К МЕТОДИКЕ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ЛОКАЛЬНЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ВОДОСБОРОВ МАЛЫХ РЕК ДОНЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

А.А. Блакберн, Н.С. Кудокоцев, Ю.А. Гукова

Источник:http://scipeople.ru/publication/100787/

Создание экологических сетей является на сегодняшний день наиболее эффективной формой сохранения ландшафтного и биологического разнообразия для регионов и стран, где так называемая дикая природа представлена в виде сильно фрагментированных участков естественного природного содержания среди общего пространства антропогенно трансформированных ландшафтов. Экологический смысл такой ситуации заключается в том, что природные территории, окруженные существенно преобразованными человеческой деятельностью ландшафтами и, вследствие этого, потерявшие пространственную связь друг с другом, с течением времени неизбежно утрачивают свое биологическое разнообразие из-за невозможности генетического и биогеохимического обмена между собой, и постепенно сливаются по своим биологическим характеристикам с окружающей их средой. Все выше сказанное есть частный случай второго начала термодинамики (закона энтропии), а в классической экологии известно как процесс инсуляризации («островной эффект») природных территорий. Чтобы избежать или минимизировать это явление, необходимо объединить в единое физическое пространство обособленные природные территории через соединяющие их и подобные им по природному содержанию участки линейной конфигурации в общую экологическую сеть природного каркаса среди преобладающего по площади антропогенного ландшафта. Возможность, таким образом, генетического и биогеохимического обмена между природными территориями (природными, или каркасными ядрами) через связывающие их линейные участки (природные, или экологические коридоры) позволяет, во-первых, долговременно сохранять биологическое разнообразие природных территорий, а, во-вторых, существенно увеличивать поле влияния средообразующих и средоподдерживающих факторов на все пространство, охваченное экологической сетью. Последнее обстоятельство особенно важно для стран и регионов, где природные территории буквально теряются среди преобразованного ландшафта. Подобное соотношение природных и антропогенных в широком смысле территорий характерно для многих регионов мира, а для большинства стран Европы является уже нормой. Неслучайно в Софии в 1995 г. на Конференции министров европейских стран по окружающей среде с целью сохранения биологического и ландшафтного разнообразия Европейского континента было принято решение о создании Паневропейской экологической сети. Согласно этому решению, каждое европейское государство должно разработать схему и план реализации своей национальной экологической сети, которые вместе и должны составить единое всеевропейское пространство природных и полуприродных территорий, соединенных общей сетью природных (экологических) коридоров. Украина вошла в этот процесс, приняв Законы «Про Загальнодержавну програму формування національної екологічної мережі України на 2000-2015 роки» и «Про національну екомережу України» [1, 2, 3].

Для полного охвата всех сохранившихся природных и полуприродных территорий, с точки зрения сохранения биологического разнообразия континента, необходима их полная инвентаризация и оценка по универсальной методике их природного содержания, а с точки зрения сохранения ландшафтного разнообразия – объединение их в пространственные кластеры в каждом физико-географическом подразделении с охватом, по возможности, всех ландшафтных комплексов своих регионов. Такой подход диктует определенный принцип иерархического построения экологической сети континента по следующей схеме: паневропейская экологическая сеть строится из национальных экологических сетей отдельных стран, они, в свою очередь, складываются из региональных экологических сетей своих регионов, а последние – из локальных экологических сетей (экосетей) более мелких территориальных подразделений. Соответственно, данная схема отражает и принцип приоритетности отнесения тех или иных природных территорий (или акваторий) на соответствующие уровни экологической сети, то есть участки природы мирового (европейского) значения считаются каркасными ядрами паневропейской сети, участки национального (для каждой страны) значения – каркасными ядрами национальной экосети, и т.д. Соответственно порядок их определения, оценки и внесения на соответствующие уровни экосети также должен проходить по такой же схеме.
Пространственная структура национальной экологической сети Украины определена Программой по ее формированию, где указаны основные ее каркасные ядра – объекты природно-заповедного фонда (ПЗФ) общегосударственного значения, а также участки территории страны, имеющие относительно большие площади с сохранившейся естественной природой. В качестве основных экологических коридоров приняты естественные участки линейной конфигурации – долины и акватории крупнейших рек Украины [2, 4].


