автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Имитационное моделирование влияния абиотических факторов на гео- и агроэкосистемы для экологической экспертизы и управления продуктивностью земледелия

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Г Г 5

1 о япп ш

На правах рукописи УДК 631.4:519.2

ХОМЯКОВ Дмитрий Михайлович

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ГЕО- И АГРОЭКОСИСТЕМЫ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТЬЮ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Специальность 05.13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 1995

РАБОТА ВЫПОЛНЕНА В ИНСТИТУТЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

Официальные оппоненты:

- доктор физико-математических наук, профессор Дикусар В. В.

- доктор физико-математических наук Бекларян Л.А.

- доктор технических наук, доцент Умнов А.Е.

Ведущая организация - Главный вычислительный центр

Минсельхозпрода РФ

Защита состоится 21. января 1996 г. в / У час. на заседании Специализированного совета Д002.68.03 при Институте проблем управления ( 117806, г. Москва, ул. Профсоюзная, д.65).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления

Автореферат разослан 2) декабря 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат технических наук

С. А. Власов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При ведении современного земледелия и освое-ии территории не всегда учитываются законы развития экосистем. Пос-едствия этого особенно ярко проявляются в связи с нарастанием тех-огенного загрязнения и интенсивного использования природных ресур-ов. В свою очередь, изменение компонентов биосферы в результате азличного антропогенного воздействия влияет на экологическую ситуа-ию в целом и определяет продуктивность, а также устойчивость сель-кохозяйственного производства.

За последние годы больше внимания уделяется "экологизации" зем-епользования в России, организации "ландшафтного земледелия". Это ребует решения принципиально новых задач в области фундаментальных прикладных исследований. Объектами исследования должны стать эко-истемы различных уровней структурно-ландшафтной организации, начи-ая от отдельного участка (поля) до крупных территориальных единиц, остоящих из сочетания природных и агроэкосистем (А.Н.Каштанов, 993-1994; А.П.Щербаков, 1993-1994, Г.В.Добровольский, 1987-1993 и р.). Должно быть пересмотрено или проведено заново агрогеоэкологи-еское районирование территории России. В основе этого должен быть истемный анализ и ресурсно-экологический подход. Очевидна необходи-ость детальной агроэкологической экспертизы всех проектов хозяйс-венной деятельности и в том числе землепользования.

Получены данные, что именно сейчас региональные аспекты эколо-лческой ситуации во многом определяют уровень продуктивности и ка-ества урожая вплоть до отдельных полей. Достаточно упомянуть о груктуре землепользования, эрозионных процессах, агролесомелиора-яи, изменениях гидрологической ситуации, влияния атмосферных заг-язнений и т.д. Между тем, менее всего исследована динамика экосис-эм, составляющих территориальный комплекс (регион) размером от 50 э 10 ООО кв. км., выделенный на основании оригинального физико-ге-графического районирования, границы которого обусловлены преиму-эственно природными условиями с учетом экологической и хозяйствен-зй специфики. Это существенно препятствует повышению эффективности травления ресурсоэксплуатирующими отраслями, в том числе и сельско-эзяйственным производством, на региональном уровне.

Вторым моментом рассматриваемой проблемы является недостаточная зоработанность методических принципов региональных экологических

прогнозов (в том числе и агроэкологических). Нельзя сказать, чт данные вопросы не рассматривались. Различные исследователи отмечак ведущую роль имитационного математического моделирования с использс ванием современных вычислительных средств при проведении региональ ного экологического прогноза. Основные направления решения даннь задач были намечены в конце 70-х, начале 80-х годов в работах Н.\ Моисеева и Ю.М. Свирежева и развиты в 80-х и 90-х годах в Институт системного анализа РАН. Важными достижениями этих работ было создг ние имитационных моделей, конструируемых на основе интегральных пс казателей. Пока интегральное моделирование является, в значительнс степени, чисто техническим приемом, совершенно недостаточно обоснс ванным с математической точки зрения.

В этой связи весьма актуально рассмотреть методологию эколог* ческого прогноза динамики reo- и агроэкосистем, оценить возможное] ее применения к решению стратегических задач управления продуктиЕ ностью земледелия и проведения экологических экспертиз на регионалЕ ном уровне, провести корректное обоснование всего комплекса методоЕ применяющихся для решения прикладных задач.

Цели работы. Целями, диссертационной работы являются:

- решение проблемы учета экологических факторов (почвы, раста тельности, климата, характеристик ладшафта и т.д.) на региональнс уровне в процессе управления сельскохозяйственным производством иной хозяйственной деятельности с использованием моделирования * ЭВМ;

- обоснование корректности применения наиболее перспективных практической .точки зрения приемов и методов интегрального моделирс вания в агроэкологии;

- адаптация существующих научных приемов экологического модели рования к решению задач управления продуктивностью земледелия и экс логических (агроэкологических) экспертиз;

- создание единого информационно-вычислительного комплекса мс делей и вспомогательных методик обеспечения эксплуатации этих моде лей, позволяющего решать стратегические задачи оптимизации земле пользования на региональном уровне;

- исследование ряда практических задач управления сельским хс зяйством в широком контексте регионального природопользования.

Научная новизна. В результате проделанной работы впервые:

- разработана компьютерная методика учета региональных эколоп ческих факторов при прогнозировании тенденций изменения урожайное;

ельскохозяйственных культур, продуктивности лугов, пастбищ и оценки есурсно-экологического потенциала территории;

- разработана методика применения интегральных показателей к остроению экологических моделей регионального уровня;

- проведено обобщение имеющихся интегральных моделей динамики гдельных компонентов экосистем регионального уровня в одну комп-эксную систему регионального экологического прогноза;

- выбраны и програмно реализованы методы управлящих параметров алгебро-дифференциальных уравнениях с жесткой структурой при моде-

яровании динамики геоэкосистем;

- исследован ряд региональных проблем влияния экологической Эстановки на продуктивность земледелия и состояние возобновимых рейсов.

Практическая ценность. Внедрения.

Создан информационно-вычислительный комплекс моделей и вспомо-этельных методик поддержки эксплуатации этих моделей с помощью ко-эрых были проведены исследования, подготовлены разделы проектов гроительства различных объектов. Автоматизированная система регио-ального экологического прогноза использована автором данной работы следующих случаях:

- для обоснования претензии органов территориального управле-МАССР к администрации Чебоксарской ГЭС по ущербу для возобновили природных ресурсов (Россия);

- для выбора наилучшего варианта теплоснабжения г. Семипала-шска (Казахстан) и обоснования выбора стратегии развития энергети-\ региона;

- экологических экспертиз проектов строительства и эксплуатации гакедской ГЭС на р. Кура (Азербайджан) и Тургайской ГРЭС на терри-)рии Кустанайской области в прибрежной зоне озера Кушмурун (Казахс-ш) с учетом последствий для сельского хозяйства;

- при проведении оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) 1зличных вариантов развития теплоснабжения г. Бийска, реализации эоектов строительства и эксплуатаци Бийской ТЭЦ-2 (Россия), Новой

Белорусской ГРЭС (п. Зельва, Белоруссия) и Интинской ГРЭС (Республи ка Коми. Россия);

- при экологической экспертизе хозяйственной деятельности н; Приобском, Приразломном, Верхне-Салымском, Западно-Салымском, Угутс ком и Киняминском нефтегазовых месторождениях Тюменской облает] (Россия), а также для ОВОС различных вариантов развития нефтегазового комплекса в Среднем Приобье, включая последствия обустройства отдельных месторождений;

- при проведении ОВОС эксплуатации Саратовской ТЭЦ-1, Саратове-кой ГРЭС, Калинградской ТЭЦ-2, Балаковской ТЭЦ, Самарской ТЭЦ-2, ; также последствий различных вариантов развития схем теплоснабжени: городов Самары и Пензы с учетом ресурсно-экологической и агроэколо-гической ситуации в регионе (Россия);

- оценки текущего состояния и последствий хозяйственного развития Омского региона для определения экологического статуса г. Омск; (Россия).

Созданная информационная технология была рекомендована к практическому использованию в качестве инструментария для проведени: экологической экспертизы; оценки воздействия на окружающую сред; объектов промышленности, энергетики, сельского хозяйства и траспор-та; оптимизации стратегии использования возобновимых природных ресурсов; для обеспечения информационной поддержки принятия решений I области природопользования, экологической безопасности и выделеню зон экологического бедствия Комитетом по вопросам экологии и рационального использования природных ресурсов ВС РФ (1991-1993), Госком-севером РФ (1991), ВНИЛИЭНЕРГОПРОМом (1991), Госкомприродой Р< (1991), Минэкологией РФ (1992).

Личный вклад. Основные результаты диссертационной работы был получены автором сомостоятельно.

Апробация работы. Основные положения работы были доложены: нг Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения плодородия почв в условиях интенсивного земледелия" (1988), на Всесоюзно; совещании "Агрофитоценозы и экологические пути повышения их стабильности и. продуктивности" (Ижевск, 1988), на VII Всесоюзном съезд« почвоведов (Новосибирск, 1989), на совещании руководителей отдело! Государственной .экологической экспертизы территориальных комитета Госкомприроды РСФСР (1991), на НТС Гипротюменнефтегаза (Тюмень, 1991), на научно-практической конференции "Агрометерологические ресурсы и продукционные процессы в растениеводстве" (Киев, 1991), нг

1ервом межреспубликанском семинаре по проблемам экологческой экспер-'изы (Алма-Ата, 1991), на совещании в Главном управлении науки, тех-юлогий, нормативов и информации Минэкологии России (1992), на сове-1ании-семинаре "Методика применения автоматизированной системы реги-1нального »кологического прогноза при решении задач управления при-юдопользованием и экологической экспертизы" (1992). на Международ-[ом симпзиуме по длительным опытам с удобрениями (Варшава-Краков, [ольша, 1993), на Международной конференции "Аэрокосмические методы дологических и экологических исследований" (С.-Петербург, 1994), на >абочем совещании в Минсельхозпроде РФ "Информационно аналитическое обеспечение радиологического мониторинга в агропромышленном комплек-:е" (1995), на конференции "Эффективность применения средств химиза-[ии и продуктивность сельскохозяйственных культур" (1995), на Между-[ародной научно-практической конференции "Безопасность жизнедеятель-юсти в Сибири и на Крайнем Севере" (Тюмень, 1995), на семинарах от-[ела системной экологии ИСА РАН (1988-1995), на-биологическом, меха-шо-математическом факультете и факультете почвоведения МГУ им. [.В. Ломоносова - (1988-1995).

