Природно-антропогенный ландшафт Приднестровья: оценка и управление геоэнергетическим потенциалом

Геоэнергетический подход – инновационный метод количественной оценки процессов функционирования природно-технических систем. В основу данного подхода положены фундаментальные законы термодинамики. Принципиальное отличие геоэнергетического подхода от существующих энергетических, эколого-энергетических подходов заключается в обязательном учете доли антропогенной энергии в процессах восстановления природных систем и геоэкологическом принципе рационального использования природных ресурсов. Поиск путей сохранения равновесия, ведущего к самоорганизации сложных природно-технических систем – главная цель геоэнергетического подхода. А единая энергетическая система оценки, не подверженная инфляционным процессам времени, делает данную идею унифицированной для различных типов сложных систем. Анализ протекающих процессов в геосистеме выражается в единицах энергии – джоулях.

Разработанная методика геоэнергетической оценки эффективности функционирования природно-антропогенного ландшафта включает ряд последовательных процедур. Это геоэнергетическая оценка емкости природно-антропогенного ландшафта, определение величины природной энергетической ренты, расчет основных геоэнергетических показателей энергии солнца, атмосферных осадков, биомассы, общей характеристика природных условий, оценка состояния лесных геосистем, эколого-географический и сравнительно географический анализы изучаемой территории, картографическая визуализация, пространственная типологизация, оценка варианта оптимизации лесной геосистемы, создание эколого-экономической оценки, разработка энергоэффективной схемы управления природно-антропогенными ландшафтами. Выявлено, что наибольший энергопотенциал присущ лесным геосистемам на севере Приднестровья в Каменском районе – 9344,5 ТДж. В Рыбницком районе показатель равен 7728,5 ТДж, Дубоссарском – 4968,3 ТДж,  Григориопольском – 4267,7 ТДж,  Слободзейском – 2759,8 ТДж.

Основа энергетического потенциала природно-антропогенного ландшафта исходит от локальной геосистемы. Оценив потоки различных видов природной энергии лесной геосистемы и её потенциал, автор определил лимитирующий энергетический фактор в развитии леса, а также оценил геоэнергетический потенциал потока солнечной энергии, поступающей на 1 га лесной геосистемы 45.140×109 Дж.

Предлагаемый вариант оптимизации функционирования лесных геосистем на основе природосообразной технологии лесовосстановления, успешно апробированной в урочище Калагур, в максимальной степени уменьшает долю использования антропогенной энергии DА = 0,002 (в основном степени механизации). Природная геосистема сама формирует будущую дубраву со всеми необходимыми компонентами. Планируемая там продуктивность экосистемы при этом может повысить геоэнергетическую эффективность до 2,662 ТДж на 1 га. Новая эколого-экономическая единица – цифровой геоэнергетический купон – позволяет оценить данный энергетический эффект в любой валюте в заданный момент времени, который составил 266.200,0 геоэнергетических купонов.

Геоэнергетическая оценка показала, что природная энергия локальной геосистемы в большой степени обеспечена возобновляемым источником солнечной энергии 45,1×1012 из 47,3 ×1012 Дж возможных к накоплению. Рассчитав геоэнергетический баланс территории, автор предлагает удовлетворять 45,97 ×109 Дж в год энергетических потребностей жителя урбосистемы Приднестровья, уменьшив степень энергетической неустойчивости более широким использованием возобновляемой энергии. А учитывая геоэнергетическую оценку локальной геосистемы – применением солнечных источников энергии.

Основанная на геоэнергетической оценке авторская методика позволяет универсально количественно оценить различные по роду формирования потоки энергии в сложной системе (природную энергию, антропогенную энергию технологий и трудовых ресурсов, сохраненную или накопленную энергию системы), оценить долю антропогенной энергии в системе и предложить действенные пути по оптимизации её ведущей к формированию равновесного состояния. Благодаря авторским экономико-энергетическим оценкам, результаты расчетов по разработанному алгоритму, реализованному в информационной системе, выражаются в экономических показателях реального времени. Геоэнергетический подход и основанная на нем методика дополнены важным качественным показателем - геоэнергетической матрицей. Она дает представление о соотношении количественных и столь важных качественных показателей, что является уникальным для количественных энергетических подходов современного мира науки. В представленной работе изложена методика геоэнергетического подхода и практическая реализация, выраженная в оценке и оптимизации управления различными типами сложных систем.

Основа геоэнергетической оценки – сопряженный учет значений солнечной энергии, атмосферных осадков, энергопотенциала почвы (биоклиматические параметры), поступающих в природно-антропогенную систему и характеризующих её продукционный потенциал.

Природно-антропогенные лесостепные и степные ландшафты геоэнергетически оцененные, содержащие лесные геосистемы Приднестровской Молдавской Республики.

Геоэкологическое состояние лесных геосистем в условиях глобальных изменений климата и усиления хозяйственной деятельности с конца 70-х гг. ХХ в. в России, Украине и Молдавии резко ухудшилось, что выразилось в сокращении благоприятных для них условий функционирования, сокращении биологического разнообразия флоры, фауны и др., вплоть до обезлесивания обширных лесостепных и степных территорий.

