Геоэкологическое состояние ландшафтов степной зоны Заволжья и Урала

Таким образом, в пойме реки Урал отмечено свыше 20 типов леса, которые представлены белотополевниками (Populus alba), осокорниками (Populus nigra), вязовниками (Ulmus laevis Pall.) и дубняками (Quercus robur). За последние 8 лет из-за падения уровня грунтовых вод, сухости климата, пожаров, антропогенного и техногенного воздействия площадь лесных экосистем сокращается и обедняется в отношении видового состава. Местами погибает до 50-70% и даже 100% лесных фитоценозов. Кустарниковый и травяной ярусы левобережья резко обеднели в видовом отношении. Здесь же нет поросли дуба, вяза, осокоря. Значительные изменения претерпели дубравы левобережья около с. Утвинка, погибшие на 70-80%. Три года у дуба не формировалась листва, отсутствовало плодоношение, отсутствовала молодая поросль. Листовые пластинки асимметричны, поражены непарным шелкопрядом и листоверткой, а также пяденицей. На протяжении 100 км по пойме р. Урал кленовые (Acer negundo) и ясеневые (Fraxinus americana) сообщества занимают все ниши пойменного леса. Это антропогенные, новые, вторичные сообщества (американские виды). До конца 80-ых годов прошлого века в пойме данные виды отсутствовали. В настоящее время места вырубок тополя сразу же занимает их поросль со 100%-ным покрытием.

На экологическое состояние древесной растительности повлиял тот факт, что частично территория охраняется, а частично используется в хозяйственной деятельности, проводится бессистемная вырубка и не ведутся санитарные рубки.

Список литературы

1. Петренко А.З. Белотополевники долины Урала. Ботаническая география Северного При-каспия. - Л., 1974. - С. 269-306.

2. Петренко А.З. Природно-ресурсный потенциал и проектируемые объекты заповедного фонда Западно-Казахстанской области. - Уральск, 1998. - 174 с.

3. Пугачев П.Г. Вязовник ландышевый в пойме р. Урал. Материалы по флоре и растительности Северного Прикаспия. - Л., 1966. - Вып. 2, ч. 2. - С. 44-52.

4. Иванов В.В. Физико-географический очерк Западного Казахстана // Географический сборник. - М.-Л., 1953. - Вып. 2. - С. 5-51.

5. Петренко А.З., Фартушина М.М. Зеленая книга Западно-Казахстанской области. -Уральск, 2001. - 194 с.

6. Иванов В.В. Определители семейств Северного Прикаспия // Материалы по флоре и растительности Северного Прикаспия. - Л., 1964-1989.

7. Петренко А.З. Березово-осиновые колки Северного Прикаспия. - Л., 1971 - Вып. 5, ч. 1. -С. 125-142.

8. Флора Казахстана. Т. 1-9. - Алма-Ата, 1956-1966.

9. Флора СССР. Т. 1-30. - М.; Л., 1934-1960.

10.Черепанов С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). - СПб., 1995. - 991 с.

УДК 577.4:502.55:502.57

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛАНДШАФТОВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЗАВОЛЖЬЯ И УРАЛА

К.В. Мячина

Институт степи УрО РАН Россия, г. Оренбург, orensteppe@mail.ru

Анализируется геоэкологическое состояние российских ландшафтов степной зоны Урало-Заволжья. Предложен ряд критериев для оценки потенциальной экологической устойчивости степных ландшафтов к внешнему воздействию, проведен комплексный анализ и выполнено районирование территории по степени устойчивости. С учетом результатов районирования и имеющихся данных по техногенной нагрузке в степной зоне выделены геоэкологические районы, дифференцируемые по показателям геоэкологической напряженности.

The geoecological condition of the Russian landscapes of a steppe zone of Uralo-Zavolzhja is analyzed. A number of criteria for an estimation of potential ecological stability of steppe landscapes to external influence is offered, the complex analysis is carried out and territory division into districts on stability degree is executed. With the account of results of division into districts and the available data on technogenic loading in a steppe zone the geoecological areas differentiated on indicators of geoecological intensity are allocated.

