Геоэкологический мониторинг искусственных водоемов Калмыкии с использованием методов экотонной концепции и ГИС-технологий (на примере Красинского водохранилища)

МАТЕРИАЛЫ IV РЕСПУБЛИКАНСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА: ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И СОЦИОКУЛЬТУРНЫЕ АСПЕКТЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АРИДНОГО РЕГИОНА», ПОСВЯЩЕННОЙ ГОДУ

ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Секция I. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РЕГИОНА: ПОИСКИ ПУТЕЙ РЕШЕНИЯ

УЛАНОВА С.С.

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОЕМОВ КАЛМЫКИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ ЭКОТОННОЙ КОНЦЕПЦИИ И ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

Необходимым условием рационального водопользования является многолетний комплексный мониторинг параметров существующих геосистем, а также определение совокупности показателей, характеризующих последствия антропогенных изменений за длительный период эксплуатации водоемов. Одним из результатов геоэкологического мониторинга поверхностных вод в целях оптимизации управления их развитием, составления прогнозов и мероприятий по дальнейшему улучшению является разработка экологических паспортов на водные объекты.

Экологические паспорта территорий содержат сведения о состоянии природно-ресурсного потенциала, результатах оценки воздействия на окружающую среду данной территории, показатели ее экологической емкости и информацию о действующих территориальных экологических ограничениях по видам хозяйственной деятельности. (Закон Ленинградской области «О комплексном природопользовании») [1]. В связи с этим важной задачей геоэкологических исследований водных объектов и их побережий является разработка экологических паспортов искусственных водоемов Калмыкии, продиктованная необходимостью сохранения богатого биологического разнообразия, генофонда степной и полупустынной биоты при хозяйственном использовании их природных ресурсов.

Целью данных исследований было определено создание электронных экологических паспортов наиболее значимых водных объектов в пределах Республики Калмыкия, содержащих актуальную информацию о состоянии природных экосистем водоемов, полученных с помощью современных методов.

К настоящему времени разработано большое количество методик оценки состояния окружающей среды, в первую очередь—с точки зрения использования природных ресурсов и интенсивности антропогенного воздействия. В данном исследовании в качестве методологического подхода используется экотонная концепция В.С. Залетаева (1997), позволяющая оценить влияние водоема на прилегающую сушу путем выделение зон его прямого и косвенного воздействия через затопление, подтопление и др. [2]. Исследования выполнялись согласно созданной и опробированной ранее нами методике комплексного изучения искусственных водоемов и экотонных зон «вода-суша» для аридных территорий. Данная методика сочетает наземные исследования с геоинформационными технологиями. ГИС-системы в настоящее время стали важным инструментом для хранения, обработки и использования разнообразной и сложной накапливаемой информации, в нашем случае, они включали функцию содержания экологического паспорта водного объекта.

Наземные исследования включали мониторинг поверхностных вод водоемов и изучение прилегающих к ним территорий, находящихся в зоне воздействия водохранилищ, называемых экотонными зонами «вода-суша». Полевые исследования проводились во время вегетационного периода с апреля по октябрь. На побережьях водохранилищ прокладывали топоэкологические профили перпендикулярно урезу воды, от водоема вглубь побережья до зональной растительности. Топоэкологическое инструментальное профилирование побережий включало заложение пробных площадок с подробным изучением почв, растительности, грунтовых вод и определением высотных отметок рельефа на профиле с помощью нивелира. На протяжении топоэкологического профиля закладывались скважины до уровня почвенно-грунтовых вод. Количество скважин регламентировалось рельефом и растительностью. При вскрытии почвенно-грунтовых вод отмечалась глубина, замерялась скорость подъема воды, фиксировался установившийся уровень. Дополнительно отбирались образцы вскрытых почвенногрунтовых вод в емкость объемом 1,5 литра. Характеристика почв дана на основе морфологического описания почвенного профиля по результатам бурения. В лабораторных условиях определяли степень минерализации по сухому остатку и химический состав солей. Все описания сопровождалась отбором проб для изучения:

-ікош. каким «Л

а. Цомоко

Красинское

Щп.ттт>м4\

минерализации воды в водоемах и грунтовых вод; морфологической структуры и солевого состава почв; видового состава и биологической продуктивности растительных сообществ [4].

