Теоретические и методические основы геоэкологического картографирования

История становления и современное состояние геоэкологического картографирования. Классификация карт

Становление и развитие геоэкологического картографирования. В историческом плане современное геоэкологическое (экологическое) картографирование возникло и развилось на базе теоретических установок и методических приемов, относящихся к разным направлениям тематического картографирования. Предшественниками экологических можно считать карты, созданные на основе биоэкологического и антропоэкологического подходов.

В рамках геоботанического картографирования зародилось фитоэкологическое картографирование, основной объект которого — условия существования растений, их взаимосвязи со средой. Основоположниками его следует считать французскую школу экологического картографирования растительности. Примечательно, что термин «экологическая карта» также введен французскими геоботаниками в 70-е гг. XX в. В СССР близкие по содержанию работы проводились под руководством В. Б. Сочавы в Институте географии СО АН СССР. Так, еще в 1977 г. была выпущена «Корреляционная эколого-фитоценотическая карта Азиатской России» масштаба 1:7 500 000 (И. И. Букс и др.). Определенное распространение получили и зооэкологические карты.

Первоначально аспекты взаимодействия человека с окружающей средой не включались в сферу экологического картографирования. По мнению В. Б. Сочавы (1979), «экологические карты как карты экосистем должны отражать их критические компоненты и основные связи между животными и растениями. Человек в экосистему не входит. Она картируется как одна из составляющих среды человека, а не как среда в целом со многими ее компонентами, поэтому в отношении последнего расширять содержание экологических карт нет надобности».

Вопросы взаимодействия человека и природы, включая и последствия этого взаимодействия, успешно изучали другие отрасли тематического картографирования, прежде всего медико-географическое. Этапом в развитии экологического картографирования стала разработка карт природных условий жизни населения. Исследования О. Р. Назаревского с соавторами получили картографическое выражение на изданной в 1984 г. «Карте оценки природных условий жизни населения СССР». На ней отражена оценка отдельных элементов природных условий по типичным местностям, выделены зоны природных условий жизни населения, показана степень их благоприятности в сравнении с условиями средней полосы европейской части СССР.

По мнению многих исследователей (Л. Г. Руденко, А. И. Бочковская, 1992), эколого-географическое картографирование зародилось в рамках картографирования природопользования и охраны окружающей среды. В современном понимании карты природопользования начали разрабатывать с конца 60-х гг. XX в. Эти карты отражали хозяйственное использование территорий, антропогенное воздействие на природу, состояние окружающей среды в целом и ее отдельных компонентов, природоохранные мероприятия и т.д. Одними из первых публикаций по картографическим исследованиям проблем природопользования стали работы сотрудников Отделения географии АН УССР (А. П. Золовский и др., 1978).

Анализ картографических исследований в области природопользования и охраны природы показывает их явную экологическую направленность. Эту тенденцию подтверждает анализ значительного количества карт природоохранных атласов. Экологическая направленность карт проявляется в их содержании, отображающем «подсистемы или некоторые компоненты элементов природной среды и их влияние на человека, их связи с элементами социальными и техногенеза; элементы техногенной среды и их влияние на человека и природную среду; эрозию, уничтожение растительности и видов животных; вредные для человека явления, эстетическое состояние окружающей среды» (И. Ю. Левицкий, 1986). Такие акценты говорят о начале перехода к исследованиям другого качества и уровня.

Развитию экологического картографирования в немалой степени способствовала общественно-политическая обстановка в СССР в конце 80-х гг. XX в., когда резко возрос интерес широкой общественности к экологическим проблемам в стране, возникли и развивались общественные экологические организации. На этом этапе экологические карты рассматривались в качестве научного обеспечения программ и действий экологического движения в стране.

В условиях провозглашенного курса на экологизацию внутренней и внешней политики возникли насущные задачи картографического обеспечения решения экологических проблем, планирования, управления природопользованием. Необходимость экологического картографирования была признана на государственном уровне: в постановлении Верховного Совета СССР «О неотложных мерах экологического оздоровления страны» ставилась задача создания экологических карт территории СССР и его крупных регионов. В 1993 г. Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ приняло обширную программу по экологической безопасности России, в которой значительное место уделено экологическому картографированию.

