Геоэкологическое нормирование техногенного воздействия на ПТК заключается в выявлении таких их параметров, при которых ПТК не выходит из заданного состояния. Нахождение норм воздействия на ПТК можно проводить математическим методом (М. А. Гродзинский, П. Г. Шищенко, 1993).

В общем виде задача нормирования воздействия g-го вида, описываемогоmпараметрами, состоит в определении для каждогоj-го параметра множества его значенийQ₁, при которых в течение некоторого временного интервала [t₀, t₁] геосистема с заданной вероятностью не выйдет из области допустимых (или нормальных) состоянийz_доп.(z_и) ни по одной изk, описывающих ее переменныхx_j:

P{x_j (t) Єz_доп. (t), g_j Є Q_j, ∀_j Є [ 1, k], j Є [ 1, m], t Є [ t_0, t₁]}> 1-a,

где a – малое число, определяющее “жесткость” сохранности геосистемы в нормальном или допустимом состоянии, 0<a<1; ∀-квантор всеобщности (читается – “для всех”).

Значения параметров воздействия (g^*), при которых геосистема достигает своих критическихz_кр илиz _пр.состояний, являютсяпредельно допустимыми для воздействияg-го вида и ограничивают область допустимых воздействий. Поиск предельно допустимых воздействий и является основной целью нормирования. Для этого необходимо: 1) для каждого вида воздействия установить свойства и процессы геосистемы, которые могут претерпеть нежелательные (недопустимые, или анормальные) изменения; 2) найти зависимость величины этих изменений видаF = f (x₁, x₂ ... x_n), гдеF – параметры воздействия (норма полива, плотность дренажа и т. п.);x₁, x₂ ... x_n - параметры геосистемы реагируемые на это воздействие; 3) по установленным предельно допустимым значениям переменных геосистемых_пр.доп. найти величину предельно допустимого воздействия, т. е. решить уравнениеF_пр.доп. = f (x_{1пр.доп.}, ... x_{n пр.доп.}).

Примером может быть определение нормы механического воздействия сельхозтехники на ПТК методом моделирования (модель ударной нагрузки). Эта модель позволяет оценить вероятность возникновения отказа прповторяющихся воздействиях. От числа воздействий (прохода сельхозмашин) зависит плотность почвы, что в свою очередь, ведет к появлению множества негативных изменений в геотехнических системах. Если задать вероятность безотказного функционирования геотехнических систем (р=0,95), то модель будет иметь вид:

0,95<Σ exp { - λΔt} ( λΔt)^k (Fx_кр.)^k,

где Δt – временной интервал воздействия; х _кр. – значение предельно допустимого ущерба; k– число воздействий (0-1).

Расчеты показывают, что предельно допустимая плотность почвы (1,35-1,45 г/см³) достигается после 8 и более проходов трактора по полю.

При разработке основ оптимизации природопользования следует учитывать, что природный потенциал, определяемый как возможность максимального получения продукции путём ликвидации всех видов хозяйственных неблагоприятностей, имеет более теоретическое, чем практическое значение. Ни один природный комплекс не должен упрощаться полностью, так как кроме повышения продуктивности и улучшения агротехнологических свойств преобразованный ландшафт должен выполнять ресурсовоспроизводящую функцию, обладать экологической устойчивостью и эстетической ценностью. Эти задачи решаются путём экологической оптимизации ландшафтов, под которой понимается комплекс мероприятий, направленных на создание оптимального режима природопользования.

Наиболее распространённые на территории Беларуси осушительные и культуртехнические мелиорации вызывают гомогенизацию структуры и свойств природных комплексов. Снижение экологического разнообразия при этом происходит в результате ликвидации большинства экотонов (водоём, кустарник, микрорельеф и т. д.).

Относительно зависимости устойчивости природных комплексов от степени их экологического разнообразия существует несколько точек зрения. Одни авторы доказывают, что уменьшение экологического разнообразия ПТК ведёт к снижению их устойчивости. В то же время есть доказательства, что повышение разнообразия, т. е. увеличение структурной сложности, также ведёт к снижению устойчивости природных комплексов со всеми вытекающими последствиями. Более тщательный анализ полученных результатов показывает, что второе доказательство относится к ПТК фациального уровня, реже урочищ, первое характерно в основном для видов ландшафтов. Особенно большое значение имеет экологическое разнообразие для геотехнических систем мелиорированных территорий. Однако необходимо учитывать, что количественный показатель экологического разнообразия разных ландшафтов является их индивидуальной особенностью и зависит, прежде всего, от ландшафтной неоднородности.