Пространственные структуры региональных экологических сетей страны разрабатываются и реализуются органами законодательной и исполнительной власти на уровне областных администраций с привлечением местных ученых и специалистов, а также органов местного самоуправления. В частности, для Донецкой административной области был принят ряд решений по ее организации и была разработана концепция и перспективная схема ее формирования [5, 6]. В качестве ее каркасных ядер приняты все существующие в области объекты ПЗФ, а также участки региона с наибольшей концентрацией природных и полуприродных территорий. Экологическими коридорами, соединяющими каркасные ядра между собой, считается вся речная сеть области. Также в этих решениях предусмотрено формирования локальных экологических сетей на уровне отдельных административных районов Донецкой области, которые и должны заполнить собою весь каркас региональной экологической сети.

В отличие от национальной и региональных экосетей вопрос о формировании локальных экосетей методологически еще не разработан. Большинство публикаций на эту тему сводятся к простому описанию отдельных территорий или объектов ПЗФ, из которых, по мнению авторов, должны формироваться те или иные локальные экосети. Тем не менее, практически единодушно в этих публикациях ведущая роль в формировании локальных экосетей отводится водосборным территориям речных систем. Наиболее полно бассейновый подход в формировании локальных экосетей в методологическом аспекте раскрыт в статье Манюк В.В. [7]. Основной смысл этой работы сводится к тому, что формирование экологической сети вокруг крупного водосбора (на примере Днепра) должно строиться на основе создания экологических сетей всех его притоков с охватом всех природных экосистем в их водосборах и поддержания межбассейновых связей путем регулирования речных режимов на всем главном водосборе. Несомненно, что это возможно только после тщательного обследования и оценки каждого локального водосбора предполагаемой экологической сети. В условиях Донецкой области, территория которой располагается в трех региональных водосборах - Днепровском, Северско-Донецком и Азовском, основная роль в формировании региональной экосети отводится водосборам малых рек области. Формируемые в их пределах локальные экологические сети и должны составить структурную основу всей региональной экосети Донецкой области как составной части национальной экосети. Поэтому очень актуален вопрос сравнительного исследования так называемого экологического потенциала водосборов малых рек области с точки зрения приоритетности их внесения в структуру региональной экосети, равно как и определения ее структурных компонентов – природных ядер и коридоров, соответственно национального, регионального и локального уровней. В настоящей статье предлагается методика оценки экологического потенциала малых рек (на примере Донецкой области) с точки зрения формирования локальных экологических сетей в их водосборах. Данная методика предполагает оценку не только количественных показателей структуры водосборов малых рек, как-то, определение количества и площади потенциальных природных ядер в виде объектов ПЗФ и лесопокрытых участков, но и качественную их оценку через определенные показатели их биологического, ценотического и эдафического разнообразия.
В качестве объектов исследования взяты территории водосборов малых рек и находящиеся на них объекты ПЗФ и лесные участки: Объекты ПЗФ - охраняемые законом природные и полуприродные участки территории, где сосредоточено основное биологическое разнообразие региона, вследствие чего эти участки и внесены в ПЗФ. Таким образом, объекты ПЗФ должны составить основу каркаса региональной экологической сети Донецкой области (а объекты ПЗФ общегосударственного значения и крупные по площади местного значения – основу каркаса национальной экологической сети) и быть, соответственно, каркасными ядрами локальных экосетей. Лесные участки – на территории Донецкой области представлены в основном искусственными лесными насаждениями (г.о. дубовыми с примесью кленов, ясеня и акации), и в гораздо меньшей степени естественными лесными формациями (пойменные и байрачные леса), которые также подверглись значительной антропогенной трансформации вследствие пожаров, рубки, выпаса и пр. факторов. Однако, как искусственные, так и естественные леса региона помимо своих средообразующей и средоподдерживающей функций выполняют важную функцию рефугиума и расселения животного населения (г.о. лесной и лесостепной фауны), и в целом играют значительную роль в образовании биологического и ландшафтного разнообразия области. Наиболее ценные по своему биологическому разнообразию лесные участки, а также занимающие ключевое положение в характере миграции животных в экологической сети, могут быть внесены в список ПЗФ Донецкой области. Таким образом, все лесные участки региона, особенно вследствие своей многочисленности, также должны составить основу экологического каркаса региональной и локальных экологических сетей, а, в последних выступать также их ключевыми каркасными ядрами.