Решение проблемы сбалансированного природопользования и устойчивого развития регионов предполагает, в первую очередь, тщательный анализ основных звеньев функционирующей природно-антропогенной системы. Такими звеньями могут являться природная среда и антропогенная сфера, уровень их взаимодействия обусловливает современное геоэкологическое состояние ландшафтов. Первоначальным, базовым звеном в этом ряду является природная среда, ее состояние служит исходным условием, предпосылкой для развития антропогенной деятельности. Потенциальная природная устойчивость ландшафтов к внешним воздействиям, емкость, способность к восстановлению изначально зависят только от естественных причин. Поэтому определение допустимых видов и путей развития хозяйственной и социальной сфер, а также возможной степени антропогенных преобразований должно базироваться на тщательном анализе свойств природных экосистем, и, в первую очередь, на анализе их стабильности и устойчивости к внешним воздействиям. Необходимо учитывать возможные риски нарушения природной среды, имеющие как естественное, так и антропогенное происхождение. Первым шагом для сведения к минимуму предпосылок активизации экологических рисков в системе и поддержания стратегии устойчивого развития является определение устойчивости ландшафтов к антропогенным воздействиям. Этот показатель является основным для дальнейшего определения геоэкологического состояния природных комплексов.

Проблема оптимизации природопользования является особенно актуальной для наиболее уязвимых и изначально малоустойчивых природных комплексов, к которым относят и степные экосистемы [1]. На сегодняшний день степи Украины, Казахстана и России характеризуются наивысшей степенью антропогенной деградации природных ландшафтов. Антропогенные (преимущественно полевые) ландшафты занимают 57% территории всей степной зоны региона, а доля сельхозугодий составляет 80-96%. В степях происходит катастрофическое обеднение ландшафтного и биологического разнообразия [2]. На этом фоне определение потенциальной устойчивости степных ландшафтов к антропогенному воздействию является одним из необходимых условий оптимизации структуры природопользования, направленной на предотвращение процессов опустынивания и деградации природных комплексов.

Объектом нашего исследования являются российские ландшафты степной зоны Заволжья и Урала. В административном отношении зона включает северо-восточную часть Волгоградской области, восточную часть Саратовской области, южную часть Самарской области, всю Оренбургскую область, южную часть Республики Башкортостан и юго-восточную часть Челябинской области (рис. 1).

Примем, что устойчивость - это способность экосистем к саморегуляции и самовосстановлению после оказанного воздействия, а также возможность сопротивления этим воздействиям. Устойчивость экосистем является интегральной величиной, включает в себя геохимическую, биологическую и механическую устойчивость компонентов ландшафта. Та или иная совокупность особенностей природных компонентов предполагает их возможную ответную реакцию на различные виды воздействия, и, соответственно, степень потенциальной природной (экологической) устойчивости. Учет одного или двух показателей может привести к неправильным результатам, поэтому методологической основой для определения устойчивости является комплексный анализ свойств ландшафта, важных для определения его устойчивости к внешним антропогенным воздействиям. Результатом должен стать некоторый интегральный показатель. Однако для оценки устойчивости ландшафтов разных природных зон, различных типов и морфологической структуры не

должны использоваться одинаковые критерии. Связано это с тем, что одно и то же воздействие, оказанное на ландшафты в разных условиях, может привести к несопоставимым последствиям. Так, например, даже самая глубокая колея, оставшаяся где-нибудь на равнинном месте в средней полосе, за один-два сезона зарастает травой, кустарником, а потом и вовсе перестает быть заметной на общем зеленом фоне местности. На горных склонах такая колея может послужить очагом активной водной эрозии и превратиться в овраг или глубокую промоину, а на юге, в степных и полупустынных районах, дать начало выдуванию из почвы мелкозема, постепенному разрушению почвы, вплоть до образования подвижных песков - барханов [3]. Кроме того, устойчивость природных систем зависит как от динамичных свойств самих систем (общего функционирования их компонентов, направленности геохимических и геофизических процессов), так и от особенностей воздействия внешних факторов. Поэтому при разработке комплекса оцениваемых параметров устойчивости необходимо учитывать существующие или планируемые факторы, нарушающие равновесное состояние природных и природно-технических систем.

