Процесс антропогенизации ландшафтов: подходы, диагностирование, моделирование
Иванов Евгений Анатольевич,
кандидат географических наук, доцент, докторант кафедры конструктивной географии и картографии Львовского национального университета им. Ивана Франко, Украина.
Рассмотрены подходы к изучению процесса антропогенизации ландшафтных систем: генетического, ландшафтного, бассейнового, функционального, геотехсистемного и антропоэкосистемного. Определены главные диагностические признаки обнаружения ландшафтных систем на местности, дешифрирования и картографирования антропогенных и антропогенно-трансформированных геосистем. Сформулированы принципы картографического и ГИС-моделирования антропогенных ландшафтов. При этом целесообразно выявлять четкие таксономические единицы: ландшафтные местности, стрии (полосы) и сложные урочища.
Ключевые слова: антропогенизация, ландшафтные системы, антропогенные геосистемы, антропогенно-трансформированные геосистемы.
The approaches to studding landscape systems anthropogenization process: genetic, landscape, basin, functional, geotechsystem and anthropoecosystem were considered. Defining main diagnostic features of studies on terrain, interpretation and mapping anthropogenic and anthropogenic-transformed (modified) geosystems. Advisable is detecting only precise taxonomic units: landscape locations, formations (belts) and complex tract are proved.
Keywords: anthropogenization, landscape systems, anthropogenic geosystems, anthropogenic-transformed geosystems.
Введение
В конце XIX – первой половине ХХ в. в Украине активизировался процесс антропогенизации природной среды, появляются антропогенные ландшафты, отличающиеся от природных образований. Под антропогенными ландшафтами (англ. cultural landscapes) понимают географические ландшафтные системы, образованные вследствие целенаправленной деятельности человека или непрямого ее влияния на естественный ландшафт. Такие ландшафты состоят из природных и измененных человеком составляющих (компонентов), взаимодействующих между собой [1]. Процесс трансформации окружающей природной среды в результате человеческой деятельности называют антропогенизацией (синантропизацией) ландшафтов. Этот процесс сложный, разносторонний и требует дальнейшего изучения широкого спектра вопросов, а именно разработки оптимального сочетания подходов к изучению процессов антропогенизации ландшафтов. Актуальными остаются и вопросы выделения (диагностирования) и моделирования геосистем, возникших вследствие рационального или нерационального хозяйственного использования природных ресурсов.
Подходы к изучению процесса антропогенизации ландшафтов
В конструктивной географии и ландшафтоведении рассматривают три подхода, с позиции которых следует изучать процессы антропогенизации ландшафтных систем: учение об антропогенных модификациях ландшафтов, антропогенное ландшафтоведение, учение о геотехнических системах [6].
Сущность учения об антропогенных модификациях заключается в том, что человек в процессе хозяйственной деятельности не создает новые ландшафтные системы, а лишь их изменяет, трансформирует. При этом возникают модифицированные версии природных систем, несущие определенную хозяйственную нагрузку. Даже в сильноизмененных ландшафтных системах действуют естественные законы организации геосистем, которые человек не способен отменить [4]. Одновременно, под влиянием человека структура ландшафтных систем трансформируется. Вследствие трансформационных процессов создаются последовательные ряды долговременных состояний – антропогенных модификаций ландшафтов. Эти состояния определяют с помощью структурно-функциональных параметров, в основном обусловленных хозяйственным использованием геосистем. Одновременно существуют устойчивые, практически неизменные свойства структуры, которые сделали ландшафтную систему качественной определенностью и относительной стабильностью, образующих ее инвариант [14]. Трансформация второстепенных компонентов ландшафтов (почвенного или растительного покровов) не приводит к возникновению новых геосистем. Главным образом, в результате антропогенного влияния образуются устойчивые и долговременные модификации, в отдельных случаях, устойчивее от исходного природного (условно-коренного) состояния геосистемы.
Под антропогенно-модифицированными ландшафтными системами понимают геосистемы, описанные совокупностью экологических параметров их антропогенно-измененной структуры, относительно стабильной длительное время (более года) [11]. Антропогенные модификации не должны отображать периодические (сезонные) изменения функционирования ландшафтных систем. Сложность определения уровня той или иной антропогенной модификации геосистемы обусловлена активностью как природных, так и природно-антропогенных процессов. Например, нередко интенсивное развитие экзогенных процессов в пределах микро- или мезоформы рельефа формирует специфические ландшафтные системы, временно непригодные для хозяйственного использования.