В период предыдущих исследований (2002-2011 г.г.) нами были исследованы следующие водные объекты: вдхр. Цаган-Нур, вдхр. Деед-Хулсун, вдхр. Чограйское, вдхр. Аршань-Зельмень, оз. Маныч-Гудило (восточный отсек Пролетарского водохранилища), Состинские водоемы [4,5]. По результатам проведенных исследований по трем водоемам нами созданы экологические паспорта: Чограйского водохранилища, водоема Маныч-Гудило (восточного отсека Пролетарского водохранилища); Состинских водоемов, которые были переданы в отдел животного мира и водных объектов УПРООС МПР по РК [3].

Структура созданных экологических паспортов искусственных водных объектов состоит из трех подразделов:

• экологический кадастр, включающий в себя информацию о современных гидрологических и гидрохимических параметрах водного объекта и их динамике; информацию об окружающих водоем ландшафтах; почвах и растительности прилегающих к водоему территорий. Особое внимание уделено флористическому богатству и фитоценотическому разнообразию растительности, кормовым растениям экотонных и водораздельных территорий, редким и исчезающим растениям; также содержится информация по лимнофильной орнитофауне, редким и краснокнижным видам птиц, гнездящихся или находящихся на пролете на данном водоеме; информация по ихтиофауне водоема и основным промысловым видам рыб.

• инфраструктура водоемов, включающая карто-схемы водного объекта на основе информации, снятой с топографических карт и на основе космических снимков высокого разрешения (ИСЗ «Landsat-7»), с результатами полевого дешифрирования и с указанием мест отбора проб.

• сведения о разрешениях (лицензиях) на природопользование и природоохранную деятельность, приведена информация об использовании водного объекта и существующих лицензиях на водопользование (при наличии).

В данной статье представлены результаты экспедиционных исследований 2012 года по Красинскому водохранилищу, расположенному в юго-восточной части Калмыкии, в Приморском ландшафтном районе Приморско-Приволжской подобласти Прикаспийской низменности. Анализ космоизображения, полученного с ИСЗ «Landsat-7» камерой ETM+ 03.05.2012 г., позволил определить площадь водного объекта - 2,04 кв.км. Питание водоема осуществляется за счет волжской воды по Оленичевскому и Каспийскому каналам, а также за счет нагонных вод. Сброс воды осуществляется в канал Лаганский банк, водами которого питается город Лагань.

Для проведения долговременного гидрологического мониторинга на побережье водоема Красинского были заложены три ключевых участка стационарного наблюдения (рис. 1).

ЩЩ

Рис. 1. Расположение ключевых участков на Красинском водохранилище.

Рис. 2. Топо-экологический профиль экотонной системы «вода-суша» на побережье Красинского водохранилища (профиль Красинское -1), 24.05.2012.

Профиль, № точки Вода водоема т.1/5 т.2/5 т. 3/5 т. 4/5 т. 5/5

№ разреза 0 1 2 3 4

Расстояние от уреза воды, м 0 14 58 146 235 300

Превышение над урезом воды, м 0 0 0,06 0,14 0,66 0,98

УГВ, м 0 0.3 1.3 1.8 2.3 >3

Блок экотона А Ф Дин Дин Дист М

Минерализация ПВ/ГВ, г/л 0,37 1,73 4,84 13,76 21,37

Химизм, ГВ, г/л HCO3- SO42 2+ - Ca HCO3- SO42- 2+ - Ca SO42- - Ca2+ - hco3- SO42^Mg2+ Cl a- - so42 - Na+