Знаковым событием в истории экологического картографирования, позволившим выделить его в самостоятельную отрасль тематического картографирования, была разработка комплексных экологических карт. Первой из них стала «Карта наиболее острых экологических ситуаций СССР» масштаба 1:8 000 000, созданная в Институте географии АН СССР под руководством Б. И. Кочурова в 1989 г. Она вызвала огромный интерес в научных кругах и широких слоях общественности, была опубликована в научных и популярных изданиях, вошла в национальные доклады по состоянию окружающей среды СССР и России за 1989, 1990 и 1991 гг.

На карте показаны ареалы экологических ситуаций различных степеней остроты, возникших в результате негативных изменений экологически значимых свойств ландшафтов, важных для человека и его хозяйственной деятельности. Антропоцентрический подход и оценочность — главные принципы составления данной карты.

Другое концептуальное направление комплексного экологического картографирования, возникшее в это же время и разрабатываемое А. Г. Исаченко (1993), подразумевает прежде всего отказ от какой-либо оценки. Считается, что оценка, как и прогноз, — предмет отображения на вторичных картах, производных от «общей», или «универсальной». При создании такой «общей» карты приоритет отдается экологическим типам ландшафтов, которые выделяются по экологическому потенциалу и по основным последствиям антропогенного вмешательства. Дополнительными элементами содержания являются очаговые техногенные воздействия и специфические естественные и антропогенные экологические аномалии. На этих принципах построены эколого-географические карты Севера Европейской России (масштаб 1:4 000 000), бассейна Ладожского озера (масштаб 1: 1 500 000) и Вологодской области (масштаб 1:2 500 000).

Конец 80-х — начало 90-х гг. XX в. — период бурного развития экологического картографирования, о чем свидетельствуют обилие публикаций в научной и массовой периодической печати, выпуск тематических сборников, демонстрации многочисленных изданных и рукописных карт (А. Г. Исаченко, 1992).

Интерес к экологическому картографированию отражается в проведении большого числа конференций и совещаний. Толчком для развития концептуальных исследований можно считать семинар по эколого-географическому картографированию Сибири, организованный в 1986 г. в Иркутске Институтом географии СО АН СССР. Именно здесь была выдвинута задача разработки теоретико-методических принципов эколого-географического картографирования и дана одна из первых его научных трактовок как интегрального направления современного развития различных отраслей тематической картографии (Л. Г. Руденко, А. И. Бочковская, 1992).

В дальнейшем теоретические, методологические, методические вопросы экологического картографирования постоянно обсуждались на различных географических и картографических собраниях: IX Всесоюзной конференции по тематическому картографированию (Харьков, 1988), IV Региональной конференции по тематической картографии (Иркутск, 1989), совещании «Проблемы эколого-хозяйственного состояния территории и составление экологических карт» (Коломна, 1990), IX съезде Географического общества СССР (Казань, 1990), совещании «Принципы и методы экологического картографирования» (Пущино, 1991).

Развитие экологического картографирования в начале 90-х гг. XX в. идет в направлении массовой разработки комплексных экологических карт более крупных масштабов, создаваемых широким кругом научных и производственных учреждений во многих регионах России. В основном эти карты построены с применением ландшафтного подхода, показывают размещение отдельных видов использования земель, источников загрязнения, нередко с количественными характеристиками. Как правило, на них отражено также состояние отдельных компонентов окружающей среды. В качестве примера можно привести экологическую карту Ленинградской области (1990).

Проблемно-экологический подход, требующий высочайшей квалификации разработчиков и огромного количества информации, получил меньшее распространение. Воплощением такого подхода в региональных исследованиях стала «Карта экологических ситуаций Республики Татарстан» (1994). Экологическая обстановка проанализирована по административным районам, в качестве основного критерия принят интегральный показатель из двенадцати факторов антропогенного воздействия.