В свою очередь, сторонники концепции антропогенного ландшафтоведения считают, что большинство современных ландшафтов являются антропогенными, т. е. созданными человеком. Они исходят из равнозначности всех компонентов геосистем, считая, что изменение человеком хотя бы одного компонента приведет к коренным изменениям геосистемы и она при этом становится антропогенной. Антропогенные ландшафтные системы развиваются по природным законам и могут вернуться или не вернуться в первичное условно-коренное состояние. Новообразованные антропогенные геосистемы возникают при трансформации литогенной основы, формируя новые виды геосистем: ландшафтно-техногенные и ландшафтно-инженерные. Они, в отличие от прочих антропогенных ландшафтных систем, являются блочными системами, состоящими из природного и техногенного блоков, и подчиняются как естественным, так и производственным (технологическим) закономерностям [12]. На современном этапе научно-технического прогресса созданы предпосылки для возникновения новых антропогенных геосистем на основе техногенных объектов. Примерами таких объектов служат карьеры, отвалы или промышленные площадки. Эти антропогенные ландшафтные системы возникли относительно недавно (до 100–150 лет) и большинство из них активно использует человек. Возникновение антропогенных геосистем вызвано хозяйственной деятельностью, однако они все-таки остаются природно-хозяйственными системами, продолжающими параллельно развиваться по природным законам. Одновременно, человек создает предпосылки, предоставляет толчок к их переформированию в нужном ему направлении [6].
Антропогенными геосистемами целесообразно считать ландшафтные системы, возникшие вследствие хозяйственного, прежде всего, промышленного и строительного использования территории. Их, собственно, следует называть географическими системами, а не природными, потому что они являются неполными, т. е. в них отсутствуют отдельные естественные компоненты, например, растительный покров или почвы. Ими выступают антропогенные фации, урочища, иногда местности и индивидуальные ландшафты. Главное отличие антропогенных от антропогенно-модифицированных ландшафтных систем, являющихся лишь трансформированными человеком, заключается в разных механизмах их возникновения. Смысл его сводится к уничтожению существующих (до вмешательства человека) природных систем путем накопления или забора значительных масс горных пород, создания искусственных покрытий, выступающих главным фактором ландшафтообразования. Это приводит к формированию на месте системы природного происхождения новой антропогенной геосистемы, отличающейся свойствами отдельных компонентов, теснотой их взаимодействия и, разумеется, ландшафтной структурой.
Среди антропогенных геосистем отдельную группу составляют техногенные геосистемы. Ими называют не все антропогенные геосистемы, а лишь те, в генезисе и функционировании которых ведущую роль играет их техногенная составляющая. Теоретические основы изучения аналогичных систем разработаны в рамках учения о геотехнических системах. По степени техногенного преобразования ландшафтов геотехнические системы разделяют на природно-антропогенные, природно-техногенные и техногенные [7]. Они представляют собой сочетание природных тел и технических устройств (конструкций) разного размера, возникающих преимущественно вследствие строительства, добычи и обогащения полезных ископаемых, промышленной эксплуатации, ведение коммунального хозяйства и охватывают значительные пространства. В таких геотехнических системах ведущую роль играет не естественный, а технический блок, функционированием которого управляет и контролирует человек.
Природно-антропогенные геосистемы (геотехсистемы) – территориальные геосистемы, в которых взаимосвязаны и взаимодействуют природная и антропогенная составляющие, выполняющие определенную социально-экономическую функцию [13, 16]. Этим термином обозначают геосистемы различного техногенного происхождения. К природно-антропогенным геосистемам относят природно-техногенные геосистемы, созданные в условиях функционального звена «природа – техника». Они характеризуются тесным взаимодействием естественных и техногенных подсистем, нарушение которых обусловливает возникновение критических геоэкологических ситуаций с возможностью развития техногенных катастроф. Техногенными системами называют сложные комбинации орудий и средств труда, связанные единым технологическим циклом и выполняющие определенные производственные и социально-экономические функции [2].