В качестве фации изучаемых лесных геосистем республики было выбрано дубовое урочище Калагур в Рыбницком районе Приднестровья. Это уникальный дубовый лес в излучине Днестра на его левом берегу с редкими и эндемичными видами растений и фитоценозами на площади 740 га, которые в прошлом были значительно богаче и разнообразнее.

Рисунок 1 – Ключевой участок дубрава урочища Калагур (составлено автором)

В ходе оценки было получено следующее соотношение природных потоков энергии на 1 га в изучаемой фации (таблица 1).

Таблица 1

Природная энергия, поступающая на 1 га лесной геосистемы урочища Калагур

Где преобладающей энергией выступает энергия солнца, однако энергия выпадающих осадков является лимитирующим фактором развития биогеосистем региона. Сформированные биоклиматические группы Приднестровья показывают закономерное снижение количества энергии выпадающих осадков, повышение испаряемости и как следствие обезлесивание территорий с севера на юг региона.

Рисунок 2 – Биоклиматический группы Приднестровья (составлено автором)

Оптимизация функционирования и восстановления природно-антропогенных ландшафтов Приднестровья возможно при разработке и использовании природосообразных технологий, изменения принципов хозяйствования с потребления на созидание и восстановление, путем более эффективной эксплуатации энергетического потенциала потоков природной энергии и биогенного материнского субстрата. Ведущий лесовод Приднестровья И.И. Маяцкий разработал и предложил практически наиболее эффективную технологию оптимизации функционирования лесных геосистем. Её геоэнергетическая емкость многократно меньше (0,004) чем у других технологий десятилетиями применявшихся в регионе.

Эффективность использования природной энергетической ренты лесной геосистемы урочища Калагур при использовании разработанного варианта составила e_R = 1,84. Доля затрачиваемой антропогенной энергии по этому расчету также существенно ниже: за вычетом природной ренты она составляет D_A = 0,002. Геоэнергетическая матрица отображает геоэнергетическое и качественное приближение к контролю (лесная геосистема естественного происхождения) леса, оптимизированного с помощью энергоэффективной технологии.

Выходящий поток энергии (накопленный энергопотенциал системы) является важным показателем в системе геоэколого-экономической оценки результата оптимизации природно-антропогенных ландшафтов.  Автором в ходе многолетних исследований потоков энергии, вещества и информации в природно-антропогенных ландшафтах была выявлена необходимость введения новой финансовой единицы – цифрового геоэнергетического купона в информационную систему геоэколого-экономической оценки.

Рисунок 3 – Логотип цифрового геоэнергетического купона, созданный нейросетью Гигачат

Рассчитанная эколого-экономическая эффективность лесовосстановления составляет 2,662 ТДж на 1 га, что соответствует 266.200,0 геоэнергетических купонов (по состоянию на 28 марта 2024 года это эквивалентно 11.758,5 долларов США).

Выполненный геоэнергетический баланс территории Приднестровской Молдавской Республики определил относительно высокое потребление энергии жителями городов 45,97 ×10⁹ Дж в год, из которой большая часть обеспечена биогенными не возобновляемыми источниками. Природно-антропогенные ландшафты республики не способны удовлетворить данные энергетические потребности. Исходя из оценки входящего потока энергии на примере локальной геосистемы, необходимо более широко использовать возобновляемую солнечную энергетику, параллельно применяя природосообразные технологии восстановления лесных геосистем. Данный комплекс мер снизит степень энергетического дисбаланса природно-антропогенных ландшафтов Приднестровья.

Рисунок 4 – Пространственная типологизация геоэнергетических потребностей городов и потенциалов лесных геосистем, ТДж

Важные предложения по оптимизации природно-антропогенных ландшафтов лесостепной и степной зон Приднестровья со снижением энергопотребления, изложены в принципиальной схеме:

 1) оптимизация функционирования лесных геосистем, начиная с урочища Калагур, постепенное расширение энергоэффективных способов восстановления лесов в наиболее продуктивных лесостепных районах;

2) качественное изменение видового состава древостоев в регионе, повышение доли участия  дуба черешчатого;

3) внедрение экоаудита в систему оценки эффективности оптимизации природно-антропогенных ландшафтов по авторской методике геоэнергетической оценки;

4) переосмысление этической стороны деятельности предприятий с целью ускорения перехода от разрушительных по отношению к геосистеме и геоэкологической безопасности населения технологий на инновационные, природосберегающие и энергоэффективные, основанные на возобновляемой энергетике.

Обобщая опыт отечественных и зарубежных исследователей и ученых, без универсальной, единой геоэнергетической оценки невозможно оптимизировать систему управления природно-антропогенными ландшафтами. Разработанная методика позволяет комплексно с учетом геоэкологических показателей, законов термодинамики, в универсальных энергетических единицах джоулях выполнить оценку геоэнергетического потенциала природно-антропогенных ландшафтов по ряду показателей.

Результаты работы опубликованы в 14 статьях журналов ВАК, 4 из которых в журналах, входящих в Scopus. Изданы три монографии, получено 3 авторских свидетельства на информационную часть работы. Исследования опубликованы и излагались на территории республики и сопредельных государств (Молдавии, Украине, Белоруссии и России) в докладах конференций, семь из которых – пленарных.

Николай Андреевич Марунич,
кандидат географических наук, доцент,
заведующий кафедрой промышленности и информационных технологий
Бендерского политехнического филиала.