Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

Измерение активности растительного покрова

Мазуркин П.М. Михайлова С.И.

Введение

До проектирования мер по комплексному подъему сельских территорий для рационализации отраслей природопользования необходима разработка способов, позволяющих достичь землям к сбалансированному состоянию. Череда состояний дает динамику поведения ландшафтов. Главным элементом ландшафта является растительный покров.

Активность растительного покрова, то есть экстенсивное изменение его по площади, оказывает прямое влияние на достижение территориального экологического равновесия. Для измерения активности растительного покрова используются данные из земельного кадастра. Однако он пока составляется только по административным образованиям и то только на уровне административных районов субъектов Российской Федерации.

Растительный покров по земельному кадастру

Естественный, частично измененный человеком или же полностью культурный растительный покров (сады, лесные плантации, городские парки и пр.) могут стать фитоиндикаторами [1] на территориальном образовании: ландшафте, водосборном бассейне, административном районе, территориально-промышленном комплексе, городе или другом населенном пункте.

Для измерения активности растительного покрова исходные данные на 01.01.2007 г. по Республике Марий Эл (РМЭ) приведены в табл. 1. В будущем же, конечно, потребуется составлять также модификации земельного кадастра и в разрезе экосистем (ландшафтов). Тогда появится возможность анализа геотриады «ландшафт + население + хозяйство». К растительному покрову следует отнести земельные участки, на которых произрастают растения без последующей пахоты.

Поэтому к растительному покрову нельзя относить однолетние и многолетние травы, применяемые в севооборотах сельхозкультур.

Критерии активности растительного покрова

Абсолютная активность растительного покрова будет оцениваться площадью SРП, а относительная активность μ его выражением 

,                                                     (1)

где SРП - площадь растительного покрова, тыс. га; Sобщ- общая площадь территории, тыс. га.

По табл. 1 получим значение абсолютной активности в виде суммы: растительный покров = многолетние насаждения на сельскохозяйственных землях + сенокосы + пастбища + земли, покрытые лесом + древесно-кустарниковая растительность + болота. Количественно получаем значение 

тыс. га.

Таблица 1.

Данные земельного кадастра по Республике Марий Эл на 01.01.2007, тыс. га

Кате-гория

земель

Общая пло-

щадь

Всего с/х угодий

В том числе:

Земли, покрыт. лесом

Древес.

кустарн. растит.

Болота

Пашни

Залежи

Мн.лет.

насажд.

Сено-косы

Паст-бища

1

860.3

715.9

467.4

101.7

5.3

42.8

98.7

91.0

16.6

2.3

2

77.1

48.1

27.3

0.8

3.0

5.9

11.1

3.2

2.5

0.2

3

2.8

0.1

0.1

0.0

0.0

0.0

0.0

0.4

0.9

0.1

4

58.6

0.6

0.0

0.0

0.0

0.5

0.1

54.5

0.0

0.3

5

1197.5

11.7

0.5

0.0

0.0

8.9

2.3

1101.7

0.0

31.2

6

67.6

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

7

5.0

4.4

0.6

3.0

0.0

0.3

0.5

0.1

0.1

0.0

Итого

2337.5

781.4

496.1

105.5

8.3

58.7

112.8

1305.7

20.1

34.1

Примечания: 1 - земли сельскохозяйственного назначения; 2 - земли населенных пунктов (поселений); 3 - земли промышленности, ...; 4 - земли особо охраняемых территорий; 5 - земли лесного фонда; 6 - земли водного фонда; 7 - земли запаса; полужирным шрифтом выделены те площади, которые отнесены к растительному покрову; полужирным курсивом выделены залежи, которые могут быть преобразованы в земельные участки растительного покрова.

Относительная активность будет определяться по формуле (1) в виде отношения Таким образом, на территории РМЭ соблюдается рациональное территориальное экологическое равновесие. Это видно из того, что коэффициент активности растительного покрова больше золотой пропорции 0,618. Другие субъекты РФ получать собственные значения активности растительного покрова.

