Інформаційні технології в контролі стану природних територій, що знаходяться під охороною

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сумський національний аграрний університет

Інформаційні технології в контролі стану природних територій, що знаходяться під охороною

Клименко Г.О., Кирильчук К.С., Тихонова О.М., Баштовий М.Г.

Вступ

Після набуття чинності у 1991 році Закону України "Про охорону навколишнього природного середовища" [1] і по теперішній час площа природних територій, що охороняються, в Україні прогресивно розширюється, і до 2020 року склала 4,418 млн. га. Вона включає 8512 об'єктів різного рангу: природні та біосферні заповідники, національні парки, заказники та ін. Як самостійний об'єкт функціонує «Смарагдова мережа», що є частиною Загальноєвропейської мережі. Спільно всі ці об'єкти складають природно-заповідний фонд України.

Природні території, що знаходяться під охороною в Україні, відіграють важливу роль у стабілізації екологічного середовища на території країни, тому їх підтримка в стані, максимально близькому до природного, є важливим завданням. Це завдання чітко сформульоване у Законі України "Про природно-заповідний фонд України" 1992 року [2]. Стійкість природних екосистем - це один із компонентів стійкості українського соціуму. інформаційний управлінський влада екологічний

Виходячи з цього, відомості про стан природних територій України, що охороняються, виявляються необхідними для контролю їх фактичного стану та коригування заходів, спрямованих на підтримку стійкості природних екосистем. Центральну роль реалізації цього завдання відіграють інформаційні технології. Розробка методів і форм їх використання для контролю стану природних територій, що охороняються, є актуальною, але поки що мало розробленою науковою проблемою.

Виклад основного матеріалу

Інформаційні технології в сучасному суспільстві відіграють роль постачальників об'єктивної інформації, яка дозволяє приймати управлінські рішення на всіх рівнях влади, включаючи і рішення, пов'язані з природними територіями, що знаходяться під охороною. Інформаційні технології - дуже широке поняття, що включає в себе отримання, зберігання та передачу інформації у будь-якій її формі - усній, письмовій, електронній. Деякі автори [3, 4] це поняття неправомірно звужують та включають до нього лише способи отримання, зберігання, передачі та використання інформації на основі обчислювальної техніки та електронних засобів зв'язку. Це неправомірно тому, що у наш час реально функціонує безліч форм і методів отримання, зберігання та передачі інформації.

З початку 1990-х років формується спеціальна наука про інформаційні технології - ітологія. Як нова складова частина цієї макронауки виникла особлива наукова дисципліна - інформаційна екологія [5]. Її метою є робота з екологічною інформацією, під якою розуміється будь-яка інформація про живі організми та стан елементів навколишнього середовища в письмовій, аудіовізуальній, електронній або будь-якій іншій матеріальній формі [6]. Отримують таку інформацію в процесі екологічного моніторингу.

Інформаційні технології дозволяють вирішувати цілий комплекс завдань, що виникають під час проведення екологічного моніторингу. До них належать:

а) отримання первинної інформації про стан природних екосистем,

б) зберігання інформації та створення на її основі баз даних,

в) аналіз та узагальнення інформації про стан природних територій, що охороняються,

г) розробка моделей та прогноз розвитку екосистемних процесів,

д) забезпечують доступ до інформації про стан приводних територій, що знаходяться під охороною, для всіх зацікавлених осіб.

При оцінці стану природних територій, що знаходяться під охороною, на першому місці стоїть аналіз їх рослинного покриву. Сформований з автотрофних організмів він забезпечує існування решти всіх компонентів будь-якої природної екосистеми.

Моніторинг рослинності повинен бути заснований на комплексному підході, і тоді він дає необхідну інформацію про поточні тенденції у зміні типів фітоценозів, зміни флористичного біорізноманіття та динаміку структури популяцій ключових, інвазійних та рідкісних видів рослин. Ці параметри є індикаторами стану природно-заповідного фонду. Основні індикатори стану рослинного покриву наведено у схемі на рис. 1. Оцінка індикаторів провадиться шляхом екологічного моніторингу. Це головний шлях підвищення ефективності контролю над станом об'єктів природно-заповідного фонду [7].

