Метод картографирования природных и природно-антропогенных геосистем.

В основе метода картографирования природ­ных геосистем лежит отображение особенностей ландшафтной диф­ференциации территории. Объектом мелкомасштабного картографи­рования являются ландшафтные провинции, страны; среднемасштабного - ландшафтные районы; крупномасштабного - ландшафты и их морфологическая структура.

Фации картографируются в масштабе 1: 5000 и крупнее, урочища 1: 10 000 - 1: 50 000, ландшафты 1:100 000 и менее.

Составление крупномасштабной карты проводится методом сплошной полевой съемки. Среднемасштабное картографирование ПТК сочетает детальные исследования на ключевых участках и мар­шрутные наблюдения. При мелкомасштабном картографировании ландшафтная карта составляется в камеральных условиях. В поле проверяется правильность выделения границ маршрутным методом.

Особую роль в ландшафтном картографировании играет легенда карты, являющаяся моделью классификации ландшафтов или ПТК других рангов. В основу легенды общенаучных ландшафтных карт должен быть положен структурно-генетический принцип.

Для геоэкологических исследований ключевым этапом является интегральная оценка природного и антропогенного фона через карто­графирование структуры ПТК, масштабности и интенсивности антро­погенных воздействий. Синтез карт природных ландшафтов и карто­схем источников антропогенного воздействия позволяет охарактери­зовать современное состояние ПТК и составить карты природно-антропогенных комплексов. Их картографирование предполагает оп­ределение структуры земельных угодий в каждом из ландшафтных выделов, типизацию ПТК по преобладающим видам антропогенного воздействия.

Важное место в геоэкологическом картографировании занимает оценка ландшафтно-геохимических параметров природной среды. Особую роль здесь играет анализ ландшафтно-геохимического фона территории, выявление основных факторов его формирования.

При построении комплексных геоэкологических карт используют комплект базовых моделей: эколого-динамическую и ландшафтногеохимическую карты, а также карту природно-антропогенных ланд­шафтов. Основное содержание комплексной геоэкологической карты заключается в отображении природных и техногенных факторов ди­намики природной среды и их проявлений в районах с различной эко­логической обстановкой (карта геоэкологических ситуаций).

Назначение и содержание геоэкологических карт природных и природно-антропогенных геосистем определяются масштабом карто­графирования и объектами анализа. Составление таких карт осущест­вляется на региональном уровне для выработки стратегии природо­пользования в регионах; локальном - для выявления проблемных ареалов; детальном - для определения конфликтных участков.

Операционные единицы картографирования рассматриваются как наименьшие пространственные ячейки, по которым организована ин­формация на карте. Г. А. Исаченко выделяет их следующие группы:

1) природные геокомплексы различных рангов - оптимальные про­странственные единицы для анализа состояния, качества природной среды и воздействий на нее;

2) анализ территории по водосборным бассейнам. Достоинства такого подхода заключаются в возможности учета внешних и внутренних направлений миграции продуктов техно-генеза;

3) использование точек отбора по геометрической сетке при­меняется при возможности массового сбора и аналитической обработ­ки данных, и удобно для автоматического процесса картографирова­ния. Точки отбора могут быть использованы как центры многоуголь­ников геометрической сетки территории или при применении метода изолиний не иметь площадного выражения. Недостатком этого метода является зависимость от случайных значений показателей, получен­ных в нетипичных точках отбора;

4) выделение сопряженных ареалов природно-антропогенных территорий основано на синтезе границ ландшафтов, типов земель, административных единиц, ареалов за­грязнения и др. Наиболее применим такой метод при картографирова­нии экологических проблем и ситуаций. Положительным моментом является возможность отразить на таких картах оценку различных природных факторов, наиболее мощные источники антропогенного воздействия как точечные, так и площадные. К недостаткам подобных карт относится громоздкая индексация контуров;

5) в качестве опера­ционной единицы анализа геоэкологических ситуаций также исполь­зуют административно-территориальные единицы разного уровня. Их преимущество заключается в возможности базироваться на об­ширной статистической информации.

Лекция № 6.

Тема: Организационная схема исследований.

1. Подготовительный период.

2. Полевой период.

3. Комплексное физико-географическое описание.

4. Камеральный период.

5. Отчет о НИР.

Подготовительный период.