Рисунок 1. Устойчивость ландшафтов степной зоны Урало-Заволжья (в границах России).

С учетом вышесказанного, проанализировав особенности климата, гидрографии, геологических и тектонических особенностей территории, мы выделили свойства и характеристики ландшафта, отражающие степень устойчивости и ее дифференциацию в степной зоне Урало-Заволжья.

Индекс биологической эффективности климата (ТК). Климатические условия, такие, как суммы биологически активных температур, количество осадков, степень увлажненности территории, скорости и направления ветров определяют условия рассеивания и нейтрализации загрязняющих веществ в почвах, водных объектах и зоне аэрации. От соотношения тепла и увлажнения зависит интенсивность других физико-географических процессов и их зональная дифференциация. Учет всех климатических факторов для определения устойчивости ландшафтного комплекса сложен и физически, и методически. Интегральным количественным показателем эколого-климатического фона территории может служить индекс биологической эффективности климата, предложенный в 1959 г. Н.Н. Ивановым. ТК представляет собой произведение суммы активных температур в сотнях градусов на коэффициент увлажнения. ТК - безразмерная величина, изменяется от 0 в приполярных широтах до 100 в приэкваториальных и синтезирует важнейшие климатические параметры (теплообеспеченность, осадки, испаряемость). В настоящее время выявлена хорошая корреляционная связь многих экологических характеристик (в том числе геохимических показателей, биологической продуктивности) с этим показателем.

Геохимическое положение ландшафта - фактор, определяющий характер и интенсивность миграционных потоков в ландшафте. Основываясь на классификации М.А. Гла-зовской [4], выделяют три основных положения ландшафта и два переходных. Элювиальные (водораздельные) ландшафты - наиболее высоко расположенные, геохимически автономные, в них поток вещества поступает лишь из атмосферы. Транзитные ландшафты, занимающие более низкие ступени каскада, представляют геохимически подчиненные элементарные ландшафты; наряду с поступающими из атмосферы, они получают часть веществ, сбрасываемых с поверхностными и грунтовыми водами из более высоко расположенных звеньев каскада. Поэтому геохимически автономные ландшафты более устойчивы, чем геохимически подчиненные (транзитные). И наименее устойчивые - аккумулятивные ландшафты, расположенные в зонах - накопителях всех поступающих веществ.

Буферность почв против подкисления и подщелачивания. Почва - важнейшее звено в механизме устойчивости ландшафта, от способности почвы к самоочищению в наибольшей степени зависит геохимическая устойчивость ландшафта. Способность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора, его щелочно-кислотного и окислительно-восстановительного состояний называют буферностью почвы. Буферность проявляется либо против подкисления, либо против подщелачивания и определяется наличием в почвенных растворах буферных систем, состоящих из слабых кислот и их солей с основаниями. На величину буферности оказывают влияние минералогический и гранулометрический составы почвы, содержание гумуса, емкость поглощения, состав обменных катионов. Таким образом, буферность является комплексным показателем, учитывающим многочисленные почвенные параметры, которые часто при определении устойчивости рассматриваются как ряд отдельных факторов.

Число дней с активными температурами (Т>100С). Устойчивость ландшафтов к техногенным воздействиям во многом зависит от продуктивности растительных ассоциаций и характера растительности. Наиболее важное значение для формирования показателя устойчивости имеет способность почвенно-растительного покрова предотвращать развитие эрозионных процессов и нейтрализовать вредные химически активные вещества. Соответственно, чем больше в регионе число дней с активными температурами, тем дольше растительный покров сохраняет свои регуляционные свойства.