В Україні робота з екологічного моніторингу заснована на Постанові Кабінету Міністрів України 1998 року "Про затвердження Положення про державну систему моніторингу довкілля" [8]. Воно передбачає формування системи спостережень, збору та обробки даних, їх зберігання та аналізу [9].

Рис. 1. Блок-схема індикаторів стану рослинності природних територій, що знаходяться під особливою охороною

Цілісність природно-заповідного об'єкта та частково синтаксономічна стабільність оцінюється на основі даних, що отримуються від геоінформаційних систем - ГІС. Стан інших

індикаторів визначається шляхом наземного аналізу спеціалістами.

Сучасні ГІС-технології різноманітні за технічним забезпеченням і дозволяють вирішувати великий комплекс завдань, пов'язаних з оцінкою стану природних територій, що знаходяться під охороною [10, 11, 12].

Вихідним матеріалом для ГІС-технологій є аерокосмічні фотографії. За рахунок спеціального програмного забезпечення вони дозволяють оцінювати ділянки земної поверхні за багатьма параметрами. GIS-технології дозволяють отримати інформацію на двох рівнях: перший - це природна територія, що охороняється в цілому, і другий - її ключові ділянки. На природних територіях, що охороняються, за допомогою цих технологій можна визначати безпеку загальної конфігурації об'єкта, площі, зайняті різними типами фітоценозів, спектральний і хлорофіловий індекс рослинності, незаконні вирубки, пожежі та ряд екологічних параметрів, у тому числі забрудненість атмосфери, ґрунту, водойм.

Активно розробляються методи та форми аналізу інформації, що отримується за участю ГІС-технологій [13]. За рахунок технічного прогресу відбувається швидке збільшення просторового і спектрального дозволу зображень, зроблених з космосу або за допомогою аерофотозйомки, що істотно підвищує ефективність моніторингу стану природних територій, що знаходяться під охороною.

Загальнодержавний екологічний моніторинг природного середовища в Україні сформований на базі ГІС-технології, і в даний час система моніторингу природного середовища охоплює всю територію країни. Але для постійного моніторингу окремих заповідних об'єктів вона використовується поки що рідко. Ця робота поки що залишається на рівні розробки завдань та пошуку методів їх вирішення [14].

Дистанційне зондування не дозволяє оцінити всі важливі параметри рослинного покриву. Наприклад, оцінка степової рослинності космічними фотографіями з супутників Landsat 4/5-TM дозволяє виділити лише чотири категорії: голий ґрунт, розріджена рослинність, густа рослинність, чагарники [15]. Більші можливості дає використання дронів.

Оцінка основних індикаторів стану природно- заповідного фонду - синтаксономічного розмаїття та стійкості, біорізноманітності та структури популяцій здійснюється шляхом наземного обліку. Цей процес базується на поєднанні різних форм роботи з даними та інформацією. При вивченні рослинності інформацію про стан основних індикаторів отримують зазвичай при маршрутному або стаціонарному польовому обстеженні території фахівцями і заноситься на паперові носії. Етапи отримання та обробки отриманої інформації про стан індикаторів представлено на схемі рис. 2.

В цих процесах два критично важливі етапи. Перший - отримання вихідних даних і другий - комп'ютерна обробка вихідних даних для отримання екологічної інформації. Робота на цих етапах має виконуватися кваліфікованими фахівцями.

Оптимальна періодичність моніторингу індикаторів для отримання первинних даних залежить від їхнього типу. Дистанційну оцінку цілісності території та загальних особливостей рослинного покриву слід проводити один раз на 7-10 років. Облік флористичного біорізноманіття та опис синтаксонів доцільно здійснювати один раз на 3-5 років шляхом обстеження території заповідного об'єкта відповідно ботаніками-флористами та геоботаніками. Аналіз структури популяцій ключових, інвазійних та рідкісних видів рослин має проводитись щорічно або один раз на кожні 3 роки.

