Применение экспертных методов для оценки угроз биологическому разнообразию Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 57.049

БУРОВА Наталья Викторовна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры ботаники и общей экологии Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Автор 30 научных публикаций, в т.ч. одной монографии, 4 учебно-методических пособий

РАИ Елена Анатольевна, старший преподаватель кафедры ботаники и общей экологии Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Автор 30 научных публикаций, в т.ч. одной монографии, трех учебно-методических пособий

КОРОБОВ Владимир Борисович, доктор географических наук, директор Центра развития и координации инновационной деятельности Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Автор 118 научных публикаций, в т.ч. двух монографий, одного учебно-методического пособия

ТУТЫГИН Андрей Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, доцент, проректор по финансово-экономической деятельности Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Автор 57 научных публикаций

КЛЕПИКОВСКАЯ Елена Владимировна,

младший научный сотрудник Поморского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Автор трех научных публикаций

ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРТНЫХ МЕТОДОВ

ДЛЯ ОЦЕНКИ УГРОЗ БИОЛОГИЧЕСКОМУ РАЗНООБРАЗИЮ

Экспертные методы широко используются в различных областях науки и хозяйственной деятельности. В статье показана возможность применения экспертных методов при оценке угроз биоразнообразию. Для Архангельской области определена значимость отдельных угроз, произведено ранжирование угроз, классифицирована территория по степени выраженности угроз.

Экспертные методы, биологическое разнообразие, угрозы биоразнообразию, классификация угроз

Биологическое разнообразие многими исследователями используется в качестве критерия оценки состояния экосистем. Считается, что чем выше биоразнообразие, тем устойчивее экосистема. Этот вывод основывается на том по-

ложении, что в случае поражения какого-либо компонента экосистемы ему легче находится замена - временная или постоянная, как это имеет место в пищевых цепях, когда хищники в суровые годы меняют объекты питания.

Однако имеется ряд работ, придерживающихся альтернативного взгляда на тот факт, что стабильные экосистемы характеризуются высоким разнообразием, т.к. в антропогенно нарушенных экосистемах часто наблюдается повышение биоразнообразия. Связь разнообразия и устойчивости экосистем вряд ли укладывается в простую формулу «чем больше разнообразие, тем лучше» [1].

Полагается, что по изменению величины биоразнообразия можно судить о деградации или восстановлении природных комплексов, а также сравнивать их между собой на предмет устойчивости.

Для количественной оценки величины биоразнообразия используются различные индексы [2-5].

Использование числовых индексов оценки биоразнообразия на практике, несмотря на их внешнюю простоту, вызывает целый ряд вопросов. Отметим кратко наиболее важные из них [6].

Во-первых, учесть абсолютно все виды, обитающие (или произрастающие) на данной территории, невозможно, поскольку их число даже на ограниченных участках может измеряться сотнями, а количество особей и вовсе миллионами. Во-вторых, животным и растительным сообществам присуща межгодовая изменчивость численности. Тогда не совсем ясно, какие величины использовать для расчета: если фактические значения численности для каждого года, то получим соответствующие межгодовой изменчивости колебания индексов; если среднестатистические, обобщенные за несколько лет, то становится затруднительным оценить степень изменения экосистем, особенно, если эти характеристики окажутся устойчивыми. В-третьих, какую бы малую территорию мы не рассматривали, в ее пределах виды распределены неравномерно. При этом неясно, как учитывать миграции животных. В-четвертых, общей особенностью индексов биоразнообразия является сумма отношений характеристик отдельных видов к общему их числу. Суммирование - операция, не зависящая от расположения слагаемых относительно друг друга. Применительно к расчету данных индексов это

означает, что если численность одного вида поменяется местами с численностью другого вида, то на конечном результате - величине индекса, это не скажется! А такая ситуация вполне может произойти вследствие межвидовой конкуренции. Но при этом качественное состояние экосистемы может стать принципиально иным. И, наконец, в-пятых, в большинстве индексов все виды полагаются одинаково важными. Однако хорошо известно, что роль видов в экосистеме далеко не равноценна. На практике же установить истинную категорию вида не всегда легко.

Эти методологические трудности, присущие индексам биоразнообразия, вносят большую неопределенность при использовании их в качестве критериев состояния экосистем. Но они далеко не единственные. Назовем еще несколько: отсутствие данных о наличии, характере и степени угроз биологическому разнообразию, необходимость учитывать различные показатели, измеряемые в различных единицах, проблема перевода качественных характеристик в количественные величины.

Одним из возможных подходов к решению задач классификации природных объектов является применение экспертных оценок [7]. Сущность экспертных методов заключается в декомпозиции проблемы на составляющие, которые затем подлежат экспертному оцениванию. Суждения экспертов представляются в числовом виде или переводятся в него путем обработки их суждений, представленных качественными соотношениями. Суммирование найденных оценок позволяет сравнивать объекты между собой или состояние объекта в различных временных промежутках.