Все геотехнические системы относят к природно-хозяйственным территориальным системам, включающим дополнительные искусственные компоненты, связанные со спецификой человеческой деятельности. Главным признаком таких систем считают присутствие руководящего социально-экологического фактора, направленного на сохранение устойчивости окружающей природной среды при максимальном повышении эффективности использования природных ресурсов. Близкими по строению и свойствам к природно-хозяйственным территориальным системам являются ландшафтно-хозяйственные системы. В них естественные и техногенные компоненты не противопоставлены, а наоборот, взаимодействуют в направлении адаптации системы, ее «вписывания» в окружающую среду [9].
Генетический подход к классификации антропогенных ландшафтных систем не охватывает всего их разнообразия. Существует немало и других подходов к изучению этих геосистем. В частности, их классифицируют: по объему и интенсивности воздействия человека на природную среду; по степени их саморегуляции; по целесообразности и способу хозяйственного использования; по продолжительности хозяйствования и т. п. Теория и практика современных геоэкологических исследований указывает на объективность пяти подходов к изучению антропогенных ландшафтных систем с преобладанием генетического принципа: ландшафтный, бассейновый, функциональный, геотехсистемный и антропоэкосистемный.
Ландшафтный подход к типологии антропогенных геосистем сформировался в середине 70-х годов ХХ в. Уже в первых классификациях подчеркивалась тесная генетическая их взаимосвязь с окружающими природными геосистемами на основе принципа природно-антропогенной совместимости. Классификация построена на учете системы признаков, присущих определенным ландшафтным местностям и урочищам, а критериями выделения служат вид природопользования (землепользования), черты антропогенных форм рельефа, гидрологический режим, свойства почвообразующих отложений и характер их естественного зарастания растительностью. Именно эту типологию и критерии выделения антропогенных геосистем принято за основу ландшафтных классификаций [9].
Бассейновый подход основывается на переносе продуктов техногенеза согласно законам гравитации к соответствующим базисам денудации – от водоразделов к устьевым областям водосборов. Водные объекты служат путями распространения антропогенного загрязнения и их аккумуляции. Бассейн считают реальной геосистемой, что легче выделяется на местности и карте, то есть выбор его таксономической единицей объективен. Преимуществом бассейнового подхода признана четкость иерархии классификации речных систем и их бассейнов для систематизации геосистем.
Функциональный подход к классификации антропогенных геосистем считается новым и перспективным. Принципиальное отличие генетической и функциональной типологии заключается в том, что генезис аналогичных антропогенных геосистем и их современная функциональная роль часто не совпадают. Разумеется, не стоит сравнивать антропогенные геосистемы, входящие в состав природно-техногенных систем и управляемые человеком, и геосистемы, которые по окончании их хозяйственного использования полностью подчиняются естественным законам. В первом случае целостность геосистемы проявляется во взаимодействии «природа – геотехсистема», а во втором – «природа – трансформированная (модифицированная) природа». Неправильным является сочетание в единой классификации природно-антропогенных систем и геосистем, образованных после уменьшения влияния или «разрушения» этих систем. Следовательно, на функциональной основе должны использоваться две самостоятельные классификации: геотехнических систем и антропогенно-модифицированных геосистем, генетически связанных с природными системами [9].
Геотехсистемный подход как разновидность функционального, рассматривает взаимодействие «природная среда – техническое сооружение» как сложную и целостную систему. Основой классификации антропогенных геосистем выступают особенности перемещения средообразующих потоков, как ведущее звено в их функционировании. Например, геотехнические системы, существование которых обеспечено принудительным перемещением потоков вещества и энергии, направленных против естественной силы тяжести, или геогидротехнические системы, в которых направление средообразующих потоков совпадает с направлением вектора силы тяжести. В свою очередь, индустриальные системы функционируют благодаря сочетанию принудительного и естественного движения вещества и энергии.
Антропосистемный подход активно развивается. Сторонники подхода считают, что трансформированные человеком географические или экологические системы следует считать не антропогенными, а антропогенизованными. Такие антропогенизованные структуры представляют собой пространственно сложные сочетания коренных и условно коренных компонентов с производными, созданными человеком элементами окружающей среды. Такая классификация антропогенизованных геосистем разделяет их на полуприродные, трансформированные, экотехнические, биотехнические, постантропогенные, природоохранные и рекреационные.
