Геоэкологические исследования для целей ландшафтного планирования Пензенской области

ГЕОГРАФИЯ

УДК 504.062

С. Н. Артемова

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ЛАНДШАФТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация. Актуальность и цели. Ландшафтное планирование необходимо при разработке региональных программ территориального развития. Для разработки ландшафтной программы Пензенской области наиболее актуальными являются исследования и научные обоснования экологических зон, в той или иной степени регламентирующих хозяйственную деятельность. Материалы и методы. Для разработки модели общенаучной карты Пензенской области использовался синтетический метод, основанный на анализе дешифровочных признаков космофотоснимков, выполненном с ресурсного спутника ЬаМБа! 7, и использовании программного комплекса ЕКЭА8 ГМАвЫЕ. Исходными материалами для классификации ландшафтов по устойчивости к химическим воздействиям послужили картографические и фондовые материалы по геологии, геоморфологии, гидрогеологии и почвам Пензенской области. Критерии устойчивости разрабатывались на основании общих принципов геохимической классификации ландшафтов, разработанных А. И. Перельманом и М. А. Гла-зовской. При разработке модели экологического каркаса использовались методические наработки института географии РАН, МГУ им. Н. П. Огарева г. Саранска, а также база данных для ландшафтной карты Пензенской области. Результаты. Для ландшафтного планирования Пензенской области проведен ряд ландшафтно-экологических исследований, включающих создание модели общенаучной ландшафтной карты, классификацию ландшафтных рисунков, классификацию ландшафтов по устойчивости к техногенным воздействиям, модель экологического каркаса. На ландшафтной карте отражены результаты типологического и регионального районирования. Всего на ландшафтной карте выделено 4 вида ландшафтов, 17 типов местностей и 28 ландшафтных районов. Основными процессами формирования ландшафтов являются экзогео-динамические (эрозионные, суффозионные, оползневые). По устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами все ландшафты разделены на три группы:

1 - слабоустойчивые, 2 - среднеустойчивые, 3 - наиболее устойчивые. Наиболее уязвимыми являются пойменные и овражно-балочные геосистемы. Основными (региональными) зонами экологического равновесия являются смешанные леса бассейна Вада, Мокши и левобережья Суры, простирающиеся с севера на юг. Они представляют зону экологической защиты области от техногенных систем Центральной России. Выводы. Закономерности ландшафтной дифференциации обосновывают разработку прикладных геоэкологических карт. Наиболее устойчивыми к химическому воздействию являются ландшафты междуречий вторично-моренных равнин. Ядрами экологического каркаса являются наиболее уязвимые элементы природного каркаса Пензенской области. Рекомендуемые зоны экологического равновесия играют основную средоформирующую роль и не должны включаться в хозяйственное использование.

Ключевые слова: ландшафт, ландшафтное планирование, устойчивость ландшафтов, зоны экологического равновесия.

S. N. Artemova

GEOECOLOGICAL INVESTIGATION FOR LANDSCAPE PLANNING IN PENZA REGION

Abstract. Background. Landscape planning is necessary for the development of regional programs of territorial development. Research and scientific study of ecological zones that in one way or another regulate economic activity are the most relevant for determining landscape program in Penza region. Materials and methods. To develop a model of general scientific map of Penza region we used the synthetic method based on the analysis of deciphered signs of satellite photos, performed with resource satellite Landsat 7 and the use of complex software ERDAS IMAGNE. The starting materials for landscape classification according to their sustainability to chemical attack are cartographic and fund data on geology, geomorphology, hydrogeology and soils of Penza region. The sustainability criteria were developed on the basis of the general principles of the geochemical landscape classification developed by A. I. Perelman and M. A. Glazovskaya. While developing the model of ecological framework the methodological experience of the RAS Institute of Geography, MSU named after N. P. Ogarev, Saransk, as well as a database to map the landscape of Penza region were used. Results. A number of ecological landscape studies involving the creation of a general scientific landscape map model, landscape drawing classification, landscape classification based on resistance to anthropogenic impacts, ecological frame model were carried out for landscape planning in Penza region. The landscape map shows the results of typological and regional zoning. Four landscape kinds, 17 locality types and 28 landscape areas are reflected on the landscape map. The main landscape formation processes are exogeodynamic (erosion, suffusion, landslide) ones. According to the sustainability to heavy metal contamination all the landscapes are divided into three groups: 1 - low-sustainable,