Отдельные разделы данной работы выполнены в рамках ряда госу-;арственных научно-исследовательских и технических программ: "Эколо-щя России" (1992), "Экологическая безопасность России" (1993-1995), Глобальные изменения природной среды и климата" (1993-1995).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 38 работ, из них: монографии, 6 брошюр и препринтов.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из оглавления, ведения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы названий). Объем диссертации составляет страниц.

Классификационная характеристика. В диссертации разработаны и атематически обоснованы принципы построения имитационных моделей егиональных геоэкосистем для экологических экспертиз и управления родуктивностью земледелия. Совокупность полученных результатов яв-яется теоретическим обобщением и развитием исследований в указанном аправлении. С практической точки зрения полученные 1 результаты редставляют собой решение задачи, имеющей важное прикладное значе-ие: создание автоматизированной системы для поддержки принятия рвений при оценке воздействия на окружающую среду, а также экологи-еской экспертизы для выработки стратегий развития земледелия и оп-имизации использования природных ресурсов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации. Фо; мулируются цели и дается общая характеристика работы.

В первой главе " Экологические аспекты рационального землепол зования" рассмотрены вопросы экологической безопасности и природ пользования. Экстенсивное использование плодородия почв приведет необратимому развитию негативных процессов и снижению уровня урожа в 1,5 раза в ближайшие 2-3 года. Подтверждением этому являются дин мика валового сбора зерновых: средний за 1986-1990 гг - 104 млн 1992 г - 107 млн т, 1993 г - 99, 1994 Г - 81 млн т, 1995 г - 66 м т.

Сравнительно хорошо развитая система агрохимического и агроте нического обеспечения земледелия постепенно теряет свою эффекта ность в результате негативных изменений свойств агроландшафтов (мо фогенетических, гидрологических, микроклиматических, нарушения кр говорота и баланса биофильных элементов, загрязнения различными по лютантами и т.д.).

Сейчас развивается ландшафтно-экологический подход к организ ции территории и ведения земледелия (Кирюшин,1993; Щербаков, 199 Романенко, Каштанов.1994 и др.). Реке встречается reoсисистемн подход в вопросах сельскохозяйственного производства. В целом пон тие "геосистема" имеет более широкое толкование, чем "ландшафт", них закладывается пространственная и временная сущность объекта, "геосистема" включает весь комплекс объектов (естественных и анрог генных) расположенных в данном регионе.

Решить проблемы экологического характера при минимизации рас> дования экономических средств и в целях устойчивого развития общее ва можно используя - Environmental Impact Assessment (EIA), т. Оценку воздействия на окружающую среду (ОВОС).

Ландшафтная концепция должна дать принципиальную оценку инте сификации, масштабов, перспектив земледелия. Нужна детальная агрс кологоэкономическая экспертиза всех компонентов природных террито£ алъных комплексов различного уровня. Следовательно процедуру и мет дологию ОВОС необходимо внедрить в сельскохозяйственную- практш Материалы ОВОС являются основой для экологической (агроэкологиче кой) экспертизы. Автором предложен перечень основных вопросов, го лежащих изучению при проведении ОВОС проектов различных уровней.

Пространственный анализ экологических ситуаций в России показал собую актуальность изучения региональных проблем (Каштанов, Э88-1994; Кочуров, 1994; Красовский, Хомяков, 1994 и др.). Именно егиональная ресурсно-экологическая ситуация и структура землеполь-ования во многом определяет продуктивность агроценозов и эффектив-ость средств химизации вплоть до отдельных полей.

В настоящее время на практике применяются следующие методы эко-огических исследований: экспертные группы, списки, матрицы, совме-енный анализ карт, сети, потоковые диаграммы, имитационные модели и ругие информационные технологии. При принятии оптимальных ' решений о структуре землепользования и ведению земледелия на региональном ровне на основе результатов прогнозов наиболее эфекгивен метод ими-ационного моделирования. Но существуют следующие проблемы моделиро-ания динамики reo- и агроэкосистем:

1) Недостаток информации. Для построения моделей, их идентифика-ии требуются значительные объемы данных мониторинга, охватывающего ольшие пространства и длительного во времени. Рассчитывать на полу-ение такой массы наблюдений по любому рассматриваемому объекту в бозримом будущем не представляется возможным. В то же время большая асть накопленной качественной информации не может быть использована

существующих моделях.

2) Требуются значительные упрощения при попытке описать реальный бъект специфическими математическими методами типа уравнений пере-оса, либо моделями типа "хищник-жертва". Зачастую при этом из-за прощений теряется сам объект, а идентификация параметров сталкива-тся с проблемами пункта 1.

3) В традиционном имитационном моделировании при попытке опи-ать объект с наибольшей подробностью возникают проблемы размернос-и, а также проблемы выбора метода и шага численного интегрирования быкноЕенных дифференциальных уравнений с жесткой структурой. Здесь сновные трудности связаны с решением плохо-обусловленных линейных и елинейных алгебраических систем.

Наибольший эффект при построении моделей геоэкосистем региональ-^ ого уровня достигается применением следующих классических .свойств ложных систем:

1) Сложным системам свойственно скачкообразно изменять свое по-едение, переходя из одного квазистационарного состояния в другое.

2) Для характеристики сложной системы достаточно оценить некую руппу ее свойств, называемых системообразующими факторами. Эти ко-

личественные оценки и будут интегральными показателями основных, наиболее важных свойств системы, характеризующих ее состояние.

Формализацией подобного поведения может быть дискретная схема, действующая по типу: критерий (интегральный показатель) -> состояние (тип) + воздействие -> отклик (изменение состояния).

Такой подход оказывается эквивалентным формализации процессе оценки и прогнозирования поведения сложного объекта, который применяется экспертами в различных областях естествознания. В этом случае абстрактное понятие "состояние" соответствует понятию "типа" (например, в географии, почвоведении), а изменение объекта (например, биогеоценоза) во времени представляется как переход от одного типа к другому.

Предложенная последовательность, как и всякая схематизация, имеет некоторые ограничения. Во-первых, необходимо определение понятие состояния динамической системы. Во-вторых, не решается вопрос о самых общих механизмах смены состояний, понимание которых позволит определить границы применимости соответствующих методов формального описания и оценить возможность их сочетания с другими методами моделирования в рамках одной модели. Нами показано, что использование концепции состояний все же позволяет в сочетании с классическими приемами и использованием "интегральных показателей" построить методику моделирования геоэкосистем регионального уровня для экологических экспертиз, управления природопользованием и продуктивностью земледелия.

Во второй главе "Методы моделирования reo- и агроэкосистем" обосновываются и разрабатываются методы построения интегральных моделей.

Существенным моментом в теоретическом обосновании метода интегрального моделирования является построение общей концепции, позволяющей математически интерпретировать сущность интегральных показателей. Несмотря на достаточно интенсивное применение интегральных показателей для целей геоэкологического моделирования, данная задача была нерешена. Вторая глава начинается с рассмотрения этой проблемы.

Метод построения интегральных показателей базируется на постулируемом математически и оправданым натурными наблюдениями предположении о том, что между характеристиками компонентов экосистем b имеется зависимость, выражаемая некоторой системой нелинейных отношений:

«1 - V *2<Ь1. V

>ИЬ1- V

де набор

'г •

Ьг) = О Ьг) = о

ь„) = о.

г

-'ч

есть множество дифференциальных и алгебраи-:еских (трансцендентных) операторов.

В общем случае система (1) может иметь очень большую размерить. Поэтому ставится вопрос о сокращении размерности описания :сследуемых объектов и постулируется функциональная зависимость визг

Ы = (х1, .. , хга)

Ь = Г (х....... х )

Г Г 1 ш

(2)

[ри условии т « г, где х1,..., хи - интегральные показатели, а Ь -¡екие локальные характеристики исследуемого объекта.

На практике в качестве первого приближения представляется ес-'ественным такая параметризация задачи, что все перменные ь

>2..... Ьг зависят от одного параметра, который мы и называем интег-

)альным показателем. В силу этого рассматривается зависимость

Ь1 = Г, (х)

Ьг =Гг(х).

(3)

Анализ натурных экспериментов показывает, что такой интеграль-1Ый показатель х в рассматриваемом классе задач существует и допус-сает физическую интерпретацию в моделируемой системе.

В этой связи возникает прямая задача идентификации.

Задача А . Задан ряд наблюдений выделенной переменной X и ряды габлюдений Ь . Необходимо в заданном классе гладкости построить зункциональные зависимости вида (3) при наличии критериев идентифи-сации.

На самом деле в работе для выделенных интегральных показателей 5троятся динамические модели записанные в виде систем обыкновенных дафференциальных уравнений и алгебраических соотношений типа равенств и неравенств исходя из анализа данных мониторинга, включающих интегральные показатели.

Следует отметить, что знание динамики интегральных показателей гозволяет оценить локальные показатели вида (3). В общем случае ¡формулированная задача А является некорректной и требует нетриви-

альных математических и вычислительных ресурсов, но в работах (Хомя ков. Хомяков, 1995 и др.) указаны методы приближенной регуляризации которые позволяют оценить с определенной степенью точности локальны

показатели ^,Ьг_____ Ь . То есть здесь по существу решается прибли

женно задача дезагрегирования. В данной работе задача дезагрегирова ния не рассматривается.

Изложим методологию построения динамических моделей для интегральных показателей. В качестве примера рассмотрим модель динамик; одного компонента среды, характеризуемого интегральным показателе! -х. Структуру модели как правило можно построить, используя результаты работ, имеющихся в данной предметной области (Формализация оценю качества компонентов окружающей среды, 1982; Модель динамики средо-образующих факторов, 1982; Пегов, Хомяков, 1991).

В общем виде дифференциальное уравнение для интегрального показателя записывается в нормальной форме: йх ->

- = Т (х, и, р) (4)

где 1 - некая функция заданной структуры, и - вектор управления, р - вектор параметров модели. Основная техническая и математическа? трудность при построении модели состоит в определении вектора параметра р из-за отсутствия достаточного представительных временных рядов.

Для идентификации параметров используется следующие качественные соображения. Мы рассматриваем траекторию на достаточно большом отрезке времени I. При этом мера значений 1", при которых траектория нестационарна много меньше меры стационарности траектории. По существу мы используем гипотезу квазистационарности.

Примером подобных возможностей является доказательство применимости средних многолетних значений интегральных показателей (обычно известных в описательных естественных науках) для оценки значений интегральных показателей в состоянии равновесия экосистем и внешних воздействий.