Флористичне біорізноманіття вивчається на стрічкових трансектах шириною 1-5 м. Відстань між паралельними трансектами залежить від фітоценотичного розмаїття території. Для отримання синтаксономічної інформації використовують пробні майданчики розміром від 100 до 1000 м2. Структуру популяцій рослин вивчають на майданчиках розміром 1 м2.

Для геоботанічних та популяційних досліджень використовують типові бланки. Їхні зразки наводяться у низці ботанічних робі, наприклад, Злобін та ін., [16]. Число пробних майданчиків залежить від розміру локальної популяції виду і ступеня варіювання ознак, що враховуються. Воно має забезпечити отримання репрезентативних даних про стан будь-якого з індикаторів, що враховуються.

Рис. 2. Блок-схема отримання інформації на основі обробки первинних даних щодо стану індикаторів рослинного покриву

Отримана первинна інформація зберігається як паперовий документ, але в її основі створюються комп'ютерні бази даних у MS Word чи MS Excel.

Другий критично важливий етап отримання інформації про рослинний покрив - це комп'ютерна обробка даних. А.М. Курко та ін. [4] справедливо наголошували, що «дані - це лише сировина для отримання інформації». Вилучення «прихованої» інформації та її узагальнення здійснюється виходячи з комп'ютерних програм STATISTICA, PAST, табличний процесор MS Excel, MathCad та інших. У роботі А.Б. Новаковського [17] наводиться порівняльна характеристика таких програмних засобів. Найбільш потужним та зручним у користуванні є пакет STATISTICA.

Залежно від типу інформації та завдань її представлення застосовуються різні види аналізу: кореляційний, регресійний, факторний, дискримінантний та ін. Для візуалізації стану індикаторів рослинності створюються графіки, діаграми тощо. Для аналізу структури популяцій рекомендується використовувати програми ANON S та VITAL [18].

Синтаксономічний склад рослинного покриву встановлюється на основі геоботанічних описів. Класифікація фітоценозів проводиться за системою Браун-Бланке. Її методика в даний час добре відпрацьована, є спеціальні комп'ютерні програми - TWINSPAN, TABORD, TURBOVEG [19, 20].

Критично важливим індикатором стійкості та динаміки фітоценозів об'єктів природно-заповідного фонду є стан популяцій видів рослин - ключових, рідкісних, інвазійних.

Аналіз популяцій рослин дозволяє встановити їх розмір, конфігурацію, чисельність особин у популяції. Важливу характеристику популяцій дає оцінка їхньої онтогенетичної та віталітетної структури. Основи аналізу онтогенетичної структури популяцій закладені Т.О. Роботновим [23]. Під час проведення цього аналізу встановлюється співвідношення в популяції особин різного вікового стану. Віталітетний аналіз був розроблений [24] для оцінки життєвого стану рослин популяцій. Життєвий стан особин оцінюється за комплексом їх ознак - морфологічних метричних, алометричних, динамічних ростових та інших. Багатоознакова система оцінки особин дає найбільш точну оцінку життєвого стану кожної окремої особини, а за співвідношенням у локальній популяції - оцінку віталітету популяції.

Первинна реєстрація онтогенетичного стану особин рослин та дані їх морфометрії, необхідні для віталітетного аналізу, оформляються у вигляді таблиць, змістову інформацію з яких можна отримати лише після спеціальної комп'ютерної обробки з використанням програм ANONS та VITAL. Так, у Національному природному парку

«Деснянсько-Старогутський» у фітоценозі Pinetum callunoso- hylocomiosum на підставі даних, отриманих за три послідовних вегетаційних періодів, у популяціях рідкісного виду Pulsatilla patens онтогенетичний спектр був повночленним (рис. 3 А). Віталітний спектр цих популяцій відповідав категорії «рівноважна»: у ній 60% особин класів «а» та «b» (рис. 3 Б). Перевірка методом дисперсійного аналізу показала, що статистична достовірність цих оцінок дорівнює 99,9%. Ця інформація дозволяє зробити висновок, що популяції Pulsatilla patens є стійкими, тоді як вихідні дані являли собою просто великий масив цифр.