Середина 90-х гг. XX в. отмечена многочисленными разработками теоретических концепций, принципов и методов в области регионального атласного картографирования (В. Е. Закруткин и др., 1999). Различаясь в деталях, все они предусматривают сходную структуру атласов, которые состоят из нескольких блоков, посвященных природным и антропогенным факторам, влияющим на экологическую обстановку, состоянию компонентов окружающей среды, здоровью населения. Как правило, проводится и интегральная оценка экологической ситуации.

Классификация карт

В целях осмысления опыта разработки геоэкологических (экологических) карт предпринимаются попытки их систематизации и классификации. В качестве критериев классификации используются различные признаки и их сочетания. Классификации могут быть основаны на обобщении фактически существующих картографических материалов либо на теоретических предпосылках.

Число классификационных признаков практически так же безгранично, как число экологических проблем и подходов к их изучению (В. И. Стурман, 2003). На высших уровнях классификации применяются универсальные критерии: содержательная концепция; степень интеграции информации (частные и общие, аналитические и синтетические, элементарные и комплексные карты); временные аспекты (карты современного состояния, потенциальных состояний, ретроспективные, прогнозные).

Основные критерии классификации карт включают тематическое содержание, функции, целевое назначение; вторичные критерии — масштаб, территориальный охват, временную частоту (повторяемость), технологию составления, формы разработки и картографического представления.

Классификации по направлениям экологического картографирования учитывают его структуру. В каждом направлении сложились определенные разновидности карт. Так, Л. Е. Смирнов (1994) выделяет биоэкологические, социально- и экономико-экологические, а также инженерно-экологические карты. По мнению С. Е. Сальникова (1993), экологические карты можно разделить на три основных тематических класса: собственно экологические, или биоэкологические (цель — охрана живой природы как совокупности территориально выраженных экосистем); эколого-геологические (цель — охрана геологической среды как первичной абиотической основы биосферы); эколого-географические (цель — охрана природной среды как совокупности наземных и водных геосистем разной степени антропогенной трансформации и разного уровня организации, определяемого масштабом картографирования). К. Н.Дьяконов и А. В. Дончева (2002) в экологическом картографировании различают три направления (и соответственно три группы карт): отраслевое (эколого-геохимическое, медико-экологическое, ландшафтно-экологическое, эколого-демографическое); комплексное (эколого-географическое) и эколого-геологическое.

Деление карт по их тематике — один из самых распространенных подходов при систематизации массива экологических карт. Так, Л. Е. Смирнов (1994) делит карты на следующие виды, содержащие ряд разновидностей:

— карты состояния природной среды (карты оценки природной среды и неблагоприятных условий; карты, предупреждающие о риске стихийных бедствий; карты нарушений состояния природной среды);

— карты охраны природы (карты заповедных территорий и карты природоохранных мероприятий);

— карты природопользования (представлены одной разновидностью — картами использования земель).

Несколько иная классификация разработана в Институте географии РАН (Н. Н. Комедчиков, А. А. Лютый и др., 1994):

— карты воздействий на природную среду и их последствий;

— карты оценки состояния природной среды;

— карты прогноза состоянии природной среды и оценки ее прогнозируемого состояния;

— общие эколого-географические карты;

— карты существующей системы природоохранных мероприятий, природоохранных организаций, природоохранных технических устройств;

— комплексные карты охраны природы.

А. М. Берлянт (2001) предложил выделять следующие группы геоэкологических карт:

— карты факторов, воздействующих на окружающую среду в целом и на отдельные ее компоненты;

— карты состояния окружающей среды в целом и ее компонентов;

— карты результатов и последствий воздействия на среду;

— карты условий жизни населения;

— карты защиты среды и обеспечения экологической безопасности.

В ряде случаев классификации, построенные на основе анализа практики, дополняют перспективными, но еще недостаточно разработанными разделами. Ученые Института географии СО РАН предлагают следующие классы экологических карт:

— карты факторов и условий среды (физико-географические карты, характеризующие условия жизнедеятельности; карты природно-ресурсного и экологического потенциала территорий; устойчивости геосистем);

— карты процессов (распространения загрязнений, миграции, эрозии, опасных природных явлений);

— карты состояний (современного и прогнозируемых, в том числе карты антропогенных изменений);

— карты проблем (остроты экологических ситуаций);

— карты организации охраны природы и ресурсопользования (контроля и управления природопользованием).