2 - medium-sustainable, 3 - the most -sustainable. The most vulnerable are the floodplain and ravine-gully geosystems. The main (regional) ecological equilibrium zones are mixed forests in the basins of the Vada, the Moksha and the left bank of the Sura, stretching from the north to the south. They represent an ecological protection zone of the territory from anthropogenic systems of Central Russia. Conclusions. The regularities of landscape differentiation justify the development of applied geo-ecological maps. The landscapes of secondary moraine interfluve plains are the most resistant to chemicals. Ecological frame nuclei are the most vulnerable elements of Penza region natural framework. The recommended ecological equilibrium zones play a major environment-forming role and should not be used in the economic activity.

Key words: landscape, landscape planning, landscape sustainability, ecological equilibrium zones.

Введение

В рамках программы устойчивого развития России в субъектах Федерации разрабатываются региональные программы территориального развития. К сожалению, в РФ не отработаны вопросы типологии планов территориального развития, не определены их юридический статус, процедура планирования. Для выбора путей устойчивого территориального развития необ-

ходимы корректная оценка природно-ресурсного потенциала, экологических и социально-экономических условий территории и определение возможных вариантов оптимизации землепользования. В качестве инструментария планирования этого развития могут служить методические приемы ландшафтного планирования (ЛП) [1]. Наряду с градостроительным планированием на каждом административном уровне необходимо проводить ландшафтное планирование. Разработка ландшафтных планов отдельных регионов России позволит уменьшить развитие деструктивных геоэкологических процессов в ландшафтах и определить стратегию устойчивого развития территорий.

Основы современного конструктивного направления ландшафтного планирования были заложены в трудах отечественных ученых В. В. Докучаева, Г. Н. Высоцкого, Г. Ф. Морозова, Л. Г. Раменского, Д. Л. Арманда, М. А. Глазовской, А. Г. Исаченко, Н. С. Касимова, В. С. Преображенского, Н. А. Солнцева, В. Б. Сочавы, В. А. Николаева и др.

Ландшафтное планирование в России развивается с 1994 г., когда в рамках Соглашения о сотрудничестве в области охраны окружающей среды между РФ и ФРГ (1992 г.) был заключен договор о разработке проекта экологически сбалансированного развития Прибайкальского региона. В ходе выполнения проекта российские ученые сибирского отделения РАН разработали принципы ландшафтного планирования, концепцию его развития в России, методические рекомендации и руководство по ЛП [2]. В РФ определены следующие иерархические уровни ЛП, согласованные с уровнями градостроительного планирования: ландшафтная программа - рекомендуется разрабатывать для территорий субъектов РФ; рамочный ландшафтный план -для административных районов субъектов РФ; ландшафтный план - для конкретных субъектов хозяйственной деятельности на низшем административно-территориальном уровне.

Создание единых региональных ландшафтных планов на одной методологической основе перспективно для стратегии устойчивого развития России. К сожалению, в России отсутствует правовая база для использования ЛП, развития его методов. Широкое внедрение ландшафтного планирования ограничивается отсутствием сплошной ландшафтной съемки на территорию России.

В Пензенской области отсутствуют средне- и крупномасштабные ландшафтные карты, оценочные геоэкологические карты, что вызвало затруднения при разработке территориальной комплексной схемы градостроительного планирования. Это обуславливает необходимость и актуальность ландшафтно-экологических исследований Пензенской области для ландшафтного планирования.

Для разработки ландшафтной программы Пензенской области основными направлениями исследования являются: выявление и исследование наиболее значимых геоэкологических проблем и кризисных ситуаций; поиск причин их возникновения, учет особенностей функционирования и взаимодействия селитебных, промышленных, транспортных, горно-технических, сельскохозяйственных, рекреационных, природоохранных элементов природно-социально-производственных систем и экологическое обоснование хозяйственной деятельности. Результатом работ должны быть серии карт, обосновывающих выделение типов экологических зон, в той или иной мере рег-

ламентирующих хозяйственную деятельность. Как показывает практика региональных исследований, работы по ландшафтному планированию целесообразно осуществлять на основе синтетических ландшафтных карт, составленных на базе инструментального и визуального дешифрирования материалов дистанционного зондирования Земли. Эффективность исследований значительно возрастает при использовании электронных ландшафтных карт.