Водосбор малой реки – площадь водосборной территории данной реки, включающая в себя выше названные природные ядра, в котором оценивается относительная доля площади его природных ядер, суммарная балльная оценка их биологического, фитоценотического и эдафического разнообразия, а также сумма экологической значимости каждого ядра (биоцентра) на основе биоцентрично-сетевой структуры всей водосборной территории. Вполне понятно, что все перечисленные объекты обладают определенным набором индивидуальных признаков, которые в целом и определяют индивидуальные особенности локальной экосети каждого конкретного водосбора. Однако для сравнительной их характеристики или оценки необходим некоторый формальный подход в виде определения экологического потенциала, или экологического разнообразия исследуемых территорий. Этот подход предполагает оценку не только количественных характеристик выше названных объектов, но и «качественную» характеристику каждого объекта экосети и всего водосбора в целом. Эту «качественную» характеристику каждого объекта экосети можно отразить через количественную оценку его биологических и ландшафтных характеристик, выраженную в баллах. Метод балльной оценки разных количественных параметров каких-либо объектов, которые невозможно непосредственно сравнить между собой из-за различных их единиц измерения, является общепризнанным способом формализации при их сравнительной характеристике [8]. Например, метод балльной оценки природных объектов и природных территориальных комплексов для различных сфер их использования широко используется в ресурсной и рекреационной географии, в других исследованиях [9, 10]. В качестве комплексной экологической характеристики рассматриваемых объектов приняты: Sтерр – площадь водосборной территории (га);

Pв – доля водосборной территории, занятая биоцентрами,

(Рв = SSi / Sтерр)

Ni – количество биоцентров;

Si – площадь всех биоцентров в водосборе (га);

Siср – средняя площадь биоцентров в водосборе (га);

Si' – территориальная оценка в баллах площади биоцентров в водосборе;

Bi' – балльная оценка биологического разнообразия биоцентров в водосборе;

Fi' – балльная оценка флористического разнообразия биоцентров в водосборе;

Ei' – балльная оценка эдафического разнообразия биоцентров в водосборе;

SSij – сумма всех баллов, полученная биоцентрами в водосборе;

SCi - количество экологических коридоров в водосборе;

SЭi – сумма экологической значимости биоцентров в водосборе; Эв – оценка экологического потенциала водосборной территории.

Метод балльной оценки комплексной экологической характеристики объектов локальных экологических сетей.

Характеристики и их балльные оценки:

  1. Площадь

    Si (га) баллы

    S 1 - 1

    1-5 - 2

    5-10 - 3

    10-50 - 4

    50-100 - 5

    100-300 - 6

    300-500 - 7

    500-1000 - 8

    1000-2000 - 9

    S 2000 - 10


    Si' = SS Sin ,j n


    где Si' – сумма балльных оценок площади биоцентров в водосборе, n – количество биоцентров в водосборе.

  2. Биологическое разнообразие:

    Для объектов ПЗФ (источник – кадастр ПЗФ Донецкой области)

    N видов баллы

    S 100 - 1

    100-150 - 2

    150-200 - 3

    200-250 - 4

    250-300 - 5

    300-350 - 6

    350-400 - 7

    400-450 - 8

    450-500 - 9

    S 500 - 10

  3. Количество краснокнижных видов:

    Красной книги Украины: 1 вид = 0,5 балла;

    Европейский список (или Красная книга МСОП): 1 вид = 1 балл

    Для лесных участков – принимаем, что N видов 100, т.е. = 1 балл.