Методы изучения структуры природных и природно-антро­погенных геосистем в геоэкологии опираются на научную базу ланд­шафтных исследований, законченный цикл которых включает в себя три периода работ: подготовительный, полевой и камеральный. В за­висимости от масштаба работ каждый период ландшафтных исследо­ваний имеет свои выраженные особенности.

На современном этапе научных ис­следований подготовительный период начинается с постановки зада­ния, из которого достаточно ясно должна быть видна основная цель исследования и его программа. В обосновании четко формулируется цель проекта, состояние разработки проблемы (актуальность), научная идея, научная и практическая значимость работы, этапы исследова­ния, предполагаемые результаты. От грамотной постановки задания во многом зависит успешная организация и проведение собственно научных исследований.

В подготовительный период ландшафтных исследований решаются следующие задачи:

1) изучаются уже имеющиеся информационные материалы по территории исследования;

2) формируются «мысленные» модели основных связей между компонентами ландшафтов района исследований;

3) выделяются проблемные вопросы требующие дополнительного изучения в полевых условиях;

4) составляется программа полевых работ;

5) определяется научное обеспечение экспедиции, которое включает подготовку информационных материалов, необходимых приборов и оборудования, инструктаж по технике безопасности.

Сбор информации. В подготовительный период прорабатываются опубликованные литературные источники — книги, справочники, сло­вари, статьи в научных сборниках, энциклопедические и периодиче­ские издания, краеведческая литература. Информационную базу ис­следования составляют также фондовые материалы - отчеты, очерки, справки. Эти материалы хранятся в различных научных и управленче­ских организациях.

Особую значимость на этом этапе научного исследования имеет сбор и анализ опубликованных и фондовых картографических мате­риалов. Для анализа территории необходимо изучить и сделать выкопировки карт четвертичных отложений, геоморфологической, лесотаксационной, почвенной, топографической, землепользовании. При работе с этими информационными материалами необходимо оценить новизну и достоверность сведений, получаемых из различных источ­ников. Встречающиеся противоречивые данные берутся на заметку для полевой проверки.

На этом этапе исключительно важным является сбор всей уже имеющейся информации об источниках антропогенного воздействия и составление их предварительного описания. Это описание может слу­жить основой для интерпретации результатов полевых наблюдений и измерений. Отсутствие какой-либо связи между типом загрязнения и характером возможных источников может служить признаком регио­нального переноса, специфических свойств подземного водного гори­зонта или наличия не установленных источников загрязнений.

Подготовка рабочей основы. В работе следует учитывать опре­деленные требования к картам различного масштаба. При мелкомас­штабных исследованиях можно не готовить специальной основы, а пользоваться топокартой. Для среднемасштабных работ можно ис­пользовать в качестве рабочей основы и топокарты, и специальные бланковки.

Крупный масштаб требует специальной подготовки картографи­ческой основы. Необходимо объединить нагрузку планов землеполь­зования с топоосновой и скорректировать их по аэрофотоматериалам. Рабочая основа должна включать в себя следующую нагрузку: гидро­сеть, рельеф с горизонталями и указанием сечения, контуры лесов и болот с обозначением состава леса и типа болот, контуры населенных пунктов, инфраструктуру, границы землепользовании, поля севообо­ротов, сельскохозяйственные угодья и их виды, отдельно стоящие объекты. Собранный картографический материал часто бывает раз­личного масштаба, поэтому важно привести все необходимые карты к одному масштабу.

Богатейшим источником информации являются материалы дис­танционных съемок (МДС), которые состоят из аэрофотоснимков (АФС) и космоснимков (КС). КС используют при мелко- и средне-масштабных исследованиях, АФС — при крупно- и среднемасштаб­ных. В подготовительный период особое внимание уделяется выбору определенного комплекта МДС с учетом ландшафтной информатив­ности. Осуществляется топографическая подготовка МДС, которая заключается в уточнении их масштаба, ориентировки к истинному и магнитному меридианам. На МДС наносят фактический материал с помощью условных знаков. Искажения на снимках удаляются путем изготовления фотопланов на жесткой основе. В настоящее время рас­пространенным методом является сканирование и последующая ком­пьютерная обработка АФС. Оптимальным является совместное ис­пользование АФС и топографических карт. Стереоскопическое изуче­ние ландшафтной модели выполняют с помощью стереоприборов раз­личных систем. Результаты дешифрирования редуцируют с МДС на топооснову рабочего масштаба с помощью рисовальных приборов. Перенос данных с нетрансформированных КС осуществляется визу­ально, но этот способ трудоемкий и невысокий по точности.