Пронумеруем все квазистационарные состояния системы (из натурных данных и методологических обоснований); их оказывается обычно ограниченное число. Тогда обозначим для о-го состояния:

<1еГ

^ (и) = 11га х (и. 1) (5)

це х - некий интегральный показатель, а - вектор внешних воздейс-зий, - время. Исходя из анализа поведения сложных систем (для зостоты рассмотрим одномерный случай), можно утверждать, что в пре-элах стационарных состояний:

dF.

du

const,

(6)

вторая близка к нулю.

Из выражений (5) и (6) в одномерном случае следует, что если «действия не выходят за рамки состояний, то

der

х = lim

ср

т

1 7 J

со т J

х (u, t) dt; х = F„ (u )

• cp з с p

(7)

0

1е хср - среднее значение х за время ь, иср - среднее значение и за )емя t.

Утверждение (7) можно обобщить и для многомерного и. Выражение ') позволяет построить функцию Р(и) для всей области определения, ¡ъединив ^ (и) для всех состояний.

Таким образом в равновесном состоянии йхЛП = 0 и можно ут-фждать, что:

Г (F(u),u, р) = О

(8)

Использование свойства (6), (7) позволяет проводить идентифика-:го параметров модели (4) как решение системы уравнений. (8) не при-гая к использованию временных рядов.

Задача (8) является, вообще говоря, некорректной. Начальные иближения для нее оценивалось из натурных данных и дальнейшее их очнение проводилось итеративными методами путем решения плохо условленных систем линейных алгебраических уравнений (Дикусар, Ми-тин, 1989,1990).

Далее показывается, что относительная ошибка моделирования из-нений х во времени с помощью модели (4) с параметрами, найденными и использовании свойства (8) при четко выраженной дискретности ены состояний геоэкосистем обычно не превышает ± 15%.

Этот важный вывод подкрепляет широко используемый, однако пока

недостаточно обоснованный, принцип моделирования сложных систем ярко выраженной дискретностью смены состояний. Можно показать, чг математически дискретность смены состояний обусловлена "ступенчаты! характером функции Г(и). В одномерном случае подобная функция близ] к ступенчатой с чередованием длинных почти плоских участков и коро-ких крутых перепадов.

Можно однако расширить сферу применения разработанной методик] В диссертации доказано, что ступенчатый характер функции Г не явлз ется обязательным условием применения всех вышеразработанных мет< дов. Для их применения достаточно предположения о том, что в пред» лах состояний функция Г линейна.

Для этого случая доказывается возможность примененимости выр< жения (6), а также.построения модели (4) и использования свойст] (8). Однако задачу можно сформулировать в еще более общем виде. Д. этого построим модель: йх -

- - Г (х, и), (9)

где Г* - некая аппроксимация функции Г, обладающая следующими свой! твами. Для любого из состояний:

|Г(Р(и). и) | < 5

(10)

Кроме того, существует х* из некоторой окрестности Г(и), что

(И)

Г (х*, и) = О

Для этой же окрестности выполняется:

-1 <

<3х

< О

С (х.и) < б

Пх.и) - 1* (х.и)

Г* (х.и)

(12)

< Е.

где е.6 - малые величины.

Кроме того, f* такова, что адекватно передает монотонность тремления х к соответствующему значению F(u) из любого начального оложения.

Выражения (10) - (12) по существу означают возможность весьма риближенно аппроксимировать функцию f даже не уточняя ее математи-еское выражение и параметры. Показывается, что натурные данные опи-ательного естествознания позволяют проводить такую аппроксимацию, алее доказывается, что даже в случае моделирования резких изменений нешних условий, относительная ошибка определения характерного вре-ени достижения того или иного состояния с помощью модели (9) не ревышает £. Соответственно ошибка в определении х является произве-ением некой ограниченной функции от t на е. Эта функция такова, что гносительная ошибка в определении х может быть более или менее су-эственна (до 30 %) только в середине фазовой траектории, уменьшаясь а начальных и конечных ее отрезках.

В третьей главе "Автоматизированная система регионального эко-огического прогноза" (АСРЭП) дается поблочное описание структуры одели. Ее основными блоками являются: динамика почв, динамики рас-лтельности, морфодинамики гидросети, блок динамики поверхностных и зунтовых вод, динамики загрязнителей. Имеются еще ряд вспомогательное блоков.

Модель программно реализована на ПЭВМ класса IBM 386/387 и вы-з. Все модули написаны на языке С. Интерфейс был разработан самос-эятельно без использования стандартных графических пакетов. Основой модуль содержит свыше 10 ООО операторов. В работе используется о 500 Кбайт оперативной памяти и 6 Мбайт памяти на жестком диске.

В связи с большим объемным описанием модели, излагаются только :новные зависимости каждого блока и приводятся конкретные примеры зализации тех методов, которые были изложены в главе 2.

Основным интегральным показателем, характеризующим почву явля-гся "индекс почвы" - S. Индекс S строиться на основе характеристик шасов гумуса и его группового состава, доступных для усвоения рас-эний форм элементов питания (NPK), показателей кислотности. Из на-/рных данных прослеживается корреляция основных показателей почвен-зго плодородия; иными словами иллюстрируется принцип построения ин-згральных показателей, выраженный формулами (1) - (3).

Основным уравнением блокп динамики плодородия почв является:

dS/dt = CLSP-min(CMM-SM; CSM-Bí/^ )-CSP-P-DSW-DWN-DWT-DSFS+FIS (13 где CLSP - коэффициент, зависящий от литологии почвообразующих по род, СММ, CSM, CSP - коэффициенты, SM - характеристика микробиологи ческой активности, зависящая от биомассы и интенсивности жизнедея тельности микроорганизмов, Bl^ - ежегодно разлагаемая часть подстил ки (т/га), Р - годовая продукция растительности (т/га), DSW - тем уменьшения индекса почвы вследствии вертикальной миграции веществ п почвенному профилю, DWN - темп падения индекса почвы в результат ветровой эрозии, DWT - темп падения индекса почвы в результате вод ной эрозии. DSFS - изменение индекса почвы в результате пожаров, FI - прибавка индекса S за счет внесения удобрений. Для естественны фитоценозов случаи применения удобрений ограничены (подкормки сухо дольных и пойменных лугов, лесных массивов), в других случаях FI обнуляется.

Установлено, что зависимость (13) отражает и динамику агроцено зов. Последнее слагаемое не исчерпывает влияния удобрений на почву В зависимости от степени окультуренности почвы и гидротермически условий его значение может изменяться. Подробно эти вопросы расскот рены автором в (Хомяков, 1988-1993), а также другими исследователя ми. Разработан алгоритм учета влияния удобрений на формировании уро жая сельскохозяйственных культур в конкретном году при моделировани. функционирования агроценозов.

Те составляющие почвенного плодородия, которые прямо не корре лируют с запасами гумуса в профиле почв, вернее имеют различные тип; взаимосвязи с гумусированностью при разных режимах почвообразования что не дает возможность использовать закономерности типа (1) - (3) должны моделироваться отдельно. Например, содержание подвижных фор] микроэлементов, существенно зависящее от геохимических особенносте! почвообразующих пород.

Оценка продукции растительности является одним из основных сотставляющих блока растительности:

dB/dt = Р - F (14)

где В - Бслслллсс<С (т/га), F - годовой опад. При определеню продукции и опада используются закономерности, определяемые возрастными характеристиками для естественных сообществ и спецификой агроценозов для сельскохозяйственных угодий. Однако и в том и вдругог случае важнейшей характеристикой местообитаний является величин; Ршах (максимально возможная в данных условиях продукция растительности, вычисляемая с учетом индекса S, климатических показателей, г

акже показателей кислотности, засоленности, загрязненности почв и V. нтенсивности внесения удобрений).

В моделях "почва-растительность" (как и в других блоках систе-ы) необходимо качественно и численно исследовать систему алгеб-о-дифференциальных уравнений для того, чтобы быть уверенным в кор-ектности результатов моделирования.

В качестве первого приближения относительно "медленные" пере-енные, мы заменяем на некоторых интервалах интегрирования на посто-нные величины. Исходя из физических соображений можем указать воз-ожные диапазоны изменения выделенных постоянных, а в самой поста-овке задачи определить границы возможных значений параметров (коэф-ициентов) модели.

Вообще говоря, мы заранее не можем все медленно меняющиеся пе-еменные заменить константами. Следовательно система дифференциаль-ых уравнений содержит быстрые и медленные переменные. Многие иссле-.ователи относят такие системы к жестким, хотя термин "жесткие" сис-емы в ряде случаев не допускает точного математического определе-ия. Трудности численного интегрирования таких систем связаны с не-орректностью интегрирования системы обыкновенных дифференциальных равнений. В самом деле, уменьшение ошибки аппроксимации дифференциального уравнения разностным требует дробления шага интегрирования, то в свою очередь ведет к накоплению ошибок округления, а следова-ельно к увеличению суммарной ошибки метода. Р.П. Федоренко трактует акие задачи как задачи с большим параметром.

Математически задачи с большим параметром связаны с большой .онстантой Липшица в системе дифференциальных уравнений. Все класси-:еские оценки разностной аппроксимации в этом случае не применимы и огда приходится конструировать другие схемы, строить новый аппарат ценки аппроксимаций.

На наш взгляд, наиболее удобным методом в численном решении не-орректных систем является метод введения управляющих параметров в вных схемах, предложенный В.В. Дикусаром (1989,1990). Этот метод меет все преимущества явных схем (не требует решения нелинейных ал-ебраических уравнений) и обладает всеми качествами неявных схем. В астности он позволяет использовать большие шаги интегрированы сох-аняя при этом устойчивость аппроксимации. Основная его трудность вязана с выбором управляющих параметров для конкретных схем на базе пределекных принципов.

В настоящей работе оценка управляющих параметров для медленно

меняющихся переменных оценивалась по произведению IЛ- Г |. где-Г является правой частью дифференциального уравнения для соответствующе! компоненты. Величина ошибки аппроксимации определялась по принцип: Рунге-Кутта: сравнивалась разность решений дифференциальных уравнений для шага й и Ь/2.

Метод управляющих параметров был запрограммирован в метода) Рунге-Кутта четвертого порядка и оформлен в специальном блоке дл; моделирования соответствующих подсистем. Для систем с умеренно? жесткостью были использованы также методы управляющих коэффициента в методе Рунге-Кутта.

На практике мы задавали ограничения на величину шага интегрирования сверху и снизу: й < Ц < й. Такой подход позволяет увеличить число сценариев моделирования в реальном масштабе времени на качественном уровне. После отбраковки соответсвующих вариантов проводилось дальнейшее исследование допустимых вариантов развития системы. Выбор управляющих параметров проводился при фиксированном шаге интегрирования и применялся только к тем компонентам, которые не удовлетворяли принципам Рунге-Кутта (разность значений при различных шагах интегрирования не удовлетворяла заданному уровню ошибки интегрирования). Такой подход резко сокращает выбор управляющих параметров и обладает некоторой консервативностью на выбранном отрезке интегрирования .