Залежи земель являются по своей физической сути отходами сельскохозяйственной деятельности. Самым лучшим поведением людей явится превращение залежей в растительный покров, в частности, в сенокосы и пастбища, а также в многолетние насаждения, в том числе и лесные насаждения. Такое увеличение площади растительного покрова по РМЭ на 105,5 тыс. га позволит поднять, при небольших затратах, активность растительного покрова до уровня μ=0,704.

С позиций экологии более требовательным является коэффициент лесоаграрности, показывающий отношение ядра биосферы (покрытая лесом площадь) к сильно измененной человеком части территории (пашне). Тогда получаем три значения этого лесоаграрного критерия активности растительного покрова:

- без учета залежей, которые в будущем останутся такими, постепенно природой превращаясь в закустаренные земли, а через 50-100 лет зарастут новым лесом, поэтому в этом случае

;

- с учетом в пашне будущего освоения и залежных земель сельскохозяйственного назначения

;

- с учетом того, что залежи будут преобразованы в элементы растительного покрова

.

Значимая разница вариаций критерия показывает, что нужно обратить внимание на преобразование земельных участков из одной категории кадастра в другую. Законодательно перевод земель лесного фонда в другие категории существует. А вот обратной законодательной процедуры, чтобы сельскохозяйственные земли передавались в лесной фонд, пока нет.

Лесистость территории (коэффициент лесистости ξ) определится отношением лесной площади к общей площади, и для РМЭ он равен или 55,86 %. Распаханность территории (коэффициент распаханности ζ) равен отношению площади пашни к общей площади, и для РМЭ равен или 21,22 %.

Группировка административных образований

Рассмотрим способ группировки по признаку аграрной освоенности территории, то есть по процессу наиболее агрессивного поведения разумных животных вида Homo sapiens по коренному изменению природной среды своего обитанияоренному ию тных  агрессивноум поведению  освоенности терртитории. то признакамв. . Для выработки нового методологического подхода вначале был проведен анализ доли земель сельскохозяйственного назначения в общей площади земель у 14 сельских районов (табл. 2) на 01.01.2007 год.

Из данных табл. 2 видно, что доля земель сельскохозяйственного назначения по районам РМЭ изменяется от 9,51 до 85,97 %, где минимум приходится на самый крупный Килемарский район, а максимум - на Новоторъяльский, как десятый по крупности из 14 районов

Таблица 2.

Доля земель сельскохозяйственного назначения в общей площади (на 01.01.2007), га

Сельский район

и город

Общая

площадь

Всего с/х угодий

Доля

%

Сельский район

и город

Общая площадь

Всего с/х угодий

Доля

%

РМЭ, тыс. га

2337.5

781.4

33.43

Новоторъяльский

92009

73419

79.80

Волжский

91386

39863

43.62

Оршанский

89649

56779

63.33

Горномарийский

197146

57564

29.20

Параньгинский

79166

52318

66.09

Звениговский

274878

34696

12.62

Сернурский

103208

84465

81.84

Килемарский

309889

20975

6.77

Советский

139245

65508

47.05

Куженерский

85283

53100

62.26

Юринский

204015

15851

7.77

Мари-Турекский

151386

91885

60.70

Йошкар-Ола

9451

3784

40.04

Медведевский

279706

64286

22.98

Волжск

2899

635

21.90

Моркинский

227008

65749

28.96

Козьмодемьянск

1341

481

35.87

Примечание: Полужирным шрифтом показано максимальное значение доли сельхоз угодий в общей площади земель, а курсивом - минимальное.

На рис. 1 приведен рой (статистическая совокупность) всех точек по сельским районам и городам РМЭ. На картине четко заметна верхняя граница распределения точек, которую можно выделить как статистическую выборку отдельно в программной среде CurveExpert-1.3 и провести идентификацию биотехническим законом проф. П.М. Мазуркина.