Для количественного выражения экологического разнообразия можно использовать зависимость, предложенную Ю. Э. Мандером, Ю. П. Сультсом, В. М. Яцухно:

^п

Σ1_і·р_і

^{і =1}

J = ———— · f(s¹),

S

где J – индекс экологического разнообразия ландшафта, М/га; 1_і – длина _і-го экотона, м; р_і – влияние экотона на прилегающую территорию, м; S – площадь анализируемого ландшафта, га; S⁰ – площадь компенсирующих участков, га.

______

f(S¹) =√ s / s-s¹

Необходимость учёта функции f(s¹) вызывается тем, что влияние экотона пропорционально его площади. В результате имеем зависимость:

^п

∑1_і ∙ р_і

^і=1

Ј= ———— √ s / s-s¹

S

Изменение разнообразия ландшафтов (плотности экотонов) в результате мелиорации их техногенного преобразования выражается формулой:

Ј₁-Ј₂

∆Ј=––––––– . 100%,

J₁

где Ј₁ и Ј₂ – величины индекса до и после преобразования.

Исследования объектов, расположенных в разных ландшафтных условиях, показали, что величина ∆Ј носит нормативный характер и имеет связь с характером и интенсивностью протекания экзодинамических процессов. Она строго дифференцируется по видам ландшафта и зависит от ландшафтной неоднородности (К_л.н.), т. е. сложности территориальной структуры ландшафта.

Количественную характеристику ландшафтного рисунка исследователи дают по различным коэффициентам (индекс дробности, коэффициент сложности, коэффициент ландшафтной раздробленности и др.). Исследования показывают, что в большинстве случаев названные количественные параметры применимы только для средне и мелкомасштабных исследований. При крупномасштабных исследованиях удобно пользоваться показателями, применяемыми в изучении структуры почвенного покрова (дробность, расчленённость, контрастность, неоднородность).

Определить величину экологического упрощения ПТК Беларуси можно путём крупномасштабных картометрических исследований ландшафтов.

Картометрический анализ включает определение количества контуров, их площадей, длины границ контуров. На основании полученных данных рассчитываются: коэффициент дробности (К_ДР.= n/s, где n – количество контуров, s – общая площадь), коэффициент расчленения (К_Р.= l / 3,54 s, где l – длина границы контура, s – площадь контура), коэффициент контрастности К_К=ах+bу+сz+…/ 20, где а, b, z– баллы контрастности; 20 – условная величина для уменьшения итогового показателя), коэффициент ландшафтной неоднородности (К_л.н.=К_Р.+К_К.).

Примером могут быть результаты картометрического анализа ландшафтов Беларуси (табл. 11).

