) значениями.
Основные положения предлагаемой модели мониторинга реализованы в системе наблюдений, оценки и прогнозирования БФХ факторов для природно-антропогенных и антропогенных комплексов аридной территории. В частности, система мониторинга БФХ факторов в УС и ГТС позволяет (с необходимой для научных и практических целей оперативностью и долгосрочнос-тью, точностью и оправдываемостью) определять для теплого сезона в целом, а также для его отдельных периодов основополагающие БФХ факторы и показатели УС и ГТС: водный и тепловой режим, химический состав почв и растительности и др.
Поскольку оптимизация техногенного воздействия на природные и урболандшафты, особенно в степной зоне, требует получения оперативной и долгосрочной информации о сложившихся и ожидаемых значениях БФХ факторов местности, то необходимо исследование территориальной и внутрисезонной изменчивости указанных условий и факторов в аридных регионах, базирующееся на выявлении закономерностей изменчивости химизма изучаемых ландшафтов и установлении взаимосвязей между природно-техногенными компонентами и режимами тепловлагообмена в УС и ГТС как основными процессами формирования любого ландшафта. Показателями биофизикохимического состояния УС и ГТС, условий накопления или миграции химических элементов, тепловых и водных ресурсов местности могут служить фазы вегетирования растительности, элементы теплового и водного балансов конкретной территории другие.
Ввиду того, что на практике количество показателей биофизикохимического состояния ландшафта велико, оценивать или прогнозировать весь их комплекс довольно сложно и экономически невыгодно из-за большой многовариантности и высокой стоимости таких процедур. Поэтому из всего множества химических, растительных, тепловодобалансовых факторов УС или ГТС необходимо выявить главные — наиболее информативные и репрезентативные, с достаточной точностью, повсеместно и несложно наблюдаемые или рассчитываемые.
Выполненный нами анализ показывает, что из рассмотренных БФХ компонентов заданного ландшафта вышеперечисленным требованиям отвечают: количественная характеристика химических веществ, фаза вегетирования фитоценоза, температура воздуха, суммарное испарение, почвенные влагозапасы, атмосферные осадки и подпитывание почвы от грунтовых вод при их неглубоком залегании. Эти элементы УС или ГТС
имеют значительную однородность пространственного распределения и выраженный сезонный ход, тесно связаны с основными процессами и факторами, обусловливающими фитогидротермическое состояние ландшафта, такими, как темпы вегетирования фитоценозов, приток (и трансформация) солнечной энергии к деятельной поверхности, степень химизма и естественного увлажнения территории.
Авторами для аридных ландшафтов (включая степные) разработаны принципы и концепции создания системы специальных методик и способов, базирующихся на оценочных и прогностических зависимостях и схемах и функционирующих на основе использования репрезентативной оперативной и долгосрочной информации о БФХ факторах, характеризующих вещественно-энергетическое состояние территории. В частности, для их оценивания и прогнозирования разработаны методические модели как совокупность теоретических положений и комплекса методов оценки сложившихся и ожидаемых количественных и качественных значений заданных БФХ факторов.
Разработанные организационно-методические основы мониторинга БФХ факторов в УС и ГТС имеют преимущества перед существующими методическими схемами из-за использования в предлагаемой модели стандартных биофизикохимических данных о доступных и высокоинформативных показателях и параметрах, а также из-за ее комплексности и несложности расчетных методов и вследствие требуемой оперативности и заблаговременности мониторинга заданных БФХ факторов.
Данные о территориальной и сезонной изменчивости БФХ факторов в УС и ГТС, полученные с использованием предлагаемых моделей, применимы в качестве информационной базы: для разработки методических и технологических основ организации и функционирования географических информационных систем; при разработке схем и графиков рекреационного обслуживания населения; для решения задач по предотвращению или исключению ущербов от аридизации и недополучения дохода от реализации потенциальной сельскохозяйственной продукции; при унификации организационного и методического обеспечения систем информационного обслуживания сельскохозяйственных, лесохозяйственных, водохозяйственных и коммунального комплексов, наиболее тесно связанных с природопользованием.
Литература
1. Рычко, О.К. Разработка базовых методологических и технологических требований к формированию и функционированию системы экологического мониторинга окружающей среды // Мат. регион. выставки «Экотехнологии 99», Оренбург: Госкомэкологии Орен. обл., 1999. С. 89—90.
2. Рычко, О.К. Варианты оптимизации основных понятий, структуры и методики географического мониторинга агра-ландшафтов в степной зоне // Проблемы геоэкологии Южного Урала. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. С. 60—63.