Дешифровочными признаками КС и АФС является форма, фототон, рисунок (тень) изображения. Различают прямые (установленный признак по снимку) и косвенные (через знание взаимосвязей в ПТК) признаки.

На основе изучения топографической и отраслевых карт, мате­риалов МДС составляется предварительная ландшафтная карта-гипотеза, которая проверяется и уточняется в полевой период.

Составление ландшафтной карты-гипотезы. Основой составле­ния предварительной ландшафтной карты является перевод изобра­жения рельефа поверхности земли с помощью горизонталей в другую модель - в плоскостное изображение рельефа контурами, свойствен­ное большинству отраслевых карт. Границы ПТК часто соответствуют перегибам рельефа, отображаемым сменой изогипс. Например, четко отличаются ПТК склонов от заболоченных понижений, участки рав­нин от камовых комплексов.

Сначала на топографической основе выделяют речную и эрози­онную сеть. При этом следует помнить, что контур эрозионной формы всегда пересекает горизонтали, а не идет вдоль них. Затем участки междуречий разделяют по степени крутизны на контуры с примерно одинаковым сечением горизонталей. В условиях холмисто-грядового моренного рельефа, чередующегося с водно-ледниковыми поверхно­стями, где эрозионная сеть может быть слабо развитой, для наиболее общего разграничения территории рекомендуется использовать прием ярусного выделения по горизонталям высотных уровней для лучшего понимания ситуации.

После этих операций основными методами выступают анализ и синтез имеющихся отраслевых материалов и аэрофотоснимков для комплексной характеристики выделенных контуров. От масштаба карты зависит и ранг ПТК, выделяемого в самостоятельный контур.

Приборы и оборудование, необходимое для полевых исследо­ваний ПТК, - компас, сантиметр, лопата, почвенный нож, щуп для определения мощности торфа. Для диагностики экологического со­стояния абиотических компонентов ПТК привлекается дополнитель­ное оборудование и ряд химических реактивов. Для определения хи­мических свойств почвы используют универсальные индикаторные шкалы рН, раствор соляной кислоты. Для определения прозрачности и цвета воды необходим стеклянный градуированный цилиндр высо­той 30-50 см и внутренним диаметром 2,5 см. Химический состав вод определяется в, лабораторных условиях. На подготовительном этапе для отбора проб вод подготавливают полиэтиленовые бутылки (канистры) объемом 1 л воды для неполного анализа и 3 л - для пол­ного. При консервации отобранных проб можно использовать соля­ную, серную кислоты. Оборудованием при изучении биоты служат рама со спицей, квадрат, энтомологический сачок.

Регистрация наблюдений проводится чаще всего в полевых днев­никах и бланках. Полевой дневник представляет собой документ, в который заносятся сведения по точкам наблюдения в выработанном для экспедиции порядке. Кроме того, дневниковая форма позволяет заносить сведения по маршруту между точками, описывать ход разви­тия природных процессов. Основной недостаток дневниковой формы заключается в их неэффективности при обработке большого количе­ства данных. В полевом дневнике на титульном листе указывается на­звание организации, экспедиция, номер полевого дневника, ФИО ис­следователя, дата начала и номер первой точки, а после окончания ра­бот — дата и номер последней точки. Все записи ведутся простым ка­рандашом или шариковой ручкой. В дневнике ничего нельзя исправ­лять, стирать. Ошибочную запись нужно зачеркнуть и рядом написать новый вариант. Все наблюдения записывают сразу же - на точке, на маршруте.

При работе в среднем и крупном масштабе, где наблюдения на точках носят массовый характер, используют бланки наблюдения. Форма бланков вырабатывается в подготовительный период или за­имствуется из имеющихся образцов. Важное преимущество бланка - формализованность, сведение количественной информации в табличную форму, оставление пустых колонок и строк для камеральных рас­четов, удобство сортировки. Для массовых наблюдений могут исполь­зоваться перфокарты. Примером применения новых технологий для регистрации наблюдений является компьютерная обработка экспеди­ционных данных. Основой пакета является электронная таблица, ряд файлов содержат копию бланка полевого описания, текстовые описа­ния компонентов ПТК, сведения о рассчитываемых параметрах и таб­лицы для автоматической обработки данных. Пакет должен распола­гать широким набором математических функций, аналогичных про­грамме Exel.