Задача оценки угроз биологическому разнообразию может быть формализована экспертными методами следующим образом.

1. Выделяются факторы, представляющие угрозу биоразнообразию.

2. Путем экспертного опроса определяется значимость каждого фактора или находятся весовые коэффициенты факторов.

3. Производится экспертное ранжирование угроз по каждому участку территории.

4. Коэффициенты значимости (или весовые коэффициенты) и ранги усредняются.

Расчет усредненных оценок угроз для каждого участка территории производится по формуле:

П

м] = Е ^ = + ^2 + ••• + кгп, (!)

i-1

где - средний коэффициент значимости (или весовой коэффициент), г) - средний ранг,

1= 1 ...п,- число факторов,

7 - число сравниваемых участков.

Средние значения и г1 вычисляются по формулам (2) и (3) соответственно:

р=1

(2)

(3)

гдер = 1...т - число экспертов.

Выбор в качестве множителя коэффициента значимости или весового коэффициента - дело вкуса, но надо иметь в виду, что эти коэффициенты имеют принципиальные различия. Весовые коэффициенты представляют собой количественную оценку вклада фактора в конечный результат, или, другими словами, показывают долю конкретного фактора среди других факторов. Коэффициенты значимости являются числовыми отношениями факторов относительно друг друга по той роли, которую они играют в функционировании исследуемого объекта. Есть и формальные различия между ними, вытекающие из их назначения: сумма весовых коэффициентов есть фиксированное число, обычно принимаемое за единицу или 100% (но может быть выбрана и любая другая константа), в то время как на сумму коэффициентов значимости такие ограничения не накладываются. Но в частных случаях эти суммы могут совпадать, что еще больше усиливает путаницу.

Рассмотрим на примере Архангельской области, как технология, заложенная в формулу (1), может быть применена к оценке угроз биологическому разнообразию.

В качестве исходной классификации факторов нами взята общая классификация прямых угроз Международного союза охраны природы [8]. В этом документе под прямой угрозой понимается «непосредственная (антропогенная) деятельность, которая вызвала, вызывает или может вызвать разрушение, деградацию и/или ухудшение биологической среды и природных процессов».

На сегодняшний день данная классификация является наиболее полной и универсальной. В ней учитывается 47 типов прямых угроз, сгруппированных в 11 блоков. Для полноты восприятия дальнейшего приведем эту таблицу полностью {табл. 1).

К данной работе был привлечен 21 эксперт. В число экспертов входили представители вузов, государственных служб, научно-исследовательских, природоохранных и хозяйственных организаций, стаж профессиональной деятельности которых в сфере экологии составлял не менее пяти лет. Процедура экспертного оценивания была организована путем индивидуального опроса с последующим усреднением полученных результатов.

Объектами экспертной оценки были группы угроз биологическому разнообразию и ранжирование административных образований Архангельской области по степени проявления этих угроз.

На первом этапе экспертами посредством расстановки коэффициентов значимости в интервале от 0 до1 были оценены группы угроз. На этой стадии исследований оценка каждой угрозы не производилась - они использовались в качестве справочного материала для работы экспертов. Но, в принципе, можно создавать многоуровенные иерархии, что нередко можно видеть в различных экспертно-аналитических системах. Результаты оценивания представлены в табл. 2.

Затем эксперты должны были расставить ранги угроз биоразнообразию для отдельных

Таблица 1

ВИДЫ УГРОЗ БИОЛОГИЧЕСКОМУ РАЗНООБРАЗИЮ

№ Группы угроз Угрозы биологическому разнообразию

1 Промышленная и жилая застройка • Жилищное строительство и городские территории • Промышленные и индустриальные зоны • Туризм и зоны отдыха

2 Сельское хозяйство и аквакультура • Однолетние и многолетние зерновые культуры • Плантации для выращивания древостоев с целью получения древесины и волоконного сырья • Животноводство • Аквакультура

3 Использование небиологических ресурсов • Нефтяные и газовые разработки • Горное дело и разработка полезных ископаемых • Неистощимые источники энергии

4 Транспортные пути • Автомобильные и железные дороги • Магистральные трубопроводы • Линии электропередач • Морские пути • Воздушные трассы

5 Использование биологических ресурсов • Охота • Сбор растений • Заготовка древесины и лесовыращивание • Рыбалка и сбор водных ресурсов

6 Экспансия человека и нарушение им природного баланса • Рекреация • Войны, гражданские волнения и применение военных сил • Работа и иная деятельность

7 Изменение естественной среды • Пожары и пожаротушение • Дамбы и пользование водными объектами • Другие изменения экосистем