Почва (название) Болотные иловатые Влажные луговые среднезасолен ные высокосолонч аковатые Луговые среднезасоленн ые высокосолончак оватые Луговые сильнозасоле нные солончаковат ые Лугово- каштановые

max солей, % 2.56 4.64 0.98

Г лубина его залегания, см 0-5 0-4 26-60

Средневзвешенный сухой остаток, % 0.62 0.63 0.83

Тип засоления почвы SO42- - Na+ -Cl- SO42- - Cl- -Na+ 0 -fc. ^ 1

Укос, воздушно-сухой вес, г/м2 134 24 152 54 20

Количество видов растений 7 8 8 5 6

Сообщество Elaeagnus angustifolia -Phragmites australis-Alopecurus pratensis Elaeagnus angustifolia- Elytrigia repens- Mixteherbosa Limonium latifolium- Petrosimonia brachiata Tamarix ramosissima- Limonium latifolium Tamarix ramosissima- Artemisia santonica

Ключевой участок Красинское-1 расположен в центральной части южного побережья изучаемого водохранилища. Поверхностные воды напротив заложенного вкрест береговой линии топоэкологического профиля имели минерализацию 0,37 г/л и оказались гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевыми по качественному составу.

Флуктуационный блок занимал территорию до 36 м от уреза воды. Грунтовые воды залегали на глубине 0,3 м. Минерализация их составила 1,73 г/л. Тип засоления - карбонатно-сульфатно-кальциевый. Почвы -болотные иловатые. Растительность флуктуационного блока была представлена лисохвостово-тростниково-лоховыми сообществами (Elaeagnus angustifolia -Phragmites australis-Alopecurus pratensis). Количество видов в сообществах - 7. Общее проективное покрытие сообщества составило - 80%. Аспект - зеленый однородный. Высота основной массы травостоя - 0,7-0,8 м. Биологическая продуктивность сообщества составила - 134 г/м2 .

Динамический блок представлен двумя полосами растительности: первый пояс, шириной 79 м, с относительными отметками высот от 0 до 0,06 м, образуют разнотравно-пырейно-лоховые сообщества (Elaeagnus angustifolia-Elytrigia repens-Mixteherbosa). Грунтовые воды залегают в данном поясе на глубине 1,34 м. Минерализация составила 4,84 г/л. Тип засоления - сульфатно-кальциево-гидрокарбонатный. Почвы - влажно-луговые среднезасоленные высокосолончаковатые. Средневзвешенный сухой остаток почв составил 0,62 %. Максимальный сухой остаток почв - 2,56%, глубина его залегания - 0-6 см. Биологическая продуктивность сообществ - 24 г/м2 (без учета деревьев лоха узколистного). Второй пояс, шириной 59 м, относительные отметки высот увеличиваются до 0,28 м. Грунтовые воды залегают на глубине 1,8 м. Минерализация ГВ 13,6 г/л. Тип засоления - сульфатно-магниево-хлоридный. Почвы - луговые среднезасоленные высокосолончаковатые. Средневзвешенный сухой остаток - 0,63%. Максимальный сухой остаток - 4,64%, глубина его залегания - 0-4 см. Тип засоления почв - натриево-хлоридно-сульфатный. В данном поясе произрастают солянково-кермековые сообщества (Limonium latifolium-Petrosimonia brachiata). Урожайность сообществ составила - 152 г/м2 .

Дистантный блок начинается в 174 м от уреза воды, шириной до 86 м. Относительные отметки высот изменяются в пределах блока от 0,29 м до 0,66 м. Грунтовые воды залегали на глубине 2,3 м. Минерализация составила 21,37 г/л. Тип засоления - натриево-хлоридно-сульфатный. Почвы - луговые сильнозасоленные солончаковатые Средневзвешенный сухой остаток - 0,83%. Максимальный сухой остаток - 0,98%, глубина его залегания - 26-60 см. Тип засоления почв - натриево-сульфатно-хлоридный. В данном поясе произрастают кермеково-тамариксовые сообщества (Tamarix ramosissima-Limonium latifolium). Количество видов - 5. Урожайность сообществ составила - 54 г/м2 .

Маргинальный блок начинается в 260 м от уреза воды. Превышение отметок высот изменяется от 0,66 до 0,98 м. Грунтовые воды на глубине более 3 м. Почвы - лугово-каштановые. Произрастают полыннотамариксовые сообщества (Tamarix ramosissima- Artemisia santonica). ОПП сообществ - 10%. Количество видов - 6. Аспект - серо-сизый. Продуктивность - 20 г/м2 .