Для разработки ландшафтного плана Пензенской области проведены геоэкологические исследования, включающие разработку общенаучной синтетической ландшафтной карты, геоэкологическую оценку устойчивости ландшафтов к химическому воздействию и разработку модели экологического каркаса.

1. Материал и методы исследований

В своей работе мы основывались на системном, хорологическом (гео-информационном), ландшафтном, историко-генетическом, природопользовательском и социально-экологическом принципах, изложенных в «Руководстве по ландшафтному планированию» [1]. При выработке основных направлений и методов исследования мы опирались на теорию взаимодействия общества и природы, на знание законов формирования, функционирования и динамики ландшафтов как целостных образований, на концепцию поляризованного ландшафта, теоретическое обоснование которой нашло отражение в работах Б. Б. Родомана [3].

Для разработки модели общенаучной ландшафтной карты Пензенской области использована электронная ландшафтная карта Республики Мордовия, функционирующая в региональной ГИС «Мордовия» [4]. В качестве основных объектов картографирования выступают ландшафты, местности и урочища (рис. 1).

Общая схема работ включает следующие процедуры: подготовку цифровых данных дистанционного зондирования; цифровую обработку изображений; создание основы для применения ГИС-технологий для анализа космических изображений; визуальный анализ космических снимков и интерпретацию количественных и качественных признаков состояния ландшафтов; картографическое оформление результатов исследования. В качестве исходных данных о структурно-генетической основе ландшафтов, характере и степени антропогенной трансформации природных комплексов использованы тематические карты и космические снимки Ьа^8а1 7. Для дешифрирования космических снимков в работе использован программный комплекс ЕКОА8 1МАвКЕ.

Исходными материалами для классификации ландшафтов по устойчивости к химическим воздействиям послужили картографические и фондовые материалы по геологии, геоморфологии, гидрогеологии и почвам Пензенской области. Критерии устойчивости разрабатывались на основании общих принципов геохимической классификации ландшафтов, разработанных А. И. Перельманом и М. А. Глазовской.

При разработке модели экологического каркаса использовались методические наработки института географии РАН [5], МГУ им. Н. П. Огарева г. Саранска [4], а также база данных для ландшафтной карты Пензенской области.

--4-1 'Ш -4.2 В -4-3 П -4.4 Рис. 1. Ландшафтная карта Пензенской области

2. Результаты и обсуждение

Для территории Пензенской области и соседней Мордовии общим является позиционный фактор формирования ландшафтов. Это положение в пределах Окско-Донской равнины и западных склонов Приволжской возвышенности, пограничное положение между приподнятыми геологическими структурами палеогена на востоке и меловыми отложениями на западе, воздействие древнего ледника и его талых вод на западе. Ведущим фактором ландшафтной дифференциации является литогенная основа, формирующая инвариантную основу развития гидроклиматогенных, почвообразовательных, биогенных процессов, значительно трансформированных хозяйственной деятельностью.

Особенности генезиса, развития и характера взаимодействия зональных и азональных факторов определяют функционирование в пределах Пензенской области лесостепных ландшафтов эрозионно-денудационных и вторичных моренных равнин Приволжской возвышенности, лесных ландшафтов водно-ледниковых равнин Окско-Донской низменности. Выявлено закономерное размещение природных комплексов с доминированием лесных «А» и лугово-степных ландшафтов «Б» (см. рис. 1).

Всего на ландшафтной карте выделено 4 вида ландшафтов, 17 типов местностей и 28 ландшафтных районов. Для всех типов местности даны описания литогенной основы (геологическое строение, рельеф), поверхностных и подземных вод, почв, растительности. Геосистема ранга местности чаще всего совпадает с границей определенного вида использования земель, по-

этому важно выявить особенности ее морфологического строения, сопряжения геосистем, основные направления природных процессов. Эти задачи решает такое прикладное направление ландшафтоведения, как «Рисунок ландшафта».