8 Агрессивные и другие проблематичные виды • Агрессивные виды, пришлые или завезенные • Агрессивные местные виды • Интродуценты

9 Загрязнение • Коммунально-бытовые и городские сточные воды • Промышленные и военные отходы • Отходы сельского и лесного хозяйства • Твердые отходы • Загрязнители воздушной среды • Энергетическое загрязнение

10 Геологические явления • Вулканы • Землетрясения и цунами • Обвалы и оползни

Окончание таблицы 1

№ Группы угроз Угрозы биологическому разнообразию

11 Изменения климата и опасные метеорологические явления • Изменение мест обитания • Засуха • Экстремально низкие или экстремально высокие температуры • Шторма и наводнения

Примечание: курсивом отмечены угрозы, которые применительно к Архангельской области не оценивались.

Таблица 2

ЗНАЧИМОСТЬ УГРОЗ БИОЛОГИЧЕСКОМУ РАЗНООБРАЗИЮ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

Группы угроз биологическому разнообразию Средний коэффициент значимости

Использование биологических ресурсов 0,63

Изменение естественной среды 0,58

Загрязнение 0,57

Использование небиологических ресурсов 0,51

Промышленная и жилая застройка 0,46

Изменения климата и опасные метеорологические явления 0,44

Транспортные пути 0,42

Экспансия человека и нарушение им природного баланса 0,41

Агрессивные и другие проблематичные виды 0,36

Сельское хозяйство и аквакультура 0,35

Геологические явления 0,30

административных районов Архангельской области. Значения рангов устанавливались от 1 до11 по мере увеличения вероятности угрозы на конкретной территории. Итоги ранжирования районов, усредненные по данным всех экспертов, приведены в табл. 3.

Коэффициенты значимости, округленные до десятых {табл. 2) построчно умножаются на соответствующие средние ранги по районам {табл. 3). Например: использование биологических ресурсов для Вельского района - коэффициент значимости 0,6 х средний ранг 11= 6,6.

Полученные значения суммируются по вертикали для каждого района. Определенные таким образом числа являются основой для проведения классификации территории по степени выраженности угроз.

Классификацию объектов можно провести множеством способов. Выбор конкретного

метода зависит от многих обстоятельств, в т.ч. и от характера исходных данных. Единых рекомендаций здесь нет, и правила классификации устанавливаются самими исследователями [9].

Для ранжирования угроз по средним коэффициентам значимости была использована широко известная в эконометрике шкала Харрингтона [10], преобразованная для трех интервалов за счет объединения 1-2 и 4-5 интервалов начальной шкалы {табл. 4).

Интегральные оценки угроз по отдельным районам оказались близкими: от 32,2 до 33,0 баллов, что свидетельствует о примерно равномерном влиянии угроз на биоразнообразие территории. Следовательно, для классификации территорий достаточно применить дихотомический подход, выделяя всего два класса по принципу «более уязвимые -

Таблица 3

СРЕДНИЕ РАНГИ УГРОЗ БИОЛОГИЧЕСКОМУ РАЗНООБРАЗИЮ ПО РАЙОНАМ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

Административные районы

СП

Группы угроз биологическому разнообразию

Использование биологических ресурсов

Изменение естественной среды____________________

Загрязнение

Использование

небиологических

ресурсов_________________

Промышленная и жилая

застройка________________

Изменения климата и опасные метеорологические явления

Транспортные пути Экспансия человека и нарушение им природного баланса Агрессивные и другие проблематичные виды Сельское хозяйство

и аквакультура___________

Геологические явления

Вельский Верхнетоемский Вилегодский Виноградовский Каргопольский 1 Коношский Котласский Красноборский Ленский Лешуконский Мезенский Няндомский 1 Онежский Пинежский Плесецкий — Приморский Устьянский Холмогорский « я и о « 0) а

11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 8 11 11 11

8 10 9 9 10 9 6 10 10 10 10 9 10 10 6 6 10 9 10

5 4 4 4 5 5 7 4 4 5 5 5 4 4 5 10 5 4 4

4 5 5 5 4 4 4 5 5 7 8 4 8 7 10 5 4 5 5

6 6 6 7 6 6 9 6 6 8 6 8 7 6 9 11 9 6 6

2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 3 2 2 2 2 3

10 7 10 10 7 10 10 8 9 6 7 10 6 8 7 8 6 10 9

7 9 8 8 8 7 8 7 7 9 9 7 9 9 8 7 7 7 7

3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 3 3 2 3 3 3 3 2

9 8 7 6 9 8 5 9 8 4 4 6 5 5 4 4 8 8 8

1 1 1 1 1 1 1 11111 1 1 1 1 1 1 1

Бурова П.В. и др. Применение экспертных методов для оценки угроз...