Слой стока. Показатель величины слоя стока неодназначен для определения устойчивости ландшафтов. Поверхностный и грунтовый сток способствует выносу поллютан-тов за пределы ландшафтной зоны и их рассеиванию. Однако общая интенсивность развития эрозионных процессов в рельефе находится в прямой зависимости от величины поверхностного стока. Высокая величина слоя стока является одним из решающих показателей при определении эрозионной устойчивости территории. Также на эрозионные процессы большое влияние оказывают степень неравномерности осадков и стока, средний уклон

территории, почвенно-растительный покров, геологическое строение местности. Исходя из природно-климатических и рельефообразующих факторов изучаемой территории, в нашем случае примем увеличение показателя слоя стока за положительный фактор.

Ранжирование выделенных показателей по степени их выраженности (интенсивности) позволило создать шкалу балльной оценки показателей (табл. 1).

Таблица 1

Шкала балльной оценки устойчивости основных ландшафтных показателей

Показатели устойчивости* 1 балл 2 балла 3 балла 4 балла 5 баллов

ИБЭК 8-12 - малоблагоприятные, со значительным недостатком влаги 12-16 - условно- благоприятные с недостатком влаги 16-18 - относительно благоприятные с заметным недостатком влаги 18-20 - относительно благоприятные с пониженным увлажнением

Геохимическое положение ландшафта Аккумулятивное Трансаккумулятивное Транзитное Трансэллюви-альное

Буферность почв к щелочам Солонцовые и пески - 1 Каштановые - 2 Черноземы и сероземы -2-3 Подзолы и красноземы - 10

Буферность почв к солям Подзолы и красноземы -1-2 Черноземы и сероземы -5-8 Каштановые -8-10 Солонцовые и пески - 10

Число дней с Т >100С 130-140 140-150 150-160 160-170 -

Слой стока, мм 10-50 50-100 100-200 - -

для количественного выявления показателей использована серия карт из «Экологического атласа России», разработанного географическим факультетом МГУ им. М.В. Ломоносова

С учетом дифференциации изучаемой территории по природно-климатическим, ре-льефообразующим, гидрографическим, биогеохимическим показателям в степной зоне Урало-Заволжья выделены 7 геоэкологических районов. Соответственно, для каждого района рассчитывался интегральный показатель устойчивости ландшафтов по формуле

[5]:

N = 100 х^ /0,

я=1

где С - устойчивость ландшафта (%), С g - балл по каждому показателю, Q - максимально возможная сумма баллов, g - порядковый номер показателя, п - количество показателей.

Максимально возможный балл, характеризующий наибольшую устойчивость, принимается за 100%, все остальные баллы выражаются в % через представленную формулу. Полученные результаты отражены на рисунке 1 и в таблице 2.

Таблица 2

Устойчивость ландшафтов степной зоны Урало-Заволжья

^"Показатель устойчивости. Геоэкологи- ^^^^ ческие районы ^^^ ИБЭК Геохимическое положение ландшафта Буфер- ность почв к щелочам Буфер-ность почв к солям Число дней с Т >100 С Слой стока, мм Устой- чи-вость (С), %

1. Заволжский южный 1 1 5 1 4 1 52

2. Заволжско-уральский центральный 2 4 3 3 3 2 68

3. Заволжский северный 3 4 2 4 3 2 72

4.Предуральский северный 4 2 2 4 2 3 68

5. Зауральский центральный 3 2 1 5 1 3 60

6. Зауральский восточный 2 4 3 3 2 1 60

7. Зауральский южный 1 3 2 4 2 1 52

Как видно из таблицы, абсолютно неустойчивых ландшафтов (С~0-10%) в степной зоне нет, как нет и абсолютно устойчивых, характеризующихся максимальной суммой баллов. По полученным показателям устойчивости все ландшафты исследуемой территории можно разделить на 4 класса (рис. 1):

I - С~52%

II - С~60%

III -С~68%

IV- С~72%.