Диагностирование антропогенных ландшафтов
Вопросы диагностирования состояния антропогенных ландшафтов, оценки степени их трансформации и экологического нормирования антропогенной нагрузки остаются сегодня актуальными и сложными вопросами. Основным среди них является определение признаков выделения собственно антропогенных геосистем от антропогенно-трансформированных. Основой для выявления и картографирования иерархической системы геосистем – местностей, урочищ и фаций – считается совокупность диагностических признаков, содержащихся в их определениях [3].
Основными объектами изучения районов интенсивной антропогенизации ландшафтов выступают именно антропогенные геосистемы. Критерии их выделения совпадают с критериями разграничения природных территориальных систем. Учитывая полное или частичное отсутствие почвенного и растительного покрова, который не успел еще сформироваться, антропогенные геосистемы считают неполными, несформировавшимися. Преобразование или появление новой геолого-геоморфологической основы, трансформация почвенного и растительного покрова позволяет диагностировать антропогенные ландшафтные системы как на местности, так и по результатам дешифрирования аэро- и космоснимков [8].
В основном, антропогенные геосистемысо всех сторон окружены антропогенно-трансформированными (модифицированными) ландшафтными системами и редко граничат с природными территориальными единствами. При этом тяжело диагностировать границу перехода между такими ландшафтами. Антропогенно-трансформированные геосистемы аналогично антропогенным имеют нарушенный почвенно-растительный покров, а определение уровня преобразования геолого-геоморфологической основания не всегда возможно. Именно тогда поможет фиксация интенсивности развития опасных экзогенных процессов в ландшафтных системах. Для антропогенных и антропогенно-модифицированных геосистем характерен различный спектр, направленность и интенсивность проявления средообразующих процессов. Например, в антропогенной геосистеме доминируют оползни и линейная эрозия, тогда как в соседних антропогенно-модифицированных ландшафтных системах с похожими геолого-геоморфологическими условиями – плоскостной смыв и подтопление. Изменения в спектре и интенсивности экзогенных процессов фиксируют незначительные, визуально слабозаметные, различия в свойствах компонентов ландшафтных систем.
Диагностирование геоэкологического состояния антропогенных ландшафтов основывается на таких показателях [8]:
1) масштабы преобразования или формирования новой геолого-геоморфологического основания;
2) интенсивность развития экзогенных процессов;
3) степень трансформации или восстановления почвенного (водного) покрова;
4) степень трансформации или восстановления растительного покрова.
Оценку экосостояния антропогенных геосистем следует проводить на ландшафтной основе. При этом легенда к ландшафтной карте должна включать основные показатели геоэкологического состояния исследуемых объектов. Отображение на карте антропогенных ландшафтных систем должно содержать информацию о степени трансформации их компонентов.
Используя диагностические признаки мы обосновали несколько вариантов критериев оценки степени антропогенизации ландшафтов, например представленый в табл. 1. Предлагаемый вариант основывается на диагностировании типов ландшафтных систем, охваченных определенным трансформационным процессом.
Таблица 1.
Критерии оценки уровня антропогенизации ландшафтных систем.
|
Степень антропогенизации ландшафтов |
Доля площадей, в процентах |
|||
|
со сформированным геолого-геоморфологическим основанием |
с интенсивным проявлением экзогенных процессов |
со сформированным почвенным (водным) покровом |
со сформированным растительным покровом |
|
|
Природные (антропогенно-модифицированные) ландшафтные системы |
< 10 |
< 25 |
< 25 |
< 50 |
|
Природно-антропогенные геосистемы |
10–25 |
25–50 |
25–50 |
50–75 |
|
Антропогенные геосистемы |
25–50 |
50–75 |
50–75 |
75–100 |
|
Геотехнические системы |
> 50 |
> 75 |
> 75 |
100 |
Дешифровку уровня антропогенизации ландшафтов следует проводить с использованием прочих критериев оценки. Среди них отметим:
1) долю площадей с интенсивным геохимическим и радиоактивным загрязнением природной среды;
2) значение глубины трансформации компонентов ландшафтных систем;
3) уровень насыщения ландшафтов рукотворными элементами.
Безусловно, в отдельных случаях при оценке уровня антропогенизации как компонентов, так и ландшафтов в целом количественные и качественные параметры критериев могут измениться, но принципиальная схема сохраняется [11].