    Bi' = SS B nj = Bпзф + Bл ,


    где j – класс объектов (j = {ПЗФ, Леса}); n – количество объектов каждого класса; Bпзф Bл – соответственно сумма балльных оценок по каждому классу объектов по биоразнообразию; Bi' – суммарная балльная оценка по всем классам объектов по биоразнообразию в водосборе.

  4. Фитоценотическое разнообразие: количество фитоценозов – растительных сообществ (источник – кадастр ПЗФ Донецкой области)

    Для объектов ПЗФ:

    один (однообразный) фитоценоз = 1 балл;

    фитоценоз, занесенный в Зеленую книгу Украины, = 2 балла.

Для лесных участков = 1 балл.


Fi' = SSF nj = Fпзф + Fл ,


где j – класс объектов (j = {ПЗФ, Леса}); n – количество объектов каждого класса; Fпзф, FFл – соответственно сумма балльных оценок по каждому классу объектов по фиторазнообразию; Fi' – суммарная балльная оценка по всем классам объектов по фиторазнообразию в водосборе.

Эдафическое разнообразие – принимаем как разнообразие типов почв:

1 тип почв = 1 балл (для всех лесных участков); для объектов ПЗФ, если есть данные – n баллов (источник – кадастр ПЗФ Донецкой области)


Ei' = SS E nj = Eпзф + Eл ,


где j – класс объектов (j = {ПЗФ, Леса}); n – количество объектов каждого класса; Eпзф, Eл – соответственно сумма балльных оценок по каждому классу объектов по эдафическому разнообразию; Ei' – суммарная балльная оценка по всем классам объектов по эдафическому разнообразию. Совокупная балльная оценка всех биоцентров водосборной территории определяется по формуле


SSij = Si'+Bi'+Fi'+Ei'


Метод оценки экологического потенциала локальной экосети водосборной территории

Помимо балльной оценки природных территорий локальной экосети, определение ее экологического потенциала предполагает и оценочную характеристику ее пространственной структуры. Последняя слагается из общей площади водосборной территории, количества находящихся на ней биоцентров и их относительной площади в водосборе, количества коридоров в экосети, а также топологической характеристики всей локальной экосети. Топологическая структура любой экосети является наиболее важной ее характеристикой, так как отражает основную ее функцию – способность миграции (генетической и биогеохимической) между ее структурными элементами – природными ядрами (биоцентрами) посредством соединяющих их экологических коридоров. С этой точки зрения, наиболее унифицированной характеристикой экологической сети является так называемая биоцентрично-сетевая структура [11]. Данная характеристика, основываясь на теории графов, показывает степень связанности между структурными элементами экосети и роль в этом каждого биоцентра. В нашем случае наиболее значимыми является показатели центральности биоцентров. В теории графов эти показатели рассчитываются в виде матрицы доступности вершин графа, показывающей количество ребер (путей), которое проходит от каждого графа ко всем остальным. В биоцентрично-сетевой структуре экосети графами являются ее природные ядра (биоцентры), а ребрами – связывающие их экологические коридоры. Показатели центральности (миграционной доступности) биоцентров рассчитываются по индексам доступности (индексы Бавелаша, Бичема), числу Кенига и др. В данном случае для определения топологической роли биоцентров в экосети мы использовали индекс Бичема (Ri):

Ri = (Ni -1) / Ci,


где Ni – количество биоцентров в водосборе, Ci – количество коридоров, связывающая данный биоцентр со всеми остальными биоцентрами в водосборе.

Биоцентры с наибольшими значениями Bi являются центральными в биоцентрично-сетевой структуре экосети. От центрального биоцентра наиболее короткие (в топологическом смысле) пути миграции ко всем остальным биоцентрам в экосети и поэтому он заслуживает особого внимания при проектировании сети экологических коридоров, так как играет решающую роль в аспекте сохранения и восстановления биоразнообразия и обеспечения биогеохимических связей всего пространства экосети.