Для удобства вычислений сменили масштаб данных в тыс. га.

После идентификации биотехническим законом была найдена закономерность (рис. 2) взаимосвязи значений показателя площади на верхней границе доверительного интервала 

,                    (2)

где Sс/х - вся площадь сельскохозяйственных угодий, тыс. га; Sобщ - общая площадь сельского района или города, тыс. га.

Коэффициент корреляции (2) 0,9987.

 

 

Рис. 1. Распределение площади земель сельскохозяйственного назначения

относительно общей площади территорий районов и городов РМЭ

 

Рис. 2. Распределение площади земель сельскохозяйственного назначения относительно общей площади сельских районов и городов РМЭ по первой группе

Максимальная относительная погрешность статистической формулы (2) равна 88,2% для г. Козьмодемьянска. По остальным точкам адекватность модели высокая.

В первую группу чрезмерной аграрной освоенности районов и городов входят Мари-Турекский, Медведевский, Новоторъяльский, Сернурский сельские районы и старинный город Козьмодемьянск.

Из оставшейся выборки во вторую группу высокой аграрной освоенности попадают семь образований, связанных формулой (рис. 3) 

.                    (3)

Рис. 3. Распределение площади земель сельскохозяйственного назначения относительно общей площади сельских районов и городов РМЭ по второй группе

Можно сделать методологический вывод, что совокупность административных образований является некой популяцией, приспосабливающейся к ландшафтам.

Максимальная погрешность (3) равна 59,9 % для г. Волжска. А для Йошкар-Олы погрешность 41,9 %. По остальным точкам адекватность модели высокая. Значимые остатки для городов указывают, что урбанизацию можно дополнительно учесть плотностью населения. Во вторую группу входят Куженерский, Моркинский, Оршанский, Параньгинский, Советский районы, Йошкар-Ола и Волжск.

Третья группа (средней аграрной освоенности) содержит территории Волжского, Горномарийского, Звениговского и Килемарского районов и выражается (рис. 4) уравнением 

.                           (4)

Уравнение (4) показывает известный с XIX века закон убывающей доходности немецкого ученого Гуттенберга [2] для сельского хозяйства. Максимальная относительная погрешность равна 7,55 % для Килемарского района.

Рис. 4. Распределение площади земель сельскохозяйственного назначения относительно общей площади сельских районов и городов по третьей группе

Юринский район малой аграрной освоенности имеет низкую площадь угодий. Поэтому возможно превращение в рекреационную зону.

Чрезмерно освоенные земли

Два критерия (коэффициент относительной активности и коэффициент лесоаграрности) позволяют оценивать состояние территории на момент времени, а затем измерять расстояние от золотой пропорции. Нормативную активность для территории нужно изучать, в первом приближении пользуясь рекомендациями
Н.Ф. Реймерса [3, с.430].

По земельным кадастрам для всех административных районов РМЭ, по данным на 01.01.2007 с уточнениями от марта 2007 г., определены активности растительного покрова.

Мари-Турекский район

Эта территория имеет данные табл. 3. Здесь нет залежей, и в сельском хозяйстве ведет себя без образования земельных отходов. По табл. 3 имеется 69796 га растительного покрова при активности

Значение коэффициента активности значительно ниже золотой пропорции. Поэтому для территории этого района РМЭ нужна программа восстановительных мер (по опыту Германии природоприближенного обустройства сельских территорий).

Коэффициент лесоаграрности . Лесистость равна , а распаханность составляет .

Медведевский район

Он окружает столицу РМЭ г. Йошкар-Олу своими землями и территория имеет данные табл. 4.

Таблица 3.

Данные земельного кадастра по Мари-Турекскому району РМЭ на 01.01.2007, га

Категория

земель

Общая площадь

Всего с/х угодий

В том числе:

Земли,

покрыт. лесом

Древес.

кустарн. растит.

Болота

Пашни

Залежи

Мн.лет.

насажд.