Для каждого типа местности выполнена схема и проведен анализ рисунка ландшафта (рис. 2), что позволяет выявить особенности геоэкологических процессов в сопряженных геосистемах на локальном уровне (урочищ и подурочищ). Такая картографическая информация может служить основой для составления рамочных планов при ландшафтном планировании административных районов Пензенской области.

Рис. 2. Рисунок ландшафта слабоволнистых поверхностей с западинными формами рельефа верхнего плато Приволжской возвышенности, сложенных элювиально-делювиальными отложениями палеогеновых песков и песчаников: а - гидрогенный ландшафт суффозионных западин; б - ложбины стока; в - литогенный ландшафт межзападинных пространств

Следующий этап развития электронной ландшафтной карты для целей ландшафтного планирования территории заключается в сопряженном использовании общенаучной ландшафтной карты, характеризующей инварианты природных комплексов, с информацией о техногенных системах и геоэкологических трансформациях природных комплексов.

Анализ ландшафтной карты, механического и химического составов почвогрунтов в зоне аэрации, закономерностей сопряжения геохимических ландшафтов, глубины залегания и химического состава подземных вод позволил провести классификацию ландшафтов Пензенской области по устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами. Классификация проведена с учетом геохимической обстановки в разных ландшафтах Пензенской области. Наибольшие различия геохимической обстановки наблюдаются в следующих геосистемах: в автономных и сопряженных ландшафтах; в ландшафтах, которые подвергались и не подвергались оледенению (Засурье); которые в своем строении имеют разные следы геохимической обстановки древних эпох (Приволжская возвышенность и Окско-Донская равнина, лесные и степные); в ландшафтах с разными типами почвенно-растительного покрова и почвообразующих пород (лесные, степные, пойменные и др.). Основным критерием эколого-геохимической оценки устойчивости ландшафтов в пределах геохимических районов Пензенской области является способность почв к накоплению или выносу металлов. Показателями устойчивости почв явля-

ются: механический состав почв, кислотность, мощность гумусового горизонта, геохимические барьеры. Проведенная оценка позволила нам разделить все ландшафты Пензенской области на три группы: 1 - слабоустойчивые,

2 - среднеустойчивые, 3 - наиболее устойчивые.

Разработанная классификация может использоваться при функциональном зонировании и выделении разных типов экологических зон.

Большое значение для ландшафтного планирования имеет пространственное сочетание элементов зон экологического равновесия и хозяйственного (экономического) каркаса. К зонам экологического равновесия относят наиболее уязвимые и значимые элементы природного каркаса, которые должны составлять экологический каркас региона с системой особо охраняемых природных территорий (ООПТ). Созданная в начале 70-х гг. XX в. сеть ООПТ не имела под собой четкой теоретической базы, поэтому в пределах регионов, в том числе и в Пензенской области, появился несбалансированный набор объектов, реальная защищенность которых сомнительна, а средостабилизирующие возможности невелики.

Анализ морфологической структуры ландшафтов, особенностей развития физико-географических условий формирования речного и подземного стоков, истории хозяйственного освоения и особенностей развития геоэкологических процессов позволяет выделить зоны экологического равновесия, которые должны составить основу экологического каркаса территории Пензенской области (рис. 3). Основными (региональными) зонами экологического равновесия являются смешанные леса бассейна Вада, Мокши и левобережья Суры, простирающиеся с севера на юг. Они представляют зону экологической защиты области от техногенных систем Центральной России. Значение этих зон велико также в связи с активным участием выделенных ландшафтов в обеспечении формирования устойчивого речного и подземного стоков.

Зонами экологического равновесия областного значения должны стать примокшанские леса и ПТК с большой лесистостью Засурья. Их значение весьма велико с позиций поддержания равновесия водного баланса, ограничения развития эрозионных процессов. С зонами регионального и областного значения должны быть согласованы каркасные элементы районного значения. Зоны экологического равновесия разных уровней образуют единую сеть экологических «коридоров», которые соединят примокшанские и присурские лесные массивы, обеспечат условия миграции животных и растений. Площадь лесов в зонах экологического равновесия должна быть увеличена с учетом динамики лесопокрытых территорий.

Выделенные особенности пространственной организации зон экологического равновесия показывают целесообразность организации заказников в приводораздельных типах местностей ландшафтов широколиственных лесов и лесостепей вторичных моренных равнин.