Рис. 3. Сезонное изменение минерализации поверхностных и грунтовых вод на профиле Красинское-1

Минерализация поверхностных вод к осени уменьшилась на 0,09 г/л. Тип засоления - гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевый. Грунтовые воды по мере удаления от уреза воды увеличиваются в 12 раз (с 1,73 г/л до 21,34 г/л) (Рис. 3). Тип засоления изменяется с гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридного на сульфатно-хлоридно-натриевый.

Ключевой участок «Красинское-2» расположен в зоне выклинивания подпора на южном побережье Красинского водохранилища. Топо-экологический профиль был заложен весной 2012 года (рис. 4).

Рис. 4. Топо-экологический профиль экотонной системы «вода-суша» на побережье Красинского водохранилища (Красинское-2). 24.05.2012 г.

Профиль, № точки Вода водоема т.1/4 т.2/4 т.3/4 т. 4/4

№ разреза 0 1 2 3 4

Расстояние от уреза воды, м 0 14 64 131 303.4

Превышение над урезом воды, м 0 0.30 0.41 0.84 4.21

УГВ, м 0 1.5 2 3.5 >5

Блок экотона А Ф Дин Дист М

Минерализация ПВ/ГВ, г/л 0,64 11,34 Нет данных Нет данных Нет данных

Химизм, ГВ, г/л НСОэ- - SO42- - Cl- GO 0 V 1 2 са + 1 О - - -

Почва (название) Влажные луговые среднезасоленны е Луговые среднезасоленны е солончаковатые Лугово- каштановые сильно- засоленные Светлокаштановые в комплексе с солонцами

Тип засоления почвы SO42- - Мg 2+ - Cl- Na+ - SO42- - Cl- SO42- - Cl - - Na+ Cl - - Na+ -SO42-

Укос, воздушносухой вес, г/м2 24 30 102 24

Количество видов растений 5 6 12 8

Сообщество Phragmites australis Elaeagnus angustifolia-Juncus tenius-Chenopodium rubrum Artemisia lerchiana- Limonium latifolium Tamarix ramosissima- Artemisia lerchiana Salsola mutica - Artemisia lerchiana

Флуктуационный блок экотонной системы занимал полосу шириной 40 м от уреза воды, относительные отметки высот варьировали от 0 до 0,59 м. Грунтовые воды залегали на глубине 1,5 м. Тип засоления грунтовых вод - сульфатно-натриево-хлоридный. Степень минерализации составила 11,34 г/л. Почвы -влажно-луговые (УГВ 1,5 м) среднезасоленные (средневзвешенный сухой остаток 0,66%) высокосолончаковатые (максимум солей в горизонте 0-6 см). Тип засоления почв - магниево-хлоридно-сульфатный. В данных эдафических условиях произрастали растительные сообщества пырейно-ситниково-лоховая (Elaeagnus angustifolia-Juncus tenius-Elytrigia repens). Структура сообщества трехъярусная: первый ярус, высотой 3,5-4 м, составляют лоховые заросли, которые образуют практически сплошной пояс вокруг водоема. Во втором ярусе высотой 0,70 м произрастает ситник тонкий (Juncus tenius), с ПП 35% и обилием по шкале Друде sp2-cop1. В нижнем ярусе высотой 0,22-0,30 м отмечены пырей ползучий (Elytrigia repens), марь красная (Chenopodium rubrum), кермек широколиственный (Limonium latifolium). Общее проективное покрытие сообщества составило 65%. Количество видов, встреченных весной - 6. Аспект сообщества - неоднородно зеленый. Характер задернения -рыхлокустовой. Общая биологическая продуктивность сообщества составила 24 г/м2.