Сено-косы

Паст-бища

1

99720

88070

72815

0

74

6299

8882

7391

1275

34

2

5331

3613

3121

0

76

416

0

138

181

1

3

559

0

0

0

0

0

0

0

69

0

4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

5

45776

202

42

0

0

160

0

44785

0

15

6

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

7

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Итого

151386

91885

75978

0

150

6875

8882

52314

1525

50

Примечание: Расшифровка категорий земель приведена под табл. 1.

Таблица 4.

Данные земельного кадастра по Медведевскому району РМЭ на 01.01.2007, га

Категория

земель

Общая площадь

Всего с/х угодий

В том числе:

Земли,

покрыт. лесом

Древес.

кустарн. растит.

Болота

Пашни

Залежи

Мн.лет.

насажд.

Сено-косы

Паст-бища

1

70080

58057

36895

0

3369

7325

10468

6059

868

223

2

6779

4596

3682

0

111

177

626

97

36

0

3

15093

398

46

0

0

237

115

10957

242

0

4

15057

112

0

0

0

112

0

14503

0

29

5

171876

897

31

0

0

728

138

159637

0

2827

6

181

0

0

0

0

0

0

0

0

0

7

640

226

156

0

0

32

38

5

0

1

Итого

279706

64286

40810

0

3480

8611

11385

191258

1151

3080

Он не имеет залежей и в сельском хозяйстве ведет себя без образования земельных отходов. По табл. 4 имеется 220965 га растительности

 

Коэффициент активности выше золотой пропорции. Такой растительный покров успешно выполняет функции легких столицы марийского края. По коэффициенту лесоаграрности получена активность

.

Лесистость Медведевского района равна

,

а распаханность земель составляет

.

Активность городской растительности

На территории РМЭ находятся три города: столица Йошкар-Ола и города Волжск и Козьмодемьянск. Методика анализа экологического состояния по активности растительного покрова аналогична сельским районам. Урбанизация как природно-техногенный процесс выявляется через учет плотности населения.

Йошкар-Ола

Исходные данные земельного кадастра на 01.01.2007 в табл. 5. На территории находится 2455 гектаров растительности с активностью хотя столица считается земельным городом, однако два с лишним раза меньше 0,618.

Требование золотой пропорции площади растительного покрова сохранится и для урбанизированных территорий. Не имея зеленых насаждений на земельных участках, в Токио давно стали осваивать растительным покровом крыши домов. В городах Германии зеленый покров расширяют за счет озеленения мостов и тротуаров клумбами. 

Таблица 5.

Данные земельного кадастра по городу Йошкар-Оле на 01.01.2007, га

Категория

земель

Общая площадь

Всего с/х угодий

В том числе:

Земли,

покрыт. лесом

Древес.

кустарн. растит.

Болота

Пашни

Залежи

Мн.лет.

насажд.

Сено-косы

Паст-бища

1

2712

2381

2030

0

0

105

246

0

89

0

2

5821

1392

468

0

625

286

13

685

70

8

3

571

0

0

0

0

0

0

0

0

0

4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

5

347

11

1

0

0

10

0

317

0

1

6

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

7

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

Итого

9451

3784

2499

0

625

401

259

1002

159

9

Преобразование пашни в растительность даст увеличение коэффициента активности

.

Следующей мерой станет уменьшение ширины пешеходных тротуаров, а также снижение площади под парковку автомобилей. Таких преобразований асфальтированных земель будет достаточно. Чтобы добиться золотой пропорции, необходимо будет выделить дополнительно площадь под растительный покров 0,618 х 9451 - 2455 -
- 2499 = 887 га из второй категории земель поселений при сносе ветхих строений.

Коэффициент лесоаграрности . Йошкар-Ола выглядит экологичнее, чем Сернурский район. Лесистость , распаханность .