Для оценки области решений диференциальной состемы уравнений совместно с алгебраическими неравенствами в работе формулируются и решаются на качественном уровне задачи оптимизации. При этом параметры системы рассматриваются как управляющие функции. В качестве примера рассмотрим задачу на максимум для индекса почвы:

Задача А2. Найти шах Б(Т) (Т - время конца траектории) при наличии ограничений на параметры системы. Здесь максимум ищется в пространстве указанных параметров.

Аналогичные постановки формулируются для остальных фазовых координат. Точно также рассматриваются задачи на минимум фазовых координат в конце траектории. Эти исследовыания проводились для других блоков модели. Такой подход позволяет оценить верхние и нижние решения дифференциального уравнения.

Далее следует изложение третьего крупного блока системы - блока морфодинамики рельефа. В рамках этого' блока моделируется динамика густоты гидросети, ее средней глубины, интенсивность эрозии почв, динамика мерзлоты. Данный блок позволяет прослеживать изменения

структуры территории, которая характеризуется долей территории, занятой различными типами местности в рамках единого ландшафтного комплекса. Этими типами в предлагаемой модели являются:

1.1. Леса болот.

1.2. Луга и пустоши болот.

1.3. Пашни болот (выделяются условно, для удобства составления алгоритма модели, фактически площадь данного типа местности всегда равна нулю).

2.1. Леса водоразделов.

2.2. Луга, степи и пустоши водоразделов.

2. 3. Пашни водоразделов.

3.1. Леса склонов северной экспозиции.

3.2. Луга, степи и пустоши склонов северной экспозиции.

3. 3. Пашни склонов северной экспозиции.

4.1. Леса склонов южной экспозиции.

4. 2. Луга, степи и пустоши склонов южной экспозиции.

4.3. Пашни склонов южной экспозиции.

5.1. Леса днищ долин.

5.2. Луга, степи и пустоши днищ долин-.

5. 3. Пашни днищ долин.

Следует подчеркнуть, что вычисление индекса Б и других характе-зистик почвенного плодородия, загрязненности, засоленности, кислотности, продуктивности и опада растительности, урожаев, корневых и тожнивных остатков (для сельскохозяйственных угодий), напряженности геодинамических процессов (эрозии, массового движения грунтов), динамики мерзлоты ведется для каждого типа местности отдельно. В то же время предусмотрена возможность взаимного влияния различных типов местности друг на друга.

Данный блок позволяет имитировать изменения структуры земле-юльзования в регионе по изменению доли площадей, занятых различными типами местности в рамках единого ландшафтного комплекса. Моделирование взаимного влияния одних типов местности на другие и соответствующее влияние их на общерегиональную обстановку позволяют прослеживать динамику ландшафтов сложной структуры, не прибегая к привле-генио пространственных моделей.

Далее следует описание блока динамики поверхностных и грунтовых юд, основной зависимостью которого является:

¡мз = 1мдазр/гим; = и-ршср/гим; = и-ЕУРр/гим-,

гим = + Р¥Ср + ЕУ1?р (14)

где - поверхностный сток (мм/год), РУЮ - пополнение грунтовых водозапасов (мм/год), ЕУ1? - испарение (мм/год), И - осадки (мм/год). Индекс "р" означает потенциально возможную в данных условиях интенсивность соответствующего процесса при избытке осадков. Значения ШБ, РШй и ЕУИ вычисляются на основе имеющихся в гидрологии эмпирических зависимостей.

Динамика грунтовых водозапасов - вычисляется по формуле:

(НКДО/т = РЖ - - - (15)

где (ЖИЛИ - изменение водозапасов (мм/год), Р1С - пополнение водозапасов за счет осадков (мм/год), 1МЗ - верховой грунтовый стон (мм/год), Е(Ш - испарение (мм/год), РУГОЙ - фильтрация в более глубокие горизонты (мм/год). Все составляющие формулы (15) вычисляются пс известным из гидрогеологии эмпирическим формулам. Уточнение и обобщения проводятся с использованиям методов, обоснованных в главе 2.

В данной главе характеризуется также процесс использования к интерфейс АСРЗП. Основные возможные типы последствий от воздействий, которые могут быть оценены и спрогнозированы с помощью АСРЭП следующие.

1. Выброс загрязнителей в воздух. Прямые последствия: угнетение растительности, снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Вторичные последствия: загрязнение почв, провоцирование процессоЕ загрязнения грунтовых вод, снижение эффективности агротехнически? мероприятий, изменение водозапасов грунтовых вод, а также изменение параметров стока и ухудшение водосбеспеченности в летнее время.

2. Отчуждение земельных ресурсов. Прямые последствия: потери почвенных и земельных ресурсов. Вторичные последствия: изменение водного баланса территории, возможные процессы осушения или наоборот переувлажнения.

3. Гидрогеологическая ситуация (в том числе- и мелиоративные мероприятия). Прямые последствия: изменение запасов и уровня грунтовые вод. Вторичные последствия: осушение или переувлажнение территории, в последнем случае - провоцирование процессов заболачивания, загрязнения грунтовых вод, развитие нежелательных морфодинамических (эрозионных) процессов.

4. Гидрологические условия. Прямые последствия: изменение параметров стока и водного баланса территории. Вторичные последствия: комбинация процессов, упомянутых в пунктах 2 и 3.

5. Условия увлажнения. Прямые последствия: изменение режима

эсадков и влажности воздуха. Вторичные последствия: возможное провоцирование процессов заболачивания, подъема грунтовых вод, ухудшения агроэкологической обстановки.

6. Сброс загрязнителей в гидросеть. Прямые последствия: ухудшение качества воды в реках. Вторичные последствия: истощение грунто-зых водозапасов в случае перехода на грунтовое водоснабжение.

7. Прогноз изменения ситуации и продуктивности экосистем в процессе ведения сельского и лесного хозяйства. Предусмотрена возможность оценки и оптимизации применяемых технологий.

Результатом расчетов в АСРЭП является получение более 320 параметров, характеризующих изменение состояния природного территориального комплекса. Предусмотрена система подсказок "HELP", где даются описание и количественные значения используемых терминов и показателей состояния среды.

Основным видом представления результатов моделирования являются графики. Зависимости скомпонованы по три на одном графике. Предусмотрена возможность графического сравнения результатов расчетов. Цоступ к данной опции осуществляется из головного меню после модели-эования на два шага и более. Шаг моделирования - один год. Общее количество графиков в системе свыше трехсот, поэтому для удобства доступ к конкретным данным осуществляется посредством иерархически организованного меню, основными разделами которого являются: Динамика биоценозов Урожай

Структура земель Вырубки и выпас

Расчлененность рельефа Влияние загрязненности воздуха

Гидрология Воздействия на почвы

Мерзлота Агроэкологические характеристики

Кислотность почв Загрязнения

Засоленность Предварительная интерпретация .

В соответствии с диалоговыми программными средствами, каждый из параметров представляется и в табличном виде. Сравнение показателей з имеющимися ПДК и ВДУ открывает широкие возможности при проведения ЗВОС и агроэкологической экспертизы, основанной на данных многолетних прогнозов. Исходя из прогнозных оценок с учетом геоэкологических эсобенностей территории, можно определить допустимые уровни антропогенной нагрузки после которых природные системы утрачивают способность к самовосстановлению, рекомендовать нормы и квоты хозяйственно воздействия.

В четвертой главе "Примеры использования Автоматизированной системы региональных экологических прогнозов для решения практических задач" даются примеры комплексного исследования проблем природопользования и нахождения возможностей их решения с помощью АСРЗП. Они не исчерпывают всех случаев ее применения, но иллюстрируют возможности созданной системы по экологической оценки ситуации и информационной поддержки управления отраслями АПК в широком спектре природно-климатических условий.

В каждом из примеров характеризуются геоэкологическим условия региона, предисгория проблемы, результаты прогноза различных вариантов развития ситуации, сделанные с помощью АСРЭП, предложены пути ее разрешения и оптимизации использования возобновимых ресурсов. При рассмотрении ретроспективы оценивается адекватность расчетных и натурных данных, что можно рассматривать как дополнительные примеры верификации системы. Приведены сравнения сделанных ранее прогнозов и результатов развития ситуации.

В разделе 4.1 "Комплексный прогноз последствий аварии на Чернобыльской АЭС для сельского, водного и лесного хозяйства в загрязненных регионах" показано, что в 1986 году суммарный выброс продуктов деления составил до 50 МКи. Произошло широкомасштабное загрязнение территории СНГ. Особое внимание вызывает цезий-137 (137Сэ) с периодом полураспада 30,17 лет. Радиоцезий является основным дозообразую-щим изотопом, загрязнителем продукции сельского, лесного хозяйства, пищевой и деревообрабатывающей промышленности.

Весьма существенному воздействию подверглась Белоруссия (особенно Предполесье и Полесье). Сельскохозяйственное производство исследуемого региона ориентировано на молочное и мясное животноводство. Распаханность составляет 20-30 2, до 50 % сельскохозяйственных площадей занято, под естественные кормовые угодья, с них получают свыше 30 % кормов в структуре их расхода.

Для выработки правильных решений по возможным перспективам хозяйственной деятельности на этой территориии необходимо было ответить на следующие вопросы:

1) Возможно ли использование водных ресурсов указанных территорий? Каков вклад региона, расположеного в бассейне Днепра, в его загрязнение?

2) Целесообразно ли сельскохозяйственное использование указанной территорий? Какие долгосрочные тенденции прослеживаются в загрязнении продукции земледелия, кормов; возможно ли возвращение в

- 23 -

ельскохозяйственный оборот сильно загрязненных земель?

3) Как можно использовать лесныа ресурс.-^ и вести лесное хо-яйство в регионе?

Мы изучали ситуацию при трех начальных уровнях загрязнения тер-«тории цезием-137. Приведен вариант - для 15 Ки/кв. км. Согласно ассчетам (рис.1)- максимум загрязнение речных вод местной региональ-:ой гидросети (кривая Ш) и транзитных речных вод (кривая ЯТГ) от-[ечен в год аварии. На второй год уровень содержания радиоцезия рез-;о понижается (примерно на порядок), затем следует очень плавное гменьшение. Модель отражает реальную ситуацию, поскольку подавляющее юльшинство загрязнителей в год аварии поступило в гидросеть непос->едственно вследствие аэрального переноса и осаждения.