Моделирование процесса антропогенизации ландшафтов
Моделирование антропогенных и антропогенно-модифицированных геосистем – сложный процесс, к которому исследователи подходят по-разному. В основном, для отображения процесса антропогенизации трансформированный покров на ландшафтной модели разбивают на две подсистемы: природную и антропогенную. Природная подсистема отвечает пониманию «классической» ландшафтной структуры территории, т. е. ее состоянию до начала антропогенного прессинга. В свою очередь, антропогенная подсистема визуально напоминает структуру землепользования с отображением отдельных элементов ландшафтных систем как на карте, так и в условных знаках. Примером такой модели может служить ландшафтная структура г. Ивано-Франковск [15]. Однако, расчленение ландшафтной основы на две подсистемы не способствует оценке экологического состояния антропогенных ландшафтов. Считаем, что процесс антропогенизации геосистем и их взаимосвязи следует анализировать на целостной картографической основе: антропогенные ландшафтные системы динамично взаимодействуют с окружающими природными антропогенно-модифицированными.
При создании моделей антропогенных ландшафтных систем необходимо поэтапно решать такие задачи [6]: создание первичной картографической и атрибутивной базы геоданных; организация и систематическое обновление геоданных; анализ данных с целью оценки экологического состояния геосистем; прогнозирование возможных сценариев, рисков и принятие решения по оптимизации состояния природной среды на уровне геосистем, отраженных на ландшафтной карте.
Особое внимание следует уделять формированию блока ландшафтной информации, содержащего данные о структуре ландшафтных систем и их природных экопотенциал. Следующий блок содержит информацию, относящуюся к антропогенной трансформации (антропогенизации) ландшафтных систем, ступени их антропогенной модифицируемости в условиях воздействия человека. Отдельно формируют еще один структурный блок, анализирующий вопросы развития опасных природно-антропогенных процессов и техногенного загрязнения и их влияния на жизнедеятельность и состояние здоровья населения. Последним создается регулярно обновляемый ландшафтно-мониторинговый блок, содержащий информацию о динамике, функционировании и развитии геосистем. Специфическими функциями создаваемых моделей антропогенизации ландшафтных систем является направленность на решение геоэкологических проблем; ориентация на работу с прочими трехмерными и динамическими моделями, возможность построения блок-диаграмм, разрезов и профилей.
Моделирование антропогенных геосистем, а также взаимосвязей их составляющих элементов и развивающихся экзогенных процессов, нуждается в определении методики и принципов создания геоэкологических моделей. Методика предусматривает построение цифровой модели рельефа и модели структуры землепользования. Она охватывает анализ существующих топографических карт и планов, степени их пригодности для дальнейшего использования в качестве основы для моделирования, создания цифровой основы с нанесением на нее форм рельефа и корректное их отображение с учетом активности экзогенных процессов, отображение существующих земельных угодий и т. д.
Рассмотрим особенности моделирования процесса антропогенизации ландшафтов на примере ключевого участка «Яворовский водоем» [9]. Объектами крупномасштабной съемки (1 : 5 000) выступали постмайнинговые геосистемы, формирующиеся на основе ликвидированого Язовского серного карьера, трех внешних отвалов, гидроотвала, хвосто- и водохранилищ, отстойников. Главные критерии их выделения совпадают с критериями разграничения природных ландшафтных систем. Учитывая несформированность почвенного и растительного покровов, находящихся на пионерной стадии развития, антропогенные геосистемы остаются неполными. Зафиксировано интенсивное проявление экзогенных процессов: оползней, линейной эрозии, подтопления и заболачивания. Они обусловливают формирование новых антропогенно-трансформированных ландшафтных систем. Первостепенное значение имеет выявление четких геолого-геоморфологических (генетических) границ, играющих решающую роль в дальнейшей идентификации и дифференциации постмайнинговых геосистем на отдельные морфологические части с различными гидротермическими условиями, процессами почвообразования и развития растительности (рис. 1).
Рис. 1. Ландшафтная карта ключевого участка «Яворовский водоем».