Динамический блок экотонной системы занимал территорию шириной 62 м. На протяжении этой полосы относительные отметки высот мезорельефа местности изменялись от 0,30 м до 0,74 м. Грунтовые воды залегали на глубине 2 м. Почвы - собственно луговые среднезасоленные солончаковатые. Средневзвешенное содержание солей - 0,60%. Максимум залегания солей располагается в слое 54-75 см. Тип засоления почв - натриево-хлоридно-сульфатный. В данных эдафических условиях произрастали кермеково-белополынные сообщества (Artemisia lerchiana-Limonium latifolium) с низким проективным покрытием - 10%. Более 80% - голая земля и 5% - ветошь. Аспект сообщества - серо-бурый. Характер задернения - рыхлокустовой. Сообщество очень сильно стравлено (IV). Структура сообщества -одноярусная. Высота основной массы травостоя - 0,16 м. Биологическая продуктивность воздушносухой массы растений - 30 г/м2.

Дистантный блок занимал территорию шириной 148 метров. Относительные отметки высот изменялись в данном поясе от 0,84 м до 2,76 м. Грунтовые воды залегали на глубине до 3,5 м. Почвы -лугово-каштановые сильнозасоленные солончаковатые. Средневзвешенный сухой остаток составил 0,79%. Максимальный сухой остаток почв составил 1,44%, глубина его залегания 30-42 см. Здесь произрастали белополынно-тамариксовые сообщества (Tamarix ramosissima-Artemisia lerchiana), с ОПП 45%. Количество видов - 12. Аспект сообщества - серо-сизый. Высота основной массы травостоя -0,18 м. Сообщество двухъярусное: первый ярус высотой 0,80 м составляют кустарники тамарикса многоветвистого (Tamarix ramosissima), второй ярус высотой 0,05-0,23 составляют злаки (Poa bulbosa, Eremopyrum orientale, Eremopyrum triticeum), полыни (Artemisia lerchiana), разнотравье (Limonium latifolium, Petrosimonia brachiata и др.) Биологическая продуктивность сообщества составила 102 г/м2.

Маргинальный блок начинался с 300 м от уреза воды. Почвы блока - светло-каштановые солончаковатые сильнозасоленные в комплексе с солонцами. Средневзвешенный сухой остаток составил 0,64 %. Максимальный сухой остаток составил 1,35, глубина его залегания 60-75 см. Тип засоления почв - натриево-сульфатно-хлоридный. Здесь произрастали белополынно-солянковые сообщества (Salsola mutica - Artemisia lerchiana), с ОПП 25%. Аспект сообщества - серо-зеленый. Количество видов - 8. Биологическая продуктивность - 54 г/м2.

Минерализация поверхностных вод к осени уменьшилась с 0,64 г/л (апрель) до 0,37 г/л (сентябрь) (рис. 5). Тип минерализации весной и осенью постоянен - гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный.

Грунтовые воды к осени заглубились на 1 м, минерализация грунтовых вод увеличилась на 1 г/л (с 11,34 г/л до 12,36 г/л). (рис. 6). Тип засоления грунтовых вод постоянен весной и осенью - сульфатно-натриево-хлоридный. Анализ поверхностных вод по профилям в течение вегетационного сезона показал, что минерализация к осени незначительно (на 0,06-0,27 г/л) уменьшилась.

Таким образом, мониторинг поверхностных вод Красинского водохранилища показал, что наименьшая минерализация водоема - в его центральной части (0,37 г/л) и наибольшая - в хвостовой (0,64 г/л). Минерализация поверхностных вод во всех частях водоема к осени незначительно уменьшилась на 0,07-0,27 г/л. Химический состав поверхностных вод преимущественно гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный. Анализ грунтовых вод показал, что по мере удаления от уреза воды, их минерализация во всех профилях водохранилища увеличивается с 1,73 г/л до 21,37 г/л. Тип засоления ГВ - гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный.

Рис.5. Сезонное изменение минерализации поверхностных и грунтовых вод

на профиле Красинское-2

к

а

а

«

s

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

красинское -1 красинское -2 красинское-3

0,64 0,49 0,43 —

— 0,37- 0,37 —

0,28 — -

—

ключевые участки

май 0 сентябрь

Рис. 6. Сравнение минерализации по ключевым участкам Красинского водохранилища

в течение вегетационного сезона.