Загрязнение транзитных речных вод на входе принималось равным [улю. Результаты их верны для рек в пределах региона, таким образом южно оценить вклад изучаемой территории в загрязнение рр. Сожа, Щепра и других. Различие в уровне содержания радиоцезия в речных юдах местной и транзитной гидросети примерно в 5 раз, что соответствует отношению объемов местного и транзитного стоков в регионе; ¡видетельствует о существенном вкладе "Белорусского пятна" в суммар-гое загрязнение р. Днепр.

Загрязненность речных вод местной гидросети вод после 1987-1988 пода практически не снижается в течении более 20 лет, колеблясь в тределах 10-13 пКи/л. Это обуславливается постоянством темпов смыва загрязнителей с поверхности водосборов, а также ростом загрязненности грунтовых вод с 0,16 до 0,66 пКи/л, которые все же остаются более истыми нежели в гидросети. Это адекватно передает тенденцию аккуму-чяции 137Сз почвой, растительностью, дерниной и подстилкой, что пре-1ятствует массовой фильтрации его в грунтовые воды, а также сравнительно низкое содержание радионуклида в гравитационном потоке влаги з почве.

Согласно ВДУ-91, содержания радиоцезия в питьевой воде составляет 500 пКи/л. По нашим прогнозам, сделанным в 1990 году воды территории с исследуемым уровнем загрязнения можно использовать для питьевого водоснабжения, в сельском и водном хозяйстве.

Рассчетная продуктивность луговых угодий на водорозделах колеблется в зависмости от гидротермических условий года в пределах 15,5 - 20,5 ц/га сухой массы в отсуствии коренного улучшения.

Прогноз динамики содержания радиоцезия в продукции суходольных лугов (сено) с помощью АСРЭП показал двукратное снижение на второй

l.OOO CRM пКи/л 0.750

0.500

0.250

О. ООО

100.ОО

RUR

i-)

nKu/л

75. ОО

50. ОО

25. ОО

О.ОО

40.00

RUT <>■■■)

пКн/л

зо.оо

20.00

ДО .ОО

О.ОО

2039 годы 2Q53

19861999 2012

ЦЕЗИИ - 137

GRH С О.ОООС О.ОУ.> - 0.998 3 Загрязненность грунтовых вод

RUR С 0.00( О.ОХ) - ЮО.ОО I Загрязненность речных вод

RUT С 0.00< О.ОХ) - 40.00 3 Загрязненность транзитных речных вод

Рис. 1. Пммамика загрязненности Природных вод радиоцезиег

юслеаварийный год и дальнейшее равномерное падение, являющееся результатом уменьшения плотности загрязнения вследствии распада, снижения доступности, отчуждения с продукцией и миграции радионуклида.

По нашим рассчетам коэффициент перехода (Кп), представляющий :обой отношение содержания нуклида в растительности к плотности заг-эязнения почвы с размерность нКи/кг/Ки/кв.км, для луговых и пастбищных угодий изменялся от 4,1 в 1986 году до 2, 2 в 1987 году, затем он гсолебался по годам от 2,4 до 1,5 при общей тенденции к уменьшению. Расчетное содержание радиоцезия в траве были 60-31 нКи/кг. Это свидетельствует об адекватности передачи АСРЭП основных тенденций динамики радионуклидов для данного типа местности и фитоценоза.

Среди проводимых в регионе мероприятий важное значение имеет комплексная мелиорация пахотных почв и лугопастбищных угодий, которая ведет к уменьшению накопления возделываемыми культурами радионуклидов, обеспечивает снижение их поступления в рацион сельскохозяйственных животных и получение продукции с содержание радиоактивных веществ в пределах ВДУ (Руководство по ведению сельского хозяйства в условиях радиоактивного загрязнения... на период 1988-1990, 1988; Рекомендации... . 1991 и др.).

Мы рассчитали сценарий улучшения луговых угодий по существующим рекомендациям. Продуктивность увеличивается до 30-33 ц сена с 1 га. Поышается индекс почв - с 5,9 до 8,4. В первые 30 лет после аварии по сравнению с неудобряемым и немелиорированным лугом в 1,8-2,3 раза снизилось содержание цезия-137 и соответственно уменьшился Кп. В последующие годы отмечена тенденция к увеличению этих различий до 3-5 раз.

Большей кратности снижения я мультипликативного эффекта от комплекса мероприятий не прослеживалось, что говорит об ограниченной их возможности в условиях Полесской зоны и ставит вопрос о необходимости сворачивания природопользования при повышенном уровне радиоактивного загрязнения местности.

В наших рассчетах получено близкое к экспоненциальному уменьшение загрязненности почв агроландшафтов. Период полувыведения радиоцезия из сельхозугодий региона составляет 10-15 лет.

Согласно "Временным рекомендациям .... для хозяйств БССР, расположенных на загрязненных территориях" (1988) сено пригодно к использованию без ограничений при содержании 137Сз ниже 10 нКи/кг. При исходном уровне загрязнения 15 Ки/кв.км на неулучшенных лугопастбищных угодьях Полесья это можно будет делать не ранее, чем через 20 лет

после аварии (с 2006 года), а при проведении агромелиоративных мероприятий - после 1996 года. Весьма серьезные коррективы в этог прогноз могут внести особенности гидротермических условий года.

С практической точки зрения это означает возможность повторена в некоторый год ситуации с загрязнением урожаев, характерной дл5 предыдущего периода. Наши численные эксперименты показали - чтобь окончательно быть уверенными в гарантированном понижении уровня загрязненности продукции в данном регионе ниже некоего предела после определенного года, необходимо увеличить рассчетный срок на 3-5 лет.

Средний рассчетный уровень запасов деловой древесины в лесны> экосистемах региона автоморфных ландшафтов составляет 163-174 кб.м/га. Не отмечено его уменьшения при норме рубок не превышающие рассчетную лесосеку.

Первоначально до 90% радионуклидов, выпавших на лес в 1986 году, было задержано кронами древесных растений. К концу 1987 года основная их часть мигрировала в нижние ярусы леса и на поверхность лесной подстилки. На первом этапе наибольшими уровнями загрязнения характеризуются компоненты древостоя с открытой поверхностью - ветви, кора, многолетняя хвоя. Значительно меньшие уровни загрязнения имеют структурные части, защищенные от радиоактивных выпадений (древесина. луб).

Данный эффект адекватно отражается АСРЭП. При этом в первые 2-6 лет несколько снижается загрязненность древесины. Уменьшается рассчетный Кп для древесины (в среднем по стволу) с 0,15 до 0,11 нКи/кг/Ки/кв.км. Далее начинается второй этап, где доминирующую роль играет корневой путь поступления радиоцезия. Динамика распределения радионуклидов в древесине определяется соотношением двух процессов дезактивации и корневого поступления.

В начальный период доминирует дезактивация, и наблюдается снижение уровня загрязнения структурных частей древостоя. Затем достигается точка компенсации. По нашим оценкам это произойдет в 1991-1993 годах. Потом возможно увеличение содержания радионуклидов в древесине до некоторого квазиравновесного уровня. Рассчетный Кп достигнет значения 0,5 нКи/кг/Ки/кв.км, затем загрязненность древесины начнет снижаться вместе с падением загрязненности почвы и местности в целом (последнее в основном в результате распада цезия-137). Через 30-40 лет после аварии произойдет практически полное перемещение радионуклида из подстилки в минеральную часть почв. В гидроморф-ных ландшафтах процесс поступления 137Cs в древесину будет протекать

интенсивнее, чем в автоморфных. Сильнее выражен процесс накопления радионуклидов у молодняков.

Таким образом при данном уровне загрязнения можно получать устойчиво чистую деловую древесину, удовлетворяющую ВДУ (<10 нКи/кг).

У лесоматериалов наиболее загрязнена периферийная часть ствола. Поэтому обрезные пиломатериалы имеют примерно в 2 раза более низкие уровни загрязнения по сравнению с необрезными. Продукты переработки древесины содержат радионуклидов на один-два порядка меньше, чем исходное сырье. Скипидар, смола, деготь, спирт радионуклидов фактически не имеют.

Опыт России подтверждает сделанные нами прогнозы. В целом концентрация 137Сб в окоренной древесине практически на всей территории зоны радиоактивного загрязнения не выходит за рамки допустимых уровней, которые в зависимости от характера ее использования лежат в диапазоне 20-100 нКи/кг (Рекомендации по лесопользованию... в результате аварии на Чернобыльской АЭС, 1992).

Наши оценки показали возможность получать продукцию сельского и лесного хозяйства, удовлетворяющую ВДУ на территориях с плотностью загрязнения цезием-137 от 15 до 40 Ки/кв.км. Для АПК в условиях Полесья при уровне загрязнения угодьев до 10 Ки/кв.км можно избежать масштабных агротехнических, мелиоративных, организационных и контрольных мероприятий. Выведение загрязненных земель из сельскохозяйственного оборота и их облесение будет зависеть от экономической ситуации.

Следует отметить, что используя АСРЭП мы не ставили себе задачу решить вопрос о предельно допустимых концентрациях радионуклидов в тех или иных средах. Тем не менее, зачастую для принятия решений заинтересованным организациям нужны и достаточны некие относительные характеристики с учетом тенденций их изменения во времени.

С практической точки-зрения, по результатам проведенных комплексных прогнозных оценок можно утверждать следующее: 'если загрязненность радиоцезием того или иного компонента среды (поверхностных вод, сельскохозяйственных культур, лесной растительности и т.д.) на второй год после аварии признается неприемлемой, то вряд ля следует рассчитывать на быстрое самоочищение. В течении 20-30 остается фактически неизменным уровень загрязненности речных вод, увеличиваются содержание 137Сэ в грунтовых водах и возможно не снижение его в древесине (для последней в период с 7 по 40 год после аварии).

Для сельхозугодий период полувыведения радиоцезия составляет не

менее 10-15 лет, на содержание нуклида в травостое большое влияние оказывают агрометеорологические условия. Напротив, проведение доро-гостоющих мероприятий по коренной мелиорации, интенсивному удобрению сенокосов и пастбищ в дозах не оптимальных с точки зрения минерального питания, экономической и энергетической целесообразности оказывает ограниченный эффект. Более того, резкое (в 2-5 раз) уменьшение объемов внесения калийных удобрений может привести к двух-трехкрат-ному повышению содержания радиоцезия в продукции сельского хозяйства. Подобные эффекты могут вызываться и увеличением протонной нагрузки на экосистему, что ведет к повышению кислотности среды и росту миграционной способности цезия. Нами исследовались последствия строительства объектов теплоэнергетики приводящего к усилению выпадения кислых осадков. Поэтому следует особо тщательно подходить к дозированию антропогенной нагрузки на природную среду загрязненных регионов, установить нормы и квоты воздействия для различных отраслей.