Ранговое распределение административных образований

По четырем коэффициентам распределение сельских районов и городов РМЭ приведено в табл. 6. Рядом расставлены ранги значений этих показателей. Активность растительности изменяется (рис. 5) так:

.                                           (5)

На рис. 5 видны небольшие колебания параметра территории, однако они малозначимы. Поэтому тренд (5) может быть принят за закономерность, показывающую ранговое распределение административных территорий.

Весьма требовательный экологический показатель лесоаграрности (рис. 6) имеет формулу вида

Рис. 5. Распределение коэффициента активности растительного покрова административных образований РМЭ

.                                   (6)

Таблица 6.

Ранговые распределения административных образований РМЭ

Образование

административное субъекта федерации

Коэффициенты активности растительного покрова по:

активности

лесоаграрности

лесистости

распаханности

μ

rμ

k

rk

ξ

rξ

ζ

rζ

Республика Марий Эл

0.659

-

2.632

-

0,5586

-

0.2122

-

Волжский район

0.557

6

1.474

7

0.4298

7

0.2916

8

Горномарийский р-н

0.570

5

2.195

5

0.4592

6

0.2092

6

Звениговский район

0.826

1

8.436

2

0.7558

2

0.0896

3

Килемарский район

0.878

0

49.891

0

0.8266

0

0.0166

0

Куженерский район

0.420

11

0.678

9

0.3158

9

0.4655

13

Мари-Турекский р-н

0.461

9

0.689

8

0.3456

8

0.8909

16

Медведевский район

0.790

3

4.687

4

0.6838

3

0.1459

5

Моркинский район

0.769

4

5.634

3

0.6553

4

0.1163

4

Новоторъяльский р-н

0.274

12

0.343

12

0.1299

12

0.3789

11

Оршанский район

0.437

10

0.679

9

0.2902

10

0.4273

12

Параньгинский район

0.472

7

0.583

10

0.2820

11

0.4840

14

Сернурский район

0.261

13

0.222

13

0.1142

13

0.5138

15

Советский район

0.542

7

1.543

6

0.4754

5

0.3081

10

Юринский район

0.799

2

31.805

1

0.7620

1

0.0240

1

г. Йошкар-Ола

0.260

13

0.401

11

0.1060

14

0.2644

7

г. Волжск

0.184

15

0.183

15

0.0148

16

0.0811

2

г. Козьмодемьянск

0.213

14

0.202

14

0.0611

15

0.3028

9

Примечание: r - ранг, причем r=0,1,2,..., расположенный по ухудшению показателя.

Рис. 6. Распределение коэффициента лесоаграрности территории административных образований РМЭ

Резко выделяются первые пять рангов от 0 до 4. Сразу же заметим, что наиболее экологически благоприятным из 17 образований РМЭ является Килемарский сельский район, имеющий по всем четырем параметрам нулевые ранги.

Людям давно нужно научиться жить цивилизованно на лесистых землях, а не грабастать их под коттеджи и виллы.

Этому научились в передовых европейских и других странах. Но в России обязательно нужно уничтожать леса и распахать их на пашни.

По данным табл. 6 была получена (рис. 7) биотехническая закономерность по формуле

.                                           (7)

Снова устойчивый закон гибели доминирует в распределении третьего показателя по формуле (7).

С возрастанием распаханности экологическое качество территории ухудшается. Поэтому ранги расставлены по сравнению с предыдущими параметрами в обратном порядке, то есть по возрастанию значений изучаемого показателя.

Рой точек статистической выборки приведен графически на рис. 8.

Последняя точка резко идет вверх, отрываясь от группы. Это - чрезмерно распаханная территория Мари-Турекского района. Её распаханность почти в два раза выше Сернурского района. Поэтому крайнюю точку исключаем. Коэффициент распаханности территории изменяется по биотехническому закону (рис. 9) проф. П.М. Мазуркина [4-7] в виде формулы

Рис. 7. Распределение коэффициента лесистости территории административных образований РМЭ

 

Рис. 8. Точечное распределение коэффициента распаханности территории административных образований РМЭ

.                   (8)

Первая составляющая формулы (8) является постоянным членом, и он показывает предысторию статистического ряда.