Таблица 11

Количественная характеристика структуры ландшафтов Беларуси

Вид ландшафтов	Площадь исследуемого участка (га)	Коли- чество контуров	Показатели
			КДР.	КР.	КК.	Кл.н.
Мелкохолмистые с сероольховыми лесами и злаковыми лугами	272	74	0,27	3,76	16,8	63,2
Среднехолмисто-котловинные с широколиственно-еловыми лесами и мелкоосоковыми лугами	271	101	0,37	3,90	15,1	58,9
Мелкохолмисто-увалистые, с широколиственно-еловыми кустар-ничково-зеленомошными лесами	272	74	0,27	3,76	16,8	63,2
Мелкохолмисто-котловинные с широколиственно-еловыми зеленомошно-кисличными и черноольховыми таволговыми лесами	273	56	0,21	2,92	14,3	41,8
Продолжение табл. 11
Вид ландшафтов	Площадь исследуемого участка (га)	Коли- чество контуров	Показатели
			КДР.	КР.	КК.	Кл.н.
Волнисто-западинные с осиновыми кустарничково-зеленомошными лесами	277	72	0,26	3,74	6,9	25,8
Волнисто-увалистые с моренными холмами, пашней	274	40	0,15	2,64	9,1	27,0
Волнистые с сероольховыми лесами, злаковыми лугами	282	38	0,13	2,28	10,8	24,6
Холмисто-волнистые с друмлинами, еловыми и осиновыми кустарничково-зеленомошными лесами	276	59	0,21	3,03	9,8	29,7
Платообразные с широколиственно-еловыми зеленомошно-кисличными лесами	277	72	0,26	3,74	6,9	25,8
Волнистые с придонными зандрами мелкоосоковыми лугами	269	25	0,09	1,99	6,5	12,9
Плоскоувалистые с карстовыми воронками, дубравами снытево-кисличными лесами	271	24	0,09	2,33	13,2	30,7
Холмисто-волнистые с камовыми и моренными холмами сероольховыми злаковыми и березовыми зеленомошно- черничными лесами	277	76	0,27	3,76	9,9	37,2
Плосковолнистые с сосновыми кустарничково- зеленомошными лесами	271	24	0,09	2,33	13,2	30,7
Плоские с широколиственно- сосновыми орляково- зеленомошно-кисличными лесами	273	44	0,16	2,91	12,6	36,7
Волнистые с берёзовыми орляково-зеленомошно-кисличными лесами. Плосковолнистые с берёзовыми орляково-зеленомошно-кисличными лесами	274	39	0,14	2,17	9,1	19,7
Волнистые с сероольховыми злаковыми, реже кисличными лесами	268	24	0,09	1,94	6,2	12,7
Плоские с широколиственно-сосновыми орляково-зеленомошно-кисличными лесами	276	44	0,16	2,54	9,8	24,9
Окончание табл. 11
Вид ландшафтов	Площадь исследуемого участка (га)	Коли- чество контуров	Показатели
			КДР.	КР.	КК.	Кл.н.
Волнисто-ложбинные с мелкоосоковыми лугами	273	31	0,11	2,02	7,4	1 4,9
Плоские с останцами водно-ледниковой равнины берёзовыми зеленомошно-черничными лесами	271	36	0,13	2,12	7,8	16,5
Плоские со злаковыми гидромезофитными лугами, с низинными гипново-осоковыми болотами	274	69	0,25	3,70	14,9	55,1
Плосковолнистые с останцами водно-ледниковой равнины низинными разнотравно-злаковыми и гипново-осоковыми болотами, сосново-пушицево-сфагновыми лесами	273	72	0,26	2,98	17,3	51,6
Долины со слабо выраженной поймой и локальными террасами, злаковыми гидромезофитными лугами	272	65	0,24	3,47	14,2	49,3

Сравнительный анализ коэффициентов ландшафтной неоднородности и величины экологического упрощения свидетельствует, что эти показатели находятся в тесной зависимости.

Допустимая величина экологического упрощения ландшафтов при мелиорации изменяется от 40–45 % в ландшафтах с К_Н.> 60 до 65–70 % при К_Н.< 20. Соответственно и возможности реализации природного потенциала находятся в пределах допустимости экологического упрощения ландшафтов. Реальную прибавку урожая (РПУ) после проведения мелиорации с учётом допустимости экологического упрощения можно рассчитать по формуле РПУ=ПУ∙∆J/100, где ПУ – потенциальный урожай; ∆J – индекс изменения экологического разнообразия мелиорированных ландшафтов. РПУ является природно-экологическим потенциалом техногенного преобразования ландшафтов (ПЭП), который равен величине природного потенциала с учётом допустимой величины экологического упрощения ландшафтов. Оценка исследуемых видов ландшафтов по величине ПЭП показала, что величина экологического упрощения ПТК, имеющих простую структуру и характеризующихся небольшими значениями ландшафтной неоднородности (К_Н =10–15), будет наибольшей и составит 65–70 %, а природные комплексы со сложной структурой (К_Н =55–65) могут быть упрощены на 40–45 % (табл. 12). Это показывает, что допустимая величина экологического упрощения ПТК и действительно возможной прибавки урожая путём его мелиоративного преобразования определяется величиной ландшафтной неоднородности каждого вида ландшафта.

Таблица 12