В разделе 4.2 "Экологическое обоснование стратегии развития земледелия в Центральном Черноземье на региональном уровне" показано, что дальнейшее развитие сельскохозяйственного производства черноземных регионах России существенно ограничено обострением экологических проблем, особенно в последние 30 лет.

Рациональное природопользование в сельском хозяйстве начинается с рациональной организации территории. Объективные критерии для обоснования деления территории по типам местности (леса, пашни, лу-гопастбищные угодья, поверхностные воды, селитебные территории и т.д.) до сих пор не разработаны. Рекомендуемые нормативные оценки различаются более, чем на порядок.

Учитывая острую ситуацию с земельными ресурсами в Центральном Черноземье мы сформулировали ряд вопросов, касающихся лесоаграрных ландшафтов лесостепи и северной степи на примере организации территории предложенной В.В. Докучаевым и реализуемой с 1892 года в Каменной Степи (Таловский район. Воронежская область):

1. В экологически сбалансированных лесоаграрных ландшафтах урожайность сельскохозяйственных культур с гектара пашни возросла (не уменьшилась), а в то же время площадь самой пашни значительно уменьшилась. Можно ли говорить об увеличении (или хотя бы сохранении) валового сбора (или выхода продукции с гектара территории всего региона) при введении в действие данной системы землепользования? Какие тенденции преобладают в долгосрочной динамике плодородия почв и других характеристиках ландшафта, велика ли степень оздоровления эколо-

гической ситуации?

2. Каковы причины имеющихся эффектов, можно ли на основании информации о них добиваться увеличения эффективности землепользования и повышения отдачи от средств химизации?

3. Насколько универсальны результаты введения подобной системы земледелия в других засушливых регионах?

Не на все вопросы можно достаточно полно ответить исходя из имеющихся натурных данных, особенно в краткосрочных наблюдениях. Для возможности комплексного исследования ситуации мы выполнили следующие исследования:

1) Провели верификацию АСРЭП на имеющихся данных мониторинга.

2) С ее помощью оценили эффективность земледелия в Каменной Степи и на окружающих территориях для прогнозного периода в 50 лет в условиях типичных для этого региона колебаний климатических характеристик (режим межгодовой изменчивости температур и сумм осадков, воспроизведен с помощью соответствующей вероятностной модели).

3) Провели серию модельных экспериментов по выяснению степени положительных эффектов агролесомелиорации в лесостепной и степной зоне в зависимости от геоморфологических и литологических условий районов ее реализации при различном уровне облесения территории.

Результаты верификации представлены в таблице 1. Данные мониторинга взяты из работ (Брюхань, Шевченко, 1984, Кузнецов, 1986, Сте-пин, Петров, 1986). Динамика представленных параметров вполне адекватно имитируются АСРЭП.

Моделировали динамику урожайности ведущей в этой зоне продовольственной культуры - озимой пшеницы, изменение структуры земельного фонда и кординальной смены рекомендованных агротехнологий не планировали. Рассматривали вариант сложившейся в зоне системы землепользования и системы землепользования, характерной для Каменной Степи (в % территории): распаханность общая - 65-70 против 55, зале-сенность водоразделов - 2-4 против 10, залесенность присетевых склонов, - 2-7 против 75, заозеренность - до 0,5 против 1,5.

Система землепользования в Каменной Степи, обеспечивает валовый урожай с единицы общей площади территории, равный валовому урожаю в условиях традиционно сложившейся системы (табл. 2) но имеет некоторые преимущества:

1. Средний урожай с 1 га пашни на 5, 9 ц (23 %) выше, чем по региону. Это свидетельствует о более высокой окупаемости единицы вносимых в виде удобрений питательных веществ прибавкой сельскохозяйс-

твенной продукции.

2. Урожай в Каменной Степи во все годы выше, чем на незащищенных участках. При этом в неблагоприятные по агрометеорологическим

Таблица 1 Урожайность зерновых культур и уровень грунтовых вод в Каменной Степи (фактические и рассчетные значения), по Воронежской области (фактические значения)

Годы Урожай зерновых. ц/га: Глубина грунтовых вод, м:

по области Каменная'Степь

в целом фактическая рассчетная Фактическая рассчетная

1961 16,0 23,0 26,0 6,50 5,66

1962 17,0 27,0 26,1 6,50 5,60

1963 10,5 18, 0 18,7 6,75 5,49

1964 18,0 27,5 29,9 6,25 5,33

1965 16,0 22,5 21,6 6,00 5,28

1966 19,0 24. 0 23,9 5.75 5,04

1967 14,0 16,5 17,7 5,75 5,04

1968 17,5 29,0 26.0 5,55 4,83

1969 17,5 22.0 24,1 5,80 4,70

1970 21,5 33,0 34.1 5,50 4,74

1971 18,0. 28,5 31,5 5,25 4,79

1972 13,5 17,0 21,1 5,75 4,86

1973 24,5 29,5 29,9 6,00 4,98

1974 23, 0 32,5 34,3 5,50 4,48

1975 14, 0 17,5 22,3 5,25 4,39

1976 25, 0 32,5 37,0 5,00 4,29

1977 17,5 22,5 22,7 4,75 4,18

1978 23,0 35,0 37,4 4,25 4, 07

1979 10,0 23,0 21,4 4,00 4,14

1980 17,5 31,5 30,3 4,25 4,34

Мин. 10. 0 16,5 17,7 — —

Макс. 25,0 35,0 37,4 — —

Ср. 17,6 25,6 26,9 — —

Мин.-Макс 0,85 0,72 0, 73 — —

Ср.

условиям годы эффективность системы возрастает. Продуктивность в экстремальных условиях увеличивается на 50-80 %. Растет гарантируемый минимум получаемых урожаев.

3. Агролесомелиоративные ландшафты имеют более стабильную продуктивность. Межгодовые колебания урожайности и отношение величин интервала варьирования к средней многолетней продуктивности значительно меньше, чем для незащищенной пашни. Аналогично ведет себя дисперсия и коэффициент вариации урожаев.

Эффективность взаимодействующей системы защитных насаждений во многом объясняется изменением всего комплекса гидротермических условий.

Таблица 2

Прогноз динамики урожаев озимой пшеницы в Каменной Степи и в среднем по Центральному Черноземью России

Урожай зерна

Регион Урожай зерна, ц/га с гектара общей площади

территории, ц/га

сред- макси- мини- мк.-мн. сред- макси- мини- мк.-мн.

няя маль- маль--, % няя маль- маль--, %

ная ная ср. ная ная ср.

Каменная

Степь 31,4 43,6 17,0 84,7 17.4 24,2 9,4 84,7

Централь-

ное

Черноземье 25,5 38,6 9,8 112,9 17.9 27,0 6.9 112,9

Расчеты в АСРЭП показали, что зарегулированность стока и улучшение условий увлажнения вызвали подъем среднегодового уровня грунтовых вод (УГВ) в регионе. Увеличилось грунтовое питание малых рек на 20-100 %.

По прогнозу на ближайшие е 10 лет среднее значение УГВ на водоразделах сотавляет 3,8 м, за 40 лет оно уменьшится до 3, 3 м, отмечена тенденция его стабилизации. На на бортах долин (типа местности, куда попадают присетьевые склоны) УГВ изменяется - от 2,0 до 1,8 м. По нашим оценкам не менее четверти территории будут получать дополнительную грунтовую влагу. Отмеченные тенденции более интенсивного подъема грунтовых вод при формировании системы и тенденция к даль-

нейшей стабилизации, через 25-40-60 лет носят универсальный характер в агролесоландшафтах. Прогнозные оценки минерализации и Качества грунтовых вод не отличаются от фоновых характеристик.

Рассмотренный фактор имеет существенное значение в смягчении засух, однако не является единственным. Можно выделить оптимальные условия для его проявления: а) залегание грунтовых вод на глубине 2,0 - 2,5 метров; б) глинистые или тяжелые суглинистые грунты в качестве материнских почвообразувщих пород. При менее глубоком залегании грунтовых вод может начаться искусственное засоление почв. С другой стороны при глубине залегания около 2, 0 метров на почвах легкого гранулометрического состава увлажняющее воздействие грунтовых вод незначительно. Наши результаты не дают оснований для прогнозирования негативных последствий при повышения увлажнения региона вследствие лесомелиорации (усиленения процессов выщелачивания, де-кальцинирования и оподзаливания. потери плодородия почв). Об этом свидетельствует динамика индекса почвы. Для региона он колебался в пределах 17-18 за все время исследования.

С точки зрения ресурсно-экологического подхода лесные полосы являются помимо всего прочего и источником древесины, формируя к 70-летнему возрасту запас до 250-280 и выше кб.м/га с приростами выше 4 кб.м/га в год. Эти данные адекватно прогнозируются с помощью АСРЭП. Создание лесоаграрных ладшафтов с системой прудов повышает рекреационную емкость и значимость территории, способствует увеличению биоразнообразия и возможностей для охотничьего хозяйства.

Отчуждение пахотных земель для лесомелиоративных мероприятий происходит в значительной степени за счет площадей менее продуктивных почв различной степени смытости, расположенных на склонах.

Мы провели исследование различных вариантов изменения структуры земельного фонда в условиях лесостепи и северной степи Европейской территории России, рекомендуемых при реализации лесомелиоративных и почвозащитных мероприятий. Согласно нашим результатам обязательным является залесение не менее 50 % присепьевъа склонов и не менее 6-8 % площадей водоразделов и плакоров. Площадь пашни не должна превышать 55-60 % региона. При этом все лесные насаждения должны образовывать еЭшшую систему направленную на оптимизацию экологической ситуации. В случае если обьем лесомелиоративных мероприятий в регионе меньше указанных критических пределов, их рассчетная эффективность резко падает.

Создание прудов в оврагах и балках является обязательным мероп-

риятием, способствующим регулировнию стока и использованию ресурсов местного стока на орошение. Нижним пределом этой величины является -1.5 %.

Результаты наших исследований позволяют говорить о явно неопти-иальной структуре земельного фонда, сложившейся сейчас в Центральном Черноземье России, препятствующей дальнейшему эффективному развитию земледелия. С экологической и с экономической точек зрения целесообразно переходить к рекомендованной структуре земельного фонда, с /четом опыта Каменной Степи с возможными корректировками на местные хозяйственные и природно-климатические особенности.