Заключение

Анализ ландшафтной карты позволяет выделить следующие закономерности природной дифференциации на территории Пензенской области: 1) географическое соседство лесостепных ландшафтов Приволжской возвышенности и лесных геосистем Окско-Донской низменности обуславливает хорошую выраженность границ природных комплексов эрозионно-денудаци-

онных, вторичных моренных и водно-ледниковых равнин; 2) для лесостепных ландшафтов эрозионно-денудационных и вторичных моренных равнин отчетливо проявляется ступенчатый ландшафтный рисунок, обусловленный высотной сменой лесных геокомплексов приводораздельных пространств лугово-степными природными территориальными комплексами на нижних участках склонов; 3) позиционные факторы, трансформация энергетических и вещественных потоков литогенной основы определяют закономерности распространения фитоценозов и встречаемость редких видов растений; 4) процессы хозяйственного освоения носят выборочный характер.

Закономерности ландшафтной дифференциации обосновывают разработку прикладных геоэкологических карт. Наиболее устойчивыми к химическому воздействию являются ландшафты междуречий вторично-моренных равнин. Ядрами экологического каркаса являются наиболее уязвимые элементы природного каркаса Пензенской области. Рекомендуемые зоны экологического равновесия играют основную средоформирующую роль и не должны включаться в хозяйственное использование. Дальнейшие исследования должны включать анализ взаимодействия природных и производственных систем.

Список литературы

1. Руководство по ландшафтному планированию : в 2-х т. - М. : Государственный центр экологических программ, 2000-2001.

2. Антипов, А. Н. Ландшафтное планирование как инструмент управления природопользованием (на примере Байкальского региона) / А. Н. Антипов, Ю. М. Семенов // Известия РАН. Сер. Географическая. - 2006. - № 5. - С. 82-91.

3. Родоман, Б. Б. Поляризация ландшафта как средство сохранения биосферы и рекреационных ресурсов / Б. Б. Родоман // Ресурсы, среда, расселение. - М. : Наука, 1974. - С. 150-162.

4. Ямашкин, А. А. Геоинформационные технологии в ландшафтном планировании и прогнозировании деструктивных геоэкологических процессов / А. А. Ямашкин, А. К. Коваленко // Мордовия: наука, инновация, новые технологии. - 2004. -№ 2. - С. 16-21.

5. Колбовский, Е. Ю. Ландшафтное планирование и формирование сетей охраняемых природных территорий / Е. Ю. Колбовский, В. В. Морозова. - М. ; Ярославль : Институт географии РАН, Изд-во ЯГПУ, 2001. - 152 с.

References

1. Rukovodstvo po landshaftnomu planirovaniyu: v 2-kh t. [Guidance on landscape planning: in 2 volumes]. Moscow: Gosudarstvennyy tsentr ekologicheskikh programm, 2000-2001.

2. Antipov A. N., Semenov Yu. M. Izvestiya RAN. Ser. Geograficheskaya [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Series Geography]. 2006, no. 5, pp. 82-91.

3. Rodoman B. B. Resursy, sreda, rasselenie [Resources, environment, dissemination]. Moscow: Nauka, 1974, pp. 150-162.

4. Yamashkin A. A., Kovalenko A. K. Mordoviya: nauka, innovatsiya, novye tekhnologii [Mordovia: science, innovation, new technologies]. 2004, no. 2, pp. 16-21.

5. Kolbovskiy E. Yu., Morozova V. V. Landshaftnoe planirovanie i formirovanie setey okhranyaemykh prirodnykh territoriy [Landscape planning and formation of networks of protected natural territory]. Moscow ; Yaroslavl: Institut geografii RAN, Izd-vo YaGPU, 2001, 152 p.

Артемова Серафима Николаевна

кандидат географических наук, доцент кафедра географии, Пензенский государственный университет

E-mail: art-serafima@yandex.ru

УДК 504.062 Артемова, С. Н.

Геоэкологические исследования для целей ландшафтного планирования Пензенской области / С. Н. Артемова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Естественные науки. - 2013. - № 2 (2). -С. 110-119.

Artemova Serafima Nikolaevna Candidate of geographical sciences, associate professor, sub-department of geography, Penza State University