Рис. 3. Онтогенетичний (А) та віталітетний (Б) спектри популяції P. Patens

Екологічний моніторинг у поєднанні з інформаційними технологіями дає можливість контролювати транскордонне перенесення на території, що знаходяться під особливою охороною, шкідливих речовин із сусідніх земель сільськогосподарського користування. Безконтрольне використання інтенсивних технологій і, зокрема, високих доз азотних і калійних добрив, пестицидів різного типу неминуче, в першу чергу через ґрунтові води та з вітром, веде до антропогенного забруднення суміжних природних територій, що охороняються. Лише пестицидів в середньому по Україні вноситься 4 кг/га. Для сільськогосподарських земель, що безпосередньо межують із заповідниками та природними парками, має бути введений особливий природоохоронний режим користування. Неприпустимо розташування у безпосередній близькості від природно-заповідних об'єктів великих свиноферм та птахофабрик [25, 26].

Окремий блок інформації складають дані про стан природного середовища - атмосфери, ґрунту та води на території об'єктів природно-заповідного комплексу України. Методика отримання та обробки цих даних добре розроблена [27, 28, 29]. Використовуються для цього і методи фітоіндикації.

Доступність та відкритість екологічної інформації про стан природного середовища та рослинного покриву, зокрема, регулюється низкою Законів України. Це Законом України “Про інформацію” [30] та Закон України “Про доступ до публічної інформації” [31]. Останній із цих законів заборонив відносити інформацію про стан природного середовища до конфіденційної. Тому завданням установ природно-заповідного фонду є розробка способів зберігання екологічної інформації у такій формі, що забезпечила б її повну доступність для громадян України.

Висновки

Перевагою використання інформаційних технології в контролі стану природних територій, що знаходяться під охороною, є можливість проведення не лише разових, а і довгострокових спостережень з періодичністю один раз на рік або на 3-5 років (залежно від рівня рідкості рослин або угруповань), які потенційно можуть охоплювати не одне десятиліття. Надважливим завданням є збір фактичних даних з утворенням бази даних, спостереження за маркованими рослинами або тваринами з можливістю проведення, на основі цих даних, комплексного аналізу з використанням різноманітних статистичних пакетів.

Через глобальні екологічні процеси негативного характеру особливої уваги заслуговують методи та підходи, які дозволяють враховувати комплексні дані - усі особливості угруповань, екосистем, які охоплюють не лише природні фактори, але й комплекс факторів та порушень антропогенного походження, відслідковувати зміни у їх динаміці. І саме інформаційні технології дозволяють проаналізувати і об'єднати первинні дані комплексного характеру, встановити взаємозалежності, відслідкувати і виокремити закономірності що, в кінцевому результаті, дозволить отримати важливі дані для розуміння і вирішення глобальних екологічних проблем.

Таким чином, екологічний моніторинг основних індикаторів стану об'єктів природно-заповідного фонду України у поєднанні з сучасними інформаційними технологіями дозволяє отримувати відомості, необхідні для підвищення ефективності заходів щодо забезпечення стійкості природних територій.

Список використаних джерел

1. Закону України "Про охорону навколишнього природного середовища", 1991.

2. Закон України «Про природно-заповідний фонд України», 1992.

3. Жураковський Ю. Л., Полторак В.П. Теорія інформації та кодування. К.: Вища шк., 2001. 255 с.

4. Курко А. М., Решетник В. Я. Введення в теорію інформації. Тернопіль: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2017. 108 с.

5. Романенко Ю. В. Інформаційна безпека та інформаційна екологія. International relations, part “Political sciences”, 2019. 21. С. 1-3.

6. Клименко Г. О. ^формаційні технології в екології. Суми, 2019. 164 с.