Содержательный смысл числа 0,0166 по Килемарскому району показывает, что там, где постоянно проживают люди, на территории РМЭ распаханность не может быть ниже 1,66 % от общей площади территории.

По второй закономерности можно определить для территории РМЭ предельно возможное максимальное значение коэффициента распаханности ζmax=1,0000, то есть 100 %, при значении объясняющей переменной rζ=52. Однако фактически ранг распаханности по данным табл. 6 достигает только значения 16.

Экологичность территории

По совокупности параметров можно судить об экологическом качестве административного образования.

Простейшим способом является определение места I по сумме рангов r всех учтенных показателей μ, k, ξ, ζ. Сводные данные по всем четырем рангам приведены в табл. 7. 

Таблица 7.

Места административных образований по экологичности на территории РМЭ

Сельский район

или город

Республики Марий Эл

Ранги активности растительного покрова

Сумма рангов

Место по экологичности

rμ

rk

rξ

rζ

Волжский район

6

7

7

8

28

6

Горномарийский р-н

5

5

6

6

22

5

Звениговский район

1

2

2

3

8

3

Килемарский район

0

0

0

0

0

1

Куженерский район

11

9

9

13

42

8

Мари-Турекский р-н

9

8

8

16

41

7

Медведевский район

3

4

3

5

15

4

Моркинский район

4

3

4

4

15

4

Новоторъяльский р-н

12

12

12

11

47

11

Оршанский район

10

9

10

12

41

7

Параньгинский район

7

10

11

14

42

8

Сернурский район

13

13

13

15

52

13

Советский район

7

6

5

10

28

6

Юринский район

2

1

1

1

5

2

г. Йошкар-Ола

13

11

14

7

45

10

г. Волжск

15

15

16

2

48

12

г. Козьмодемьянск

14

14

7

9

44

9

Рис. 9. Распределение коэффициента распаханности территории административных образований РМЭ (без Мари-Турекского сельского района)

По данным табл. 7 первое место по экологичности территории занимает Килемарский район, а на последнем 13-ом месте вгруппе находится Сернурский сельский район.

Статья опубликована при поддержке гранта 3.2.3/4603 МОН РФ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Уфимцева, М.Д. Фитоиндикация экологического состояния урбоэкосистем Санкт-Петербурга / М.Д. Уфимцева, Н.В. Терехина. - СПб.: Наука, 2005. - 339 с.

2. Вёйе, Г. Введение в общую экономику и организацию производства. Часть 1 / Г. Вёйе, У. Дёринг. - Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1995. - 497 с.

3. Реймерс, Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник / Н.Ф. Реймерс. - М.: Мысль, 1990. - 637 с.

4. Мазуркин, П.М. Лесистость и распаханность территории / П.М. Мазуркин,
С.И. Васильева // Экология: Образование, наука, промышленность и здоровье: материалы
II Международной научно-практической конференции. - Вестник БГТУ. - 2004. - №8. - Часть V. - С.83-85.

5. Мазуркин, П.М. Закономерности кадастровой оценки сельскохозяйственных угодий (на примере Республики Марий Эл) / П.М. Мазуркин, Г.Н. Ильменев, Ф.Н. Салахутдинов: Научное издание. - Йошкар-Ола: МарГТУ-ФГУП МарГипрозем, 2002. - 66с.

6. Мазуркин, П.М. Закономерности распределения земельного фонда (на примере Республики Марий Эл): Научное издание /
П.М. Мазуркин, А.Н. Фадеев. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 127 с.

7. Мазуркин, П.М. Математическое моделирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей: Учебное пособие / П.М. Мазуркин, А.С. Филонов. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. - 292 с.


Библиографическая ссылка

Мазуркин П.М., Михайлова С.И. Измерение активности растительного покрова // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2009. – № 4. – С. 36-0;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=80 (дата обращения: 24.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074