Таблица 4

РАНЖИРОВАНИЕ УГРОЗ БИОЛОГИЧЕСКОМУ РАЗНООБРАЗИЮ НА ТЕРРИТОРИИ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

Ранг Коэффициент значимости Группы угроз

Слабая 0,00-0,37 Геологические явления Сельское хозяйство и аквакультура Агрессивные и другие проблематичные виды

Средняя 0,38-0,62 Экспансия человека и нарушение им природного баланса Транспортные пути Изменения климата и опасные метеорологические явления Промышленная и жилая застройка Использования небиологических ресурсов Загрязнение Изменение естественной среды

Сильная 0,63-1,00 Использование биологических ресурсов

менее уязвимые», критериальной границей которых будет среднее значение, равное 32,6 балла. Результаты группировки представлены на рисунке.

В первую группу, где угрозы биологическому разнообразию менее выражены, вошли районы южной и центральной части области за исключением Устьянского. Группу административных образований с более выраженными угрозами составили районы севера области, а также Устьянский на юге. Таким образом, более высокая степень угроз характерна для антропогенно освоенных районов (Приморский, Плесецкий) и районов, расположенных в северной части области. Географическая приуроченность степени выраженности угроз связана с тем, что северные территории имеют невысокое биологическое разнообразие, короткие пищевые цепи, замедленный круговорот веществ, замедленные процессы самовосстановления и самоочищения, более уязвимы к неблагоприятным воздействиям.

Выводы.

1. Метод экспертных оценок вполне приемлем для ранжирования угроз биологическому

разнообразию. Полученные результаты непротиворечивы как по содержанию, так и по районированию административных образований.

2. Из угроз биологическому разнообразию на территории Архангельской области наибольшую опасность представляет использование биологических ресурсов. К средней категории значимости угроз экспертами отнесены: экспансия человека и нарушение им природного баланса, транспортные пути, изменения климата и опасные метеорологические явления, промышленная и жилая застройка, использования небиологических ресурсов, загрязнение, изменение естественной среды. Наименее значимыми факторами эксперты признали геологические явления, сельское хозяйство и аквакультуру, агрессивные и другие проблематичные виды.

3. Общая картина проявления угроз достаточно однородна, что объясняется слабой выраженностью природных угроз, малоосвоеннос-тью территории и компактным расположением источников антропогенных угроз, которые сосредоточены в нескольких центрах: Архангельск, Новодвинск, Северодвинск и Котлас, Коряжма, Сольвычегодск.

Распределение территории Архангельской области по степени угроз биологическому разнообразию

Список литературы

1. Алимов А.Ф., Левченко В.Ф., СтаробогатовЯ.И. Биоразнообразие, его охрана и мониторинг//Мониторинг биоразнообразия. М., 1997. С. 16-25.

2. Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы: пер. с англ. М., 1980.

3. Мегарран Э. Экологическое разнообразие и его измерение. М., 1992.

4. Лебедева Н.В., Криволуцкий Д.А. Биологическое разнообразие и методы его оценки II География и мониторинг биоразнообразия. М., 2002. С. 13-142

5. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. Тольятти, 2003.

6. Коробов В.Б. Проблемы использования индексов оценки биологического разнообразия II Экологические проблемы. Взгляд в будущее: сб. тр. Vмеждунар. науч.-практ. конф. Ростов н/Д, 2008. С. 246-248.

7. Его же. Экспертные методы в географии и геоэкологии. Архангельск, 2008.

8. IUCN-CMP. 2006. Unified Classification of Direct Threats, Version 1.0.URL: http://www.iucn.org/.

9. Моисеев H.H., ИваниловЮ.П., СтоляроваЕ.М. Методы оптимизации. М., 1978.

10. Harrington Е.С. Thedesirable function II Industrial Quality Control. 1965. V. 21. № 10.

Burova Natalia, Ray Elena, Korobov Vladimir, Tutygin Andrey, Klepikovskaya Elena

APPLICATION OF EXPERT METHODS IN BIODIVERSITY THREAT ASSESSMENT

Expert methods are widely used in various fields of science and economic activities. This article shows applicability of expert methods in assessment of threats to biodiversity. It defines significance of separate threats, presents threat ranking and classification of the area by severity of threats for the Arkhangelsk region

Контактная информация: Бурова Наталья Викторовна e-mail\ glasova@atknet.ru Рай Елена Анатольевна e-mail', elenarai@mail.ru Коробов Владимир Борисович e-mail', korobowb@pomorsu.ru, korobov@atknet.ru Тутыгин Андрей Геннадьевич e-mail', andgt@pomorsu.ru Клепиковская Елена Владимировна e-mai I: luna2811 @mail .ru

Рецензент - Феклистов П.А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор, заведующий кафедрой экологии и защиты леса Архангельского государственного технического университета