7. Хокингс М., Столтон С., Дадли Н. Оценка эффективности. Подходы к оценке деятельности особо охраняемых природных территорий. М.: МСОП, 2003. 88 с.

8. Постанові Кабінету Міністрів України від 30 березня 1998 р. N 391 "Про затвердження Положення про державну систему моніторингу довкілля".

9. Худоба В. В. Моніторинг навколишнього природного середовища. Екологічне законодавство. Львів, 2020. 14 с.

10. Eryomin A. L. Information ecology - a viewpoint. The International Journal of Environmental Studies, 1998. Vol. 54. С. 241-253.

11. Грачев А. В., Орлов В. Ю. Информационные технологии в экологии и природопользовании. Ярославль: ЯрГУ, 2013. 108 с.

12. Шилова Д. Д., Хасанова К. В., Никонова Е. З. Экоинформатика и системы обработки экологических данных. Информационные технологии в экологии: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Нижневартовск, 2017. С. 100-104.

13. Захарова В. I., Філіпова Л.Я. Основи інформаційно- аналітичної діяльності. К., 2013. 336 с.

14. Трофимчук О. М., Мокрий В. І. Система екологічного моніторингу та управління природно-заповідного фонду Західного Полісся. Збірник наукових праць Національної академії наук України, 2012. №11. С. 5-18.

15. Мячина Т. В. Дистанционный мониторинг растительного покрова на участке естественной степи в Оренбургской области. Известия Самарского научного центра РАН, 2014. Т. 16. № 5. С. 178-181.

16. Злобин Ю. А., Скляр В. Г., Клименко А. А. Популяции редких видов растений: теоретические основы и методика изучения: монография. Сумы: Университетская книга, 2013. 439 с.

17. Новаковский А. Б. Обзор современных программных средств, используемах для анализа геоботанических данных. Растительность России, 2006. № 9. С. 86-95.

18. Злобін Ю. А. Алгоритм оцінки віталітету особин рослин і віталітетної структури фітопопуляцій. Чорноморський ботанічний журнал, 2018. Том 14. № 3. С. 213-226.

19. Гончаренко І. В. Методичні аспекти еколого- флористичної класифікації // Электронний ресурс

20. Продромус рослинності України. - Київ: Наукова думка, 2019. 782 с.

21. Osawa T. Perspectives on biodiversity informatics for ecology. Ecological Research, 2019. Vol. 34. С. 446-456.

22. Кожаринов А. В., Морозова О. В. Система локальных территорий Восточной Европы для организации мониторинга разнообразия флоры. Мониторинг биоразнообразия. М., ИПЭЭ РАН, 1997. С. 94-99.

23. Работнов Т.А. Вопросы изучения состава популяций для целей фитоценологии. Проблемы ботаники. М.-Л.: Наука, 1950. 1. С. 465-483.

24. Злобин Ю. А. Теория и практика оценки виталитетного состава популяций растений. Ботанічний журнал, 1989. Т. 74. № 6. С. 769-781.

25. Артеменко Л. Б. Органічне агровиробництво України: реалії та перспективи розвитку. 12 міжнародна Інтернет-конференція «Science and society», 2019. С. 1-6.

26. Писаренко В. М. та ін. Екологізація землеробства як перший крок до органічного виробництва рослинницької продукції. Вісник Полтавської державної аграрної академії, 2020. № 3. С. 109-117.

27. Погребенник В., Мельник М., Бойчук М. Екологічний моніторинг: концепції, принципи, системи. Вимірювальна техніка та метрологія, 2005. № 65. С. 164-171.

28. Зеркалов Д. В. Екологічна безпека та охорона довкілля. К.: Основа, 2011. 517 с.

29. Васенко О. Г., Рибалова О. В., Артем'єв С. Р. та ін. Інтегральні та комплексні оцінки стану навколишнього природного середовища: монографія. Харьюв: НУГЗУ, 2015. 419 с.

30. Закон України «Про інформацію», 1992.

31. Закон України «Про доступ до публічної інформації», 2011.

Размещено на Allbest.ru