Помимо определения места каждого биоцентра в экосети по степени его миграционной доступности, важна также и оценка экологической значимости биоцентров, которую мы определяем как сумму всех баллов, набранных данным биоцентром по оценке занимаемой площади, биологическому, флористическому и эдафическому разнообразию, умноженную на его индекс Бичема:


Эі = Ri Sij


Соответственно, сумма экологической значимости всех биоцентров в водосборе (?Эi) дает общую оценку «экологического разнообразия» всей экологической сети данного водосбора. Для сравнительной оценки разных водосборов по этим показателям между собой необходимы еще такие характеристики, как количество находящихся в них экологических коридоров (отражающее степень разветвленности экосети) и площадь водосборной территории. В комплексе все эти характеристики и определяют, по нашему мнению, экологический потенциал всей водосборной территории с точки зрения формирования на ней экологической сети. Экологический потенциал (Эв) водосборной территории определяется как произведение суммы всех баллов, полученных биоцентрами в водосборе, на сумму экологической значимости биоцентров в водосборе и количество в нем экологических коридоров, отнесенное к площади данного водосбора:


Эв = SSij S SSЭi SSCi / Sтерр


На примере водосборных территорий шести малых рек Донецкой области – Самары, Берды, Кальчика, Бахмута, Миуса и Зеленой были определены балльная оценка составляющих их природных ядер, биоцентрично-сетевая их структура и их экологические потенциалы.

Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что в целом экологический потенциал экологической сети водосборной территории определяется не только количественными ее характеристиками, как-то количеством природных ядер и занимаемой ими площадью, но и «качественным» их составом, сложностью их топологической структуры и характером разветвленности самой сети.

Таким образом, предлагаемая нами методика позволяет сравнивать экологические потенциалы речных систем в пределах одного региона или в пределах регионов более крупных водосборных территорий и определять на этой основе приоритетность внесения их в общую структуру формирования региональных и национальной экологических сетей.


Литература:

  1. Council of Europe, UNEP & Europen Centre for Nature Conservation. The Pan Europen Biological and Landscape Diversity Strategy, a vision for Europe’s natural heritage. – Strasbourg, Tilburg, 1996/ - 45 p.
  2. Закон України “Про Загальнодержавну програму формування національної екологічної мережі України на 2000-2015 роки” // Відомості ВРУ, 2000. 47. Ст.405. 954-977.

  3. Закон України “Про екологічну мережу України” // Відомості ВРУ, 2004. 45. Ст.502. 1841-1848.

  4. Шеляг-Сосонко Ю.Р., Гродзинский М.Д., Романенко В.Д. Концепция, методы и критерии создания экосети Украины. – Киев: Фитосоциоцентр, 2004. 144 с.

  5. Блакберн А.А., Синельщиков Р.Г. Концептуальные подходы к формирования региональной экологической сети (на примере Донецкой области) // Заповідна справа в Україні, Т. 12, Вип..1, 2006, С.3-10.
  6. Блакберн А.А. Модельна схема Донецької регіональної екологічної мережі як приклад процесу її формування // Заповідна справа в Україні, Т.13, Вип.1-2, 2007, С. 6-11.
  7. Манюк В.В. Басейновий підхід до проектування та реалізації екологічної мережі на прикладі регіону Степового Придніпров’я. – Екологічний вісник, № 2(48), 2008. – с. 8-10.
  8. Арманд Д.Л. Наука о ландшафте. – М.: Мысль, 1975. – 287 с.
  9. Бовсуновская А.Я. География туризма: Учеб. пособие - Донецк: ДИТБ, 2002. – 411 с.
  10. Бейдик О.О. Рекреаційно-туристські ресурси України: Методологія та методика аналізу, термінологія, районування: Монографія. - К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2001. – 395 с.
  11. Гродзинський М.Д. Основи ландшафтної екології: Підручник. – К.: «Либідь», 1993. – 224с.