Морфогенез ландшафтных местностей: I–IV. Антропогенный: I) карьерный, II) прикарьерный и приотвальный; III) отвальный; IV) отстойниковый. V–VI. Природно-антропогенный (антропогенно-трансформированный). VII–IX. Природный (антропогенно-модифицированный). Сау – отдельные сложные антропогенные урочища.
Учитывая то, что компоненты постмайнинговых геосистем продолжают активно формироваться и динамичны, считаем целесообразным выявление на средообразующем этапе только четких сформированных таксономических единиц иерархической системы: ландшафтных местностей, стрий (полос) и сложных урочищ. Нанесение границ постмайнинговых сложных урочищ происходит с одновременным учетом ландшафтных границ высшего порядка (стриальных) и разделения поверхности на отдельные мезоформы рельефа, а также прочими ландшафтными признаками. Определение границ постмайнинговых стрий связано с выявлением границ распространения литологически неоднородных горных пород, отложений или субстратов. Границы антропогенных местностей определяют в процессе систематизации стрий и сложных урочищ. При этом учитывают границы генетически однородных стрий, сформированных под влиянием единого антропогенного морфогенеза.
Выводы
Анализ ландшафтно-экологических проблем разнофункциональных территорий показал целесообразность использования всех трех генетических подходов. Они, по нашему мнению, разносторонне отображают сущность трансформации природной среды человеком и его последствия. Использование различных подходов позволяет определить сущность процесса антропогенизации ландшафтов, решить вопрос геоэкологического прогнозирования, найти оптимальные варианты преобразования природной среды.
Ландшафты, их морфологические единицы в процессе антропогенизации испытывают существенные, часто необратимые изменения. Диагностирование и моделирования степени их антропогенной трансформации остается одной из важнейших задач ландшафтно-экологического моделирования разнофункциональных природно-хозяйственных территорий.
Литература
1. Антропогенный ландшафт // http://ru.wikipedia.org/wiki/.
2. Геоэкологические основы территориального проектирования и планирования. – М.: Наука, 1989.
3. Геренчук К. И., Раковская Е. М., Топчиев О. Г. Полевые географические исследования. – К.: Высш. шк., 1975.
4. Исаченко А. Г. О так называемых антропогенных ландшафтах // Изд. ВГО. – 1974. – Т. 106. – Вып. 1. – С. 70–77.
5. Иванов Е. Ландшафты горнопромышленных территорий : монография. – Львов : ИЦ ЛНУ им. И. Франко, 2007.
6. Иванов Е. А., Ковальчук И. П. Антропогенизация ландшафтов: подходы, диагностирование, моделирование // Науч. весн. Черновец. ун-та. – 2012. – Вып. 612–613: География. – С. 54–59.
7. Ковальчук И. П. Региональный эколого-геоморфологический анализ. – Львов: Институт украиноведения, 1997.
8. Ковальчук И. П., Иванов Е. А. Диагностирование геоэкологического состояния антропогенных ландшафтов // Эволюция и антропогенизация ландшафтов предгорных и горных территорий: Матер. международ. науч. конф. – Черновцы: Букрек, 2012. – С. 113–114.
9. Ковальчук И. П., Иванов Е. А., Клюйник В. В. Картографирование геоэкологического состояния природно-хозяйственных систем горнопромышленных территорий // Часопис картографии. – К.: КНУ им. Т. Шевченка, 2011. – Вып. 2. – С. 129–137.
10. Ковальчук И. П. Актуальные вопросы познания и конструирования культурных (окультуренных) ландшафтов // Науч. зап. Винниц. госуд. педагог. ун-та им. М. Коцюбинского. Серия: География. – 2010. – Вып. 21. – С. 118–125.
11. Мельник А. В. Основы регионального эколого-ландшафтоведческого анализа. – Львов: Летопись, 1997.
12. Мильков Ф. Н. Рукотворные ландшафты. Рассказ об антропогенных комплексах. – М.: Мысль, 1978.
13. Природа, техника, геотехнические системы. – М.: Наука, 1978.
14. Сочава В. Б. Введение в учение о геосистемах. – Новосибирск: Наука, 1978.
15. Тымуляк Л. М. Ландшафты города Ивано-Франковска // Украинский географический журнал. – 2010. – № 4. – С. 17–28.
16. Федотов В. И. Техногенные ландшафты. Теория, региональная структура, практика. – Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1985.
Поступила в редакцию 03.02.2014 г.