В разделе 4.3 "Оценка воздействия на окружающую среду орошаемого земледелия в бассейне Арала" рассмотрено развитие сельскохозяйственного производства в республиках Средней Азии, сопровождающееся сомплексом проблем, возникающих в процессе коренного изменения эко-югической ситуации.

В связи с Аральским кризисом были проведены большие науч-ю-практические работы по совершенствованию структуры водопотребле-(ия. Для решения проблемы предлагалась в 80-х годах перебросить [асть стока сибирских рек. а в начале 90-х - запрещение сброса любых ¡агрязненных коллекторно-дренажных вод по всему стволу р. Амударьи и :е притоков, а также строительство магистральных коллекторов по обе-¡м сторонам реки. Только для правобережья нижнего и среднего течения :еки проектная длина коллектора составляла 1100 км, средний сток 7-8 :б. км, строительство - 10-15 лет, сумма ожидаемых затрат 1.3 млд (в ;енах 1991 г.). В комплексе с другими не менее дешевыми мероприятия-и дополнительный сток в Арал ожидался в объеме 13-15 кб.км (Махаме-ов, 1992).

Решение Аральской проблемы находится преимущественно в регионах одопотребления. Выбрана зона Каракумского канала (частично 2-я и -я очереди 1960-1963 года пуска), район между Хаузханским водохра-илищем и г. Ашхабадом (Туркмения). Технология возделывания хлапчат-ика - рекомендованная в регионе. Прогнозная оценка воздействия на кружающую среду орошаемого земледелия в бассейне Арала была прове-ена с помощью АСРЭП (табл. 3).

С началом развития поливного земледелия в первой половине 60-х одов в зоне Каракумского канала, как и во всех других вновь осваи-аемых территориях Аральского региона, отмечался резкий рост урожай-ости хлопка, увеличились объемы используемых средств химизации, остоянно росли поливные площади и валовый сбор хлопка. Однако по-

Таблица 3 Характеристика развития экологической ситуации в зоне орошаемого земледелия

До осво- Начало Середина Конец

ения 60-х гг 70-х гг 80-х

Глубина

уровня

грунтовых

вод. м 20 - 25 20 - 25 0,5 - 2,5 0,5-2,5

Соленость

грунтовых

вод, г/л 0,5 - 2,5 0,5 - 2,5 25 - 40 15 - 25

Площадь

солончаков. % 0-5 0-5 10 - 15 25 - 35

Площадь

поливных

земель, % 0 10 - 15 25 - 35 40 - 55

Урожай

хлопчатника. ц/га — 25 - 30 20 - 25 10 - 15

добная благоприятная ситуация продолжалась недолго (7-10 лет). Затем возникли проблемы, состоящие в прогрессирующем засолении земель и грунтовых вод, а также в солончаковом заболачивании и подтоплении территории, вызванном подъемом грунтовых вод практически к поверхности. загрязнении почв и вод, потере почвенной структуры, дегумифи-кации, повышении риска опустынивания и т. д.

Все это создавало и создает: 1) ограничения дальнейшего роста урожаев и валового сбора хлопка практически во всех районах республики (а в районах с наиболее острой ситуацией таких, как зона канала - падение урожайности); 2) трудности общеэкологического характера, касающиеся всей системы природопользования - использования грунтовых вод, неполивных земель, деградации пастбищ, загрязнения территории и т.д.

Следует подчеркнуть, что эти тенденции имеют региональный, фоновый характер и определяются причинами регионального характера. По обобщенным критериям оценки вероятности опустынивания (Орлов, Васильевская, 1994) рассчетные параметры глубины, а также минерализа-

,ии грунтовых вод попадают в градации.сильная и очень сильная, а ост площадей засоленных почв и накопление солей в профиле характе-изует постоянный умеренный темп опустынивания.

Параллельно с ростом засоленности грунтовых вод происходит их агрязнение нитратами, пестицидами и дефолиантами вследствие вымыва-ия с полей фильтрующимися поливными водами. Расчетное содержания итратного азота в природных водах в 2-4 раза превышает ПДК. Грунто-ые воды непригодными для питьевого водоснабжения, создаются пробле-и в коммунальном хозяйстве и промышленности, осложняется санитар-:о-эпидемическую обстановку.

Прослеживается и межрегиональное влияние этих процессов. Заг-|Язнение речных вод в результате сброса дренажно-коллекторного стока | верхнем течении транзитных рек (Амударья) ведет к повышению содер-;ания токсикантов в почвах и грунтовых водах дельт, зарегулирование ;тока приводит к дефициту влаги в низовьях и сказывается на экологи-[еской ситуации Аральского региона.

В бассейне Арала с 1980-1982 годов прекратился рост валового :бора хлопка-сырца, он составляет около 7,5-7,3 млн т. при этом пло-(ади орошаемых земель к сегодняшнему дню выросли с 5,7 млн га до 7,3 щн га. В первой половине 90-х годов наметилась еще одна проблема, [рактически исчерпаны возможности дальнейшего расширения поливных ;емель. В 60-х годах потенциальные площади под орошение в регионе |ценивались в 11 млн га, в проектах по переброске - в 30-40 млн га. >актически уже из первых 3-4 млн га, выбранных как лучшие для освое-ия 1,5-2,0 млн га оказались трудномелиорируемые и малопригодные. :начительные площади, как показали наши рассчеты, заняты искусствен-[0 созданными солончаковыми болотами и староорошаемыми засоленными ючвами, непригодными для окультуривания. В итоге ситуация практи-[ески стабилизировалась на крайне неблагоприятном как с хозяйствен-;ой, так и с общеэкологической точки зрения уровне. Продолжение та-:ой деятельности в сфере АПК делает ее необратимой.

Простое повышение нерм поливов, на которое очень надеялись в :онце 80-х годов, не только не ведет к улучшению положения, но даже ■худшает его. Результаты экологического прогноза развития рассматри-;аемого региона в случае увеличения поливов на 20 % показывают до-юлнительное падение урожаев хлопчатника на 2 ц/га на поливных зем-[ях. уменьшение валового сбора хлопка в регионе. Содержание солей в ¡ерхних горизонтах почв увеличивается на.одну треть по сравнению с ;ариантом без увеличения поливных норм. Ухудшаются другие показатели

экологической ситуации.

Был предложен комплекс мероприятий по оздоровлению ситуации, проссчитаны возможные результаты их последствий. В итоге получила некую группу сценариев, предусматривающих: сокращение доли поливны)« земель в структуре земельного фонда; реконструкция дренажной сети на поливных землях (увеличение ее густоты и глубины); сокращение фильтрации из магистральных каналов; сокращение объемов поливов; посадка лесополос (пустынных кустарников) на водоразделах не занятых поливными землями или солончаками.

Прогноз реализации одного из таких сценариев (характеристики его даны в таблице 4) показал, что изученные параметры изменяются (улучшаются) на Ю-50 %. При этом сохраняется и даже увеличивается сбор хлопка - на 1-2 ц/га с общей площади региона. Причинами этого являются понижение уровня грунтовых вод и соответственно резкое возрастание эффективности мероприятий по рассолению поливных земель. Некоторые улучшения дает уменьшение эоловой миграции солей вследствие проведения агролесомелиоративных мероприятий и общее оздоровление экологической обстановки.

Таблица 4 Характеристики одного из возможных путей улучшения экологической ситуации в зоне орошаемого земледелия

Умень- Увели- Увели-

шение чение чение

площади густо- глуби-

полив- ты ны

Сокра^ Сокра- Посадки

щение щение лесо-

объема объема кустар-

полива фильтра- никовых

ных дрена- дрена-

земель жа жа

ных

ции из полос

магист- на во-

ральных дораз-

каналов делах

Абсолютная до 35% величина

Относитель- в 1,4 ное измене- раза ние

Время за 5

реализации лет

до 3,5 до 4,0 до до 15% км/кв.км м 1400 мм

в 1,15 в 1,1 в 1,15 в 1,25 раза раза раза раза

за 5 лет

за 3 года

в 1 год

за 7 ежегодно, лет за 5 лет

на 5% площадей

С помощью имитационных экспериментов, осуществляемых в АСРЭП, можно определить некую группу приемлемых сценариев развития экологической ситуации, а затем выбрать оптитмальный с учетом экономического положения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны и теоретически обоснованы принципы моделирования динамики природных территориальных комплексов для информационной поддержки управления продуктивностью сельского хозяйства в широком контексте общих проблем природопользования и проведения оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) на региональном уровне. Совокупность полученных результатов является теоретическим обобщением и развитием исследований в этом направлении. С практической точки зрения они представляют собой решение проблемы создания и совершенствования автоматизированной системы регионального экологического прогноза (АСРЭП).

Система использована автором данной работы в следующих случаях:

- для обоснования претензии органов территориального управления МАССР к администрации Чебоксарской ГЭС по ущербу для возобновимых природных ресурсов (Россия);

- для выбора наилучшего варианта теплоснабжения г. Семипалатинска (Казахстан) и обоснования выбора стратегии развития энергетики региона;

- экологических экспертиз проектов строительства и эксплуатации Еникедской ГЭС на р. Кура (Азербайджан) и Тургайской ГРЭС на территории Кустанайской области в прибрежной зоне озера Кушмурун (Казахстан) с учетом последствий для сельского хозяйства;

- при проведении ОВОС различных вариантов развития теплоснабжения г. Бийска, реализации проектов строительства и эксплуатаци Бийс-кой ТЭЦ-2 (Россия), Новой Белорусской ГРЭС (п. Зельва, Белоруссия) и Интинской ГРЭС (Республика Коми, Россия);

- при экологической экспертизе хозяйственной деятельности на Приобском, Приразломном, Верхне-Салымском, Западно-Салымском, Угутс-ком и Киняминском нефтегазовых месторождениях Тюменской области (Россия), а также для ОВОС различных вариантов развития нефтегазового комплекса в Среднем Приобье, включая последствия обустройства отдельных месторождений;

- при проведении ОВОС эксплуатации Саратовской ГЭЦ-1, Саратове-

кой ГРЭС. Калинградской ТЭЦ-2, Балаковской ТЭЦ, Самарской ТЭЦ-2, г также последствий различных вариантов развития схем теплоенабженю городов Самары и Пензы с учетом ресурсно-экологической и агроэколо-гической ситуации в регионе (Россия);

- оценки текущего состояния и последствий хозяйственного развития Омского региона для определения экологического статуса г. Омскг (Россия);

- для комплексного прогноза последствий аварии на Чернобыльской АЭС для сельского, водного и лесного хозяйства в загрязненных регионах (Белоруссия);

- при экологическом обосновании стратегии развития земледелия в Центральном Черноземье на региональном уровне (Россия);

- для оценки воздействия на окружающую среду орошаемого земледелия в бассейне Арала (Туркмения).