Наряду с группировкой карт по тематике, т. е. выделением видов карт, необходимо учитывать и типы карт. Согласно общепринятой классификации типы карт выделяют по широте тематики, приемам исследования картографируемых явлений, степени объективности и практической направленности.

По широте тематики карты делят на общие, содержащие полную характеристику явления, и частные, ограничивающиеся отображением отдельных его аспектов. Например, частной является карта загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами, а общей — карта районирования территории по степени загрязненности какого-либо компонента природной среды. Однако понятие широты относительно, и последняя карта может рассматриваться как частная по отношению к карте общей структуры загрязнения, отражающей не только изменение химического состава компонентов природной среды, но и причины, его вызвавшие (источники загрязнения) (Б. А. Новаковский и др., 2005).

В зависимости от приемов исследования карты могут быть аналитическими (показывающими отдельные стороны процесса без отражения взаимосвязей с другими его сторонами), синтетическими (дающими целостную характеристику процесса и учитывающими структуру и связи составных частей картографируемого объекта), а также комплексными (отображающими одновременно несколько свойств явления, но раздельно, каждое в своих показателях). К аналитическим картам принадлежит обширная группа моноэлементных карт распространения того или иного химического элемента или соединения в различных компонентах природной среды. Примером синтетической карты может служить карта загрязнения атмосферного воздуха, показывающая, с одной стороны, объемы выбросов, виды и токсичность загрязняющих веществ, а с другой — природные условия распространения поллютантов (потенциал загрязнения атмосферы) и отображающая всю перечисленную информацию путем зонирования территории по степени загрязненности. Та же карта, но без последней стадии синтеза информации относится к комплексным.

По степени объективности можно выделить четыре группы карт (Б. А. Новаковский и др., 2005):

— документальные — наиболее распространенная группа геоэкологических карт, отражающих реальные явления по результатам непосредственного исследования территории, включает карты размещения источников загрязнения, объема и структуры выбросов (сбросов), складирования токсичных отходов, загрязнения компонентов природной среды в точках опробования и др.;

— карты, содержащие выводы и умозаключения, — также многочисленная группа, включающая не только карты районирования, где выделение зон зависит от представления составителя о структуре и взаимосвязях картографируемого явления, но и моноэлементные карты загрязнения каким-либо веществом в изолиниях, проведение которых варьирует в зависимости от представлений автора об условиях распространения элементов;

— гипотетические — карты, основанные на недостаточном фактическом материале, при создании которых недостаток данных может быть восполнен научными знаниями о структуре, динамике и взаимосвязях картографируемого явления (к гипотетическим можно отнести прогнозные карты);

— тенденциозные карты содержат заведомо неверное, искаженное отображение действительности (например, в случае спора между двумя предприятиями о происхождении загрязнения при экологическом аудите картографические документы могут быть намеренно искажены в пользу той или иной стороны).

Классификацию экологических карт по целевым функциям предложили Л. Г. Руденко и А. И. Бочковская (1992). Ими были выделены группы карт, предназначенные для следующих целей:

— изучение глобальных проблем выживаемости человека в деградирующей среде;

— исследование эколого-географических проблем регионального и локального уровней;

— мониторинг среды;

— образование и информирование широких слоев населения о состоянии среды.

Функциональное деление экологических карт, проведенное С. Е. Сальниковым (1993), предусматривает четыре основные группы:

— инвентаризационные (констатационные) карты — фактологические, показывающие состояние и нарушение природной среды в конкретных качественных и количественных характеристиках;

— оценочные карты, содержащие оценки состояния и нарушений природной среды по соответствующим нормам и нормативным показателям по отношению к человеку и биоте в целом как основному экологическому «субъекту»;

— оценочно-прогнозные (прогнозные) карты, содержащие прогноз состояния и оценку прогнозируемого состояния природной среды вследствие планируемых или проектируемых воздействий с учетом природных свойств ландшафтов;

— рекомендательные карты, направленные на оптимизацию и гармонизацию отношений в природной среде, предотвращение или смягчение неблагоприятных явлений и их последствий.