Выводы:

1) Анализ поверхностных вод показал, что по степени засоления Красинское водохранилище относится к пресноводным водоемам (0,3-0,6 г/л). Степень минерализации во всех частях водоема к осени незначительно уменьшилась на 0,07-0,27 г/л. Тип засоления поверхностных вод Красинского водохранилища - преимущественно гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный.

2) Грунтовые воды по мере удаления от уреза воды, их минерализация во всех профилях водохранилища увеличивается с 1,73 г/л до 21,37 г/л. Тип засоления ГВ - гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный.

3) В результате изучения прилегающих территорий определен состав, структура и функциональная организация почвенного и растительного покрова экотонных зон, что является необходимым условием для рационального использования изучаемых объектов. Изучение экотонной зоны побережий водоемов позволило оценить богатство и разнообразие их биоты. Предварительный флористический состав видов растений включает 114 видов. 1 2 3 4 5

1. Вишняков А.П., Франк-Каменецкий Д.А. Информационно-аналитический комплекс «Экологический паспорт территории Санкт-Петербурга» // ArcReview № 1 (44). 2008. // http://www.dataplus.ru/Arcrev/ Number_44/2_EcoPass.html.

2. Залетаев В.С. Структурная организация экотонов в контексте управления / Экотоны в биосфере./ Под ред. д. г. н. , проф. В.С. Залетаева. М. РАСХН. 1997. С. 11-30.

3. Уланова С.С. «Создание электронных экологических паспортов искусственных водоемов Кумо-Манычской впадины с использованием методов экотонной концепции» // Вестник Института комплексных исследований аридных территорий. 2012. №1. ISSN 1993-3916. С. 32-38.

4. Уланова С.С. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях / Отв. ред. д.г.н., проф. Н.М.Новикова. М. РАСХН. 2010. 263 с.

5. Уланова С.С. Применение экотонной концепции для оценки биоразнообразия, формирующегося в зоне воздействия искусственных водоемов Калмыкии. // Аридные экосистемы. 2006. Том 12. № 30-31. С. 97-107.

БОГУН С.А.

ОХРАНА ОБЪЕКТОВ ЖИВОТНОГО МИРА КАК НЕОБХОДИМОГО КОМПОНЕНТА

СТЕПНЫХ ЭКОСИСТЕМ

В современных социально-экономических условиях вопросы охраны и устойчивого использования природных ресурсов и в особенности объектов животного мира и среды их обитания приобретают первостепенное значение.

Территория республики располагается в 4-х природных зонах: степная, сухостепная, полупустынная и пустынная. Резкоконтинентальный климат, почти равнинный рельеф определили своеобразие и состав фауны республики.

На территории республики постоянно обитает около 150 видов птиц и более 50 видов встречаются во время сезонных миграций, отмечено 23 вида птиц, занесенных в Красную книгу Российской Федерации. Большим числом видов представлен комплекс водных и околоводных птиц, населяющих побережья и острова внутренних водоемов и северо-западного Каспия.

Запасы пушных зверей в республике стабильны и не подвержены сильным колебаниям. Исключение составляет заяц-русак, численность которого немного снизилась за последние годы. Кроме того вызывает беспокойство снижение численности хоря степного.

Также в настоящее время заметно повышение численности волка, особенно в восточных районах, где природные условия и наличие сайгака способствуют его размножению. Высокая численность волка в охотничьих угодьях наносит вред не только сельскохозяйственным, но и диким копытным животным, особенно популяции сайгака.

Однако данная проблема характерна не только для Республики Калмыкия, но и для Российской Федерации в целом. Как отмечается в Государственном докладе Минприроды России “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации», полноценный мониторинг в большинстве субъектов Российской Федерации в последние годы практически не ведется. Также в данном документе отмечается, что увеличение численности волка связано с отсутствием единой системы мер по снижению численности хищника, ее целевого финансирования и, как следствие, заинтересованности у охотников к добыванию волка.