Наиболее устойчивые ландшафты расположены на севере степной зоны, наименее устойчивые - в ее южных окраинах. В целом же, учитывая полную шкалу значений устойчивости, где С может принимать значения от 0 до 100%, все ландшафты изучаемой степной зоны можно условно разделить на 2 части: территория с относительно устойчивыми ландшафтами (центральная часть, включающая 2,3 и 4 геоэкологические районы) и территория с ландшафтами средней устойчивости (южная и северная окраины, включающая 1, 5, 6 и 7 геоэкологические районы).

Кроме того, при определении устойчивости большое значение имеет выбор элементарного изучаемого ландшафта. В нашем случае крупного ранжирования представленная схема устойчивости может корректироваться местными факторами ландшафтной дифференциации, например, экспозицией рельефа и микроклиматом.

Следующим показателем для определения геоэкологического состояния степной зоны служит уровень антропогенной нагрузки на ландшафты. Для характеристики этой величины использовалась карта «Антропогенные нагрузки на ландшафты» авт. А.Г. Исаченко1. По результатам анализа таких параметров, как урбанизированность территории, распаханность земельных угодий и общая плотность населения автор выделил несколько рангов техногенного загрязнения ландшафтов. С использованием районирования, проведенного А.Г. Исаченко, на изучаемой территории выделены районы с различной степенью техногенного загрязнения.

По результатам анализа сочетаний устойчивости ландшафтных комплексов и параметров техногенного загрязнения территории выделено несколько рангов геоэкологической напряженности, отражающей степень нарушенности средообразующих компонентов (табл. 3, рис. 2).

1 Карта входит в состав «Экологического Атласа России», разработанного географическим факультетом МГУ им. М.В.Ломоносова

Таблица 3

Формирование категорий геоэкологической напряженности ландшафтов степной зоны Урало-Заволжья

Техногенное

загрязнение Степень ^^ Практически отсутствует Умеренное Значительное Очень высокое

устойчивости

района Х-.

IV 0 0 1 2

III 0 1 2 3

II 0 2 3 4

I 0 3 4 5

Чем выше ранг напряженности, тем выше уровень деформации ландшафтной среды и тем труднее возможность ее самовосстановления. Можно считать, что величина геоэкологической напряженности обратно пропорциональна показателю способности ландшафта выполнять ресурсные и другие социально-экономические функции. Как видно, наиболее напряженная ситуация складывается в восточной части степной зоны, что связано с низкой устойчивостью ландшафтных комплексов и высоким уровнем техногенной нагрузки.

Предложенная концепция районирования может быть уточнена и детализирована в части выбора критериев оценки устойчивости и техногенного воздействия, а также изучения роли устойчивости ландшафтов в формировании уровня напряженности природных комплексов. Прикладные аспекты районирования лежат в области оптимизации природопользования и территориальной структуры хозяйства территории.

по рангам геоэкологической напряженности ландшафтов.

Работа выполнена в рамках проекта УрО РАН № 09-Т-5-1027.

Список литературы

1. Артюхов В.В., Виноградов В.Г., Мартынов А.С. Устойчивое развитие и приоритеты природоохранного инвестирования в регионах России. Экспертная система // На пути устойчивого развития. - 2000. - № 5 (16). - С. 16-17.

2. Чибилёв А.А. Введение в геоэкологию (эколого-географические аспекты природопользования). - Екатеринбург: УрО РАН, 1998. - 124 с.

3. Мазур И.И., Молдованов О.И. Курс инженерной экологии. - М.: Высшая школа, 1999. -

345 с.

4. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. - М.: Высшая школа, 1988. - 328 с.

5. Рянский Ф.Н. Эколого-экономическое районирование в регионе. - Владивосток: Даль-наука, 1993. - 154 с.