Подготовительный этап завершается составлением краткой справки о степени изученности территории с характеристикой при­родных компонентов и источников антропогенных воздействий; со­ставлением предварительной карты природных геосистем. В даль­нейшем контуры на этой карте почти не меняются, но происходит уточнение и наполнение их конкретным содержанием.

Полевой период.

В задачи этого периода входит:

1) сбор факти­ческого материала в результате непосредственных наблюдений на ме­стности;

2) отработка методики полевого картографирования;

3) со­ставление карты природных геосистем.

Основой этого периода являются полевые наблюдения. Деталь­ные описания проводят на ключевых участках, картографируемых в крупном масштабе и с большой подробностью. Маршрутные наблю­дения ведутся между точками комплексных описаний, при этом в дневнике отмечают изменения в размере и конфигурации ПТК, харак­тере перехода к другим геокомплексам. Участки детальных и мар­шрутных описаний заключены в пределах полигона, размер которого определяется заказчиком или самими исследователями исходя из по­ставленных задач.

Рекогносцировка. Рекогносцировка, или общее ознакомление с территорией, решает следующие задачи: 1) предварительное ознаком­ление с территорией, подлежащей исследованию; 2) выявление степе­ни соответствия собранных информационных материалов действи­тельности; 3) выработка единой методики наблюдений и фиксации материалов.

При мелкомасштабном исследовании практически обходятся без рекогносцировки, так как сами исследования почти всегда носят ха­рактер маршрутных наблюдений. При средне- и крупномасштабных исследованиях рекогносцировка проводится аэровизуальным методом, на машине или пешей полевой, экскурсией. При среднемасштабном исследовании роль маршрутных наблюдений возрастает. Здесь обычно сочетаются площадное изучение ключевых участков с мар­шрутными наблюдениями и при рекогносцировке выбираются ключе­вые участки дальнейшего исследования. При крупномасштабных ис­следованиях необходимость выбора ключевых участков отпадает, так как съемка ведется методом сплошного картографирования. Реког­носцировочными работами в этом масштабе исследований должны быть охвачены почти все ПТК того ранга, картографирование которых проводится позднее. Результатом рекогносцировки должны быть от­корректированные маршруты, выбранные линии опорных профилей, унифицированная методика наблюдений на точках, фиксации мате­риалов и сбора образцов.

Картографирование ПТК. После завершения рекогносцировки начинается этап картографирования ПТК. Основной полевой факти­ческий материал при любом масштабе работ дают точки комплексных физико-географических описаний: основные, картировочные, опор­ные, специализированные. Каждая точка характеризует фацию и за­кладывается в типичном для ПТК месте. Наблюдения на точках ве­дутся в соответствии с методиками отраслевых исследований.

Основные точки комплексного описания наиболее часто исполь­зуют при ландшафтном картографировании. Они выбираются в ти­пичных местоположениях с тем, чтобы полученные на точке сведения могли бы быть распространены на значительную территорию или на небольшие по площади, но часто повторяющиеся ПТК. На основных точках описывается рельеф, закладываются и описываются почвен­ный разрез и геоботаническая площадка, фиксируется характер ув­лажнения. Итогом наблюдений на основной точке является заключе­ние о генезисе ПТК и составление названия ПТК. На карте-гипотезе уточняют границы контура.

Картировочные точки предназначены для наблюдения и фикси­рования материала по специальной сжатой программе и служат для экстраполяции данных, полученных на основных точках. Для опреде­ления почвы делается прикопка, фитоценоз описывается по домини­рующим видам без заложения геоботанической площадки.

Опорные (ключевые) точки отличаются особой подробностью наблюдений. Эти точки (их нередко называют «ключами») используют для геофи­зических и геохимических характеристик ПТК. Здесь берут образцы на сопряженный анализ содержания химических элементов в почвообразующих породах, почвах, растениях, воде, ведется количествен­ный учет геомасс, дается качественная и количественная характери­стика геогоризонтов.

Специализированные точки — это точки наблюдения за одним из компонентов — геологическим строением, грунтовыми или поверхно­стными водами, формами поверхности, почвами, биотой.

Наблюдения на точках ведутся в соответствии с методиками от­раслевых исследований.

Лекция № 7.

Тема: Организационная схема исследований.