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Создана и апробирована новая методика построения имитационных моделей, на основе использования данных, имеющихся в классическом описательном природоведении, ведомственной и статистической информации без обязательного привлечения дорогостоящих результатов долговременного мониторинга.

2. Предложена методология сокращения размерности задач оценки воздействия на окружающую среду на базе введения интегральных показателей.

3. Формализован алгоритм решения некорректной алгебро-дифферен-циальной системы при моделировании динамики природно-территориальных комплексов регионального уровня.

4. С помощью предложенной методики построена и апробирована система регионального экологического прогноза, в процессе совершенствования которой решены следующие технические задачи: учет и моделирование ландшафтных условий при агроэкологическом исследовании, учет неоднородности территории в модели с сосредоточенными параметрами, ресурсно-экологической интерпретации результатов интегрального экологического моделирования в земледелии.

5. С помощь» созданной системы исследован ряд сценариев, представляющих научный и практический интерес для эксплуатации земельных, водных и лесных ресурсов. По каждому из исследованных сценариев предложены пути конструктивного решения агроэкологических и ресурс-ноэкологических проблем.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Формализация оценки качества компонентов окружающей среды// .Н. Крутько. С. А. Иегов, Д. М. Хомяков, П.М. Хомяков. М.: ВНИИСИ, 982. Препринт. 36 с.

2. Модель динамики средообразующих факторов// В.Н. Крутько, .А. Пегов, Д. М. Хомяков, П.М. Хомяков. М.: ВНИИСИ, 1982. Препринт. 3 с.

3. Рахматуллина 3.А., Степанов А. Л., Хомяков Д.М. Интенсивность иологических процессов в почве и продуктивность растений в зависи-ости от норм и форм минеральных удобрений// Доклады ВАСХНИЛ, 1984,

10. С. 46-48.

4. Лебедева Л.А., Егоров B.C., Хомяков Д.М. Влияние различных орм и форм минеральных удобрений на некоторые биологические процес-ы в дерново-подзолистой почве//Вестн. Моск. ун-та, сер. 17, 1984, N . С. 65-68.

5. Динамика содержания азота в почве и растениях при внесении азличных доз и форм минеральных удобрений// Вестн. Моск. ун-та, 985, сер. 17, tí 2. С. 34-39. (Лебедева Л. А., Рахматуллина 3. А., тепанов А. Л., Хомяков Д. М.).

6. Егоров B.C., Рахматуллина З.А., Хомяков Д.М. Роль окультуривания дерново-подзолистых почв в повышении продуктивности интенсивно 'добряемых агроценозов// Роль почвы в управлении продуктивностью аг-юценозов. Л.: СЗНИИСХ, 1985. С. 85-92.

7. Хомяков Д.М., Егоров B.C. Накопление подвижного форм фосфора i дерново-подзолистых почвах разного уровня окультурености в зависи-юсти от доз и форм минеральных удобрений//Доклады ВАСХНИЛ, 1985, N 2. С. 85-92.

8. Роль биологических свойств дерново-подзолистых почв в проективности интенсивно удобряемых агроценозов// Тезисы докладов VII (елегатского съезда ВОП. Ташкент, 1985, ч. 2. С. 145. (Лебедева [.А., Егоров В. С., Степанов А. Л., Хомяков Д. М.).

9. Хомяков Д.М. Факторы, влияющие на величину затрат минераль-[ых удобрений для накопления подвижных Р205 и К20 в дерново-подзо-шетой почве//Вклад молодых ученых Украины в интенсификацию сельско-:озяйственного производства. Харьков: УкрНИИПА. 1986. С. 208.

10. Влияние свойств дерново-подзолистой среднесуглинистой слабо-жультуренной почвы и минеральных удобрений на урожай и биологичес-

кое качество растительной продукции//Результаты исследования в длительных опытах с удобрениями по зонам страны. М. :ВИУА, 1986, в. 18. С.113-131. (Минеев В. Г., Лебедева Л.А., Хомяков Д.М. и др.).

11. Влияние свойств дерново-подзолистой среднесуглинистой сред-неокультуренной почвы и минеральных удобрений на урожай и биологическое качество растительной продукции//Результаты исследования е длительных опытах с удобрениями по зонам страны. М.:ВИУА. 1986, в. 18. С.132-149. (Минеев В.Г., Лебедева Л.А., Хомяков Д.М. и др.).

12. Хомяков Д.М. Методические указания по специальности почвоведение и агрохимия "Погодные условия и эффективность удобрений". М. :Мзд-во МГУ, 1988. 40 с.

13. Хомяков Д.М., Игуменцев А.Ф. Методические указания по специальности почвоведение и агрохимия "Математическое моделирование продуктивности агроценозов". М.:Изд-во МГУ, 1988. 38 с.

14. Хомяков Д.М. Окультуренность почвы и продуктивность агроце-нозсв в различных погодных условиях// Всесоюзное совещание "Агрофи-тоценозы и экологические пути повышения их стабильности и продуктивности". Тезисы докладов. Ижевск: ИжГУ, 1988. С. 116.

15. Хомяков Д.М. К вопросу о построении иерархии моделей плодородия почвы//УП Всесоюзный съезд почвоведов. Тезисы докладов. Новосибирск, 1989, кн. 4. С. 281.

16. Алдошин Н.В., Хомяков Д.М. Энергетическая оценка различных технологий производства сена//Кормовые культуры, 1989, в.З. С. 34-40.

17. Хомяков Д.М. Продуктивность агроценозов при различных погодных условиях в зависимости от уровня окультуренности почв// Особенности культурного почвообразовательного процесса и моделирование плодородия почв Нечерноземной зоны РСФСР. Л.: СЗНЙИСХ, 1989. С. 30-33.

18. Хомяков Д.М. Агрометеорологические условия и эффективность удобрений. М. : Изд-во МГУ, 1990. 83 с.

19. Сизов А.П., Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Проблемы борьбы с загрязнением почв и продукции растениеводства. М.: ВАНТО, 1990.

20. Егоров В.С. Хомяков Д.М. Продуктивность севооборота в зависимости от доз удобрений и агрометеорологических условий// Оптимизация условий повышения плодородия почвы. М.:МГУ, 1991. С. 155-162.

21. Хомяков Д.М. К методологии моделирования функционирования агроценозов/'/ Доклады ВАСХНИЛ, 1991, N 1. С. 59-61.

22. Смолина С.Г., Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Автоматизированная

«тема экологической экспертизы крупных проектов и программ регио-зльного развития// Моделирование процессов экологического развития, эорник трудов ВНИИСИ. М. :ВНИИСИ. 1991, в. 3. С. 45-49.

23. Прогноз динамики радионуклидного загрязнения лесной и сель-хохозяйственной продукции территории юга БССР, пострадавшей от авали на ЧАЭС//Моделирование процессов экологического развития. Сбор-як трудов ВНИИСИ. М. : ВНИИСИ, 1991, в. 3. С. 74-78. (Никитин Е.В.. чолинаС.Г., Хомяков Д.М., Хомяков П. М.).

24. Хомяков Д.М. С учетом агрометеорологических условий// Зем-эделие, 1991, N11. С. 63-67.

25. Хомяков Д.М. Оптимизация системы удобрений и агрометеороло-лческие условия. М.: Изд-во МГУ, 1991. 85 с.

26. Хомяков Д.М. Продуктивность агроценозов в различных погодных зловиях и методы ее оценки// Научно-практическая конференция "Агро-этеорологические ресурсы и продукционные процессы в растениеводс-зе". Тезисы докладов. Киев.:1991. С. 99-100.

27. Хомяков Д.М., Мешалкина Ю. Л. ПЭВМ в агрохимии и почвоведе-ж. М.: Изд-во МГУ, 1992. 6,0 а. л. 96 с.

28. Khomyakov D.M. Productivity of rotation and agromete-rologicial condition in long-term experiments// Proceedings of nternational Simposium "Long-term fertilizer experiments", arszawa-Krakov Part 2, 1993 p. 124-132.

29. Экологическая карта Московской области, М 1:350000. (Отв. ед. П.М.Хомяков). М.: РИТ "Летописец", 1993. (Красовский Г. Я.. Хомя-ов П. М., Хомяков Д.М. и др. ).

30. Хомяков Д.М. Моделирование влияния абиотических факторов на гроэкосистемы для целей экологических экспертиз и управления про-уктивностью земледелия//"Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэко-истемах". Материалы научно-практической конференции. М.,1994.

.286-288.

31. Красовский Г.Я., Хомяков Д.М. Синтез экологических карт ре-ионов с высокой степенью антропогенной нагрузки на компоненты при-одной среды//Тезисы докладов Международной конференции "Аэрокосми-еские методы геологических и экологических исследований" С.-Пб.: эрогеология, 1994. С.127-128.

32. Хомяков Д.М., Голубева С.Г. Методические указания по специ-льности почвоведение " Оценка воздействия на окружающую среду (под-оды, процедура, практика применения, перспективы)". М.: Изд-во МГУ, 994. 40 с.

33. Хомяков Д.М. Острая проблема земледелия России//Земледелие

1994, Н 4. С. 3-4. 0,3 а.л.

34. Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Моделирование влияния антропоге: ных и метеорологических факторов на агроценозы. М.: Изд-во МГУ

1995. 80 с.

35. Экологическая карта Харьковской области, М 1:300 ООО. (Отв ред. Г.Я. Красовский, A.B. Гриценко). Киев: НПП "Картография", 1995 (Захарченко М. А., Брук В. М., Хомяков Д.М. и др.).

36. Безуглая 0. Б., Хомяков Д. И. К вопросу о методике оценк; плодородия зональных типов почв и эффективности средств химиза ции//Тезисы докладов XXX конференции "Эффективность применение средств химизации и продуктивность сельскохозяйственных культур М. :ВИУА, 1995. С. 18-19.

37. Хомяков Д.М. Имитационное моделирование влияния абиотических факторов на reo- и агроэкосистемы для целей экологических экс пертиз и управления продуктивностью земледелия// Рабочее совещаши "Информационно-аналитическое обеспечение радиологического мониторин га в агропромышленном комплексе". Тезисы докладов. М.:1995. С. 19-22

38. Хомяков Д.М., Безуглая О.Б. К вопросу об оценке экологической ситуации в Тюменской области// Международная научно-практическа: конференция "Безопасность жизнедеятельности в Сибири и на Крайне) Севере". Тезисы докладов. Тюмень: ТГУ, 1995, ч. 1. С. 126-128.