Классификация экологических карт по назначению выделяет (В. И. Стурман, 2003):

— карты для научно-исследовательских работ природоохранной направленности (с дальнейшим подразделением сообразно структуре научных дисциплин об окружающей среде и ее охране);

— карты для практической природоохранной деятельности (в том числе инвентаризационно-оценочные, прогнозные, рекомендательные, контрольные);

— карты для экологического просвещения, образования и воспитания.

Обобщая существующий опыт, в качестве примера можно привести классификацию экологических карт Л. М. Корытного (1995), охватывающую практически всю совокупность их важнейших характеристик. Им выделены следующие группы карт:

1) по направлению — антропоцентрические (А) и биоцентрические (Б);

2) по полноте охвата связей — частные (А1, Б1), комплексные (А2, Б2);

3) по содержанию — карты факторов или условий (ф), процессов (п), состояния (с), проблем и ситуаций (пр), организации охраны природы и ресурсопользования (о);

4) по характеру представления информации и уровню анализа — инвентаризационные («и» — вверху буквенного индекса содержания), оценочные (о), прогнозные (п), рекомендательные (р);

5) по предназначению — базовые («б» — внизу буквенного индекса содержания), оперативные (о);

6) по ячейке картографирования — карты административных единиц (1 — внизу буквенного индекса направления), ландшафтов (2), бассейнов (3), природно-хозяйственных, экологических или ресурсных ареалов (4), без ячейки (5);

7) по пространственному уровню, масштабу — локальные (1:1 000 — 1:25 000) — 1, межрегиональные (1:50 000—1:200 000) — И, макрорегиональные (1:250 000— 1: 2 500 000) — III, глобальные (мельче 1 : 5 000 000) — IV;

8) по категории пользователей — научно-поисковые («н-п» — вверху индекса обозначения масштаба), производственные (п);

9) по способу представления информации — бумажные («б» — внизу индекса обозначения масштаба), электронные (э).

Классификационные уровни представлены девятью таксонами с независимыми критериями (основаниями классификации). Каждому таксону соответствует определенный индекс. Классификационная система является открытой, т. е. допускает появление новых таксонов — подклассов естественных  и антропогенных факторов, биотических и абиотических факторов и т. п. В соответствии с данной системой карта «Комплексное районирование территории России по экологической и социально-экономической ситуации» будет иметь следующую классификацию: антропоцентрическая, комплексная, проблемная, оценочная, базовая, глобального уровня, научно-поисковая, бумажная, в качестве ячейки картографирования выступают ареалы экологических проблем и ситуаций.

В настоящее время в экологическом картографировании в целом существует ряд нерешенных проблем. Прежде всего отсутствует общепринятая концепция этого вида картографирования.

Унификация подходов в сфере такого по существу научно-поискового направления, как экологическое картографирование, неприемлема, однако составление производственных экологических карт должно вестись на единой научно-методической основе. В связи с этим актуальна разработка некоторых общих принципов экологического картографирования, формулировка единых требований к содержанию карт и способам его отображения. Очевидна также необходимость создания системы государственного экологического картографирования на разных уровнях (федеральном, региональном, локальном) в целях обеспечения экологической информацией государственных организаций и органов управления. Для построения такой системы требуется разработка методик и инструкций.

Сложная методика составления экологических карт (особенно комплексных) не позволяет в полной мере применять достижения ГИС-технологий. Часто применение ГИС ограничивается электронной картографией, т. е. цифрованием готовых авторских оригиналов. Необходима разработка методики экологического картографирования, ориентированной на использование ГИС-технологий.

В экологическом картографировании часто отсутствует достоверная информационная база. Информация ограничена в объеме, противоречива и недоступна разработчику карт. Преодолеть эту проблему можно лишь путем создания системы государственного комплексного геоэкологического мониторинга.

Что касается системы классификации карт, то в настоящем издании специальные разделы посвящены рассмотрению тематических групп экологических карт и экологическим картам комплексного содержания.