Ландшафтное картографирование в рамках проектных работ по оценке устойчивости природной среды (на примере северной лесостепи Зауралья

Вестник Челябинского государственного университета. 2011. № 5 (220). Экология. Природопользование. Вып. 5. С. 50-54.

Л. М. Маркова

ЛАНДШАФТНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ В РАМКАХ ПРОЕКТНЫХ РАБОТ ПО ОЦЕНКЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Отражены результаты дифференциации и картографирования ландшафтов по типу геохимического режима с применением методики, разработанной на кафедре природопользования ЧелГУ. Результаты исследований могут применяться в сфере экологического проектирования и экспертизы для оценки состояния и устойчивости природных ландшафтов.

Ключевые слова: ландшафтное картографирование, северная лесостепь Зауралья, устойчивость ландшафтов к химическому загрязнению.

Зона северной лесостепи Челябинской области является привлекательной для размещения промышленных объектов вследствие близости крупных территориальных образований (гг. Кыштым, Касли, Озерск). Проектирование нового объекта и обоснование инвестиций вызывают необходимость проведения комплексной геоэкологической оценки с позиции существующего антропогенного воздействия и устойчивости современных ландшафтов.

Проведенное в 2008 г. на факультете экологии ЧелГУ исследование степени изученности природной среды в зоне проектируемой АЭС показало, что детальное описание ландшафтов северной лесостепи, необходимое для оценки воздействия объекта на окружающую среду, отсутствует [8]. Мелкомасштабная карта-схема, представленная в монографии «Ландшафты Урала» [7], отражает широтно-зональную и высотнопоясную дифференциацию ландшафтов и применима только для выделения обобщенных контуров по биоклиматическому типу с последующим выходом на количественные характеристики фитоценозов (биомасса, продукция и т. д.).

В рамках работ по оценке состояния природной среды в зоне проектируемой АЭС была создана и апробирована методика классификации природных и природно-антропогенных ландшафтов [1]. Классификация осуществлялась на основе нормативной документации [5-6] по следующим признакам: степень континентально-сти климата, принадлежность к морфострукту-рам высшего порядка, особенности макрорельефа, расчлененность рельефа, биоклиматические различия и тип геохимического режима.

Недостаточная проработанность данной классификации на низшем таксономическом уровне (тип геохимического режима) связана с ограни-

ченностью времени и средств для полевых и камеральных работ [1]. Необходимость рассмотрения в более крупном масштабе определяется задачами инженерно-экологических изысканий. В сфере экологического проектирования и оценки влияния хозяйственной деятельности на окружающую среду (ОВОС) приняты масштабы 1:50 000 и крупнее.

Цель исследования — выделение базовых для северной лесостепи ландшафтных единиц с последующим средне- и крупномасштабным картографированием ландшафтов. Обязательным условием является соответствие нормативной документации в области экологии.

Объект и методика исследования. Объект ландшафтных исследований представлен территорией общей площадью 1926,6 км2, административно принадлежащей к Каслинскому и Кунашакскому районам Челябинской области. Исследуемая площадь является репрезентативной для зоны северной лесостепи Зауралья, поскольку включает основные элементы макрорельефа Зауральского пенеплена: предгорную часть, долинные комплексы рек и слабо дренируемое водораздельное пространство. Климатические условия благоприятны для формирования растительных сообществ со значительным запасом фитомассы. Количества осадков недостаточно для создания промывного режима, поэтому слабое оподзоливание присутствует только у почв, сформированных в пониженных частях рельефа, в условиях интенсивного поступления поверхностных вод (ложбины, западины). В пределах исследуемой территории наблюдается общее понижение рельефа в суб-широтном направлении с запада на восток, что неизбежно сказывается на растительном и почвенном покрове как увеличение гумусиро-

ванности почв и доли степных видов в сообществах. В целом характер рельефа не меняется: преобладают пологие возвышенности с относительными превышениями 15-20 м, с крутизной склонов менее 1°, что определяет, согласно М. А. Глазовской, простую схему строения местных ландшафтов [4].

Существенный вклад в ландшафтное разнообразие вносит геологический фундамент, представленный породами различного генезиса, прорванными гранитными интрузиями; в восточной части палеозойские породы частично перекрыты палеогеновыми морскими осадками. Среди покровных отложений доминируют четвертичные делювиальные суглинки и глинистые коры выветривания. В зоне северной лесостепи Зауральского пенеплена отсутствует четкая взаимосвязь лесных и травяных сообществ с формами рельефа; при снятии антропогенной нагрузки происходит восстановление лесной растительности практически повсеместно (за исключением переувлажненных участков).

Выделение ландшафтных единиц по типу геохимического режима осуществлялось в соответствии с разработанной на кафедре природопользования методикой с применением ГИС Мар1п6э 7.8. Сущность методики заключается в географической привязке и совмещении тематических, топографических карт и космоснимков с последующим пространственным анализом компонентов ландшафта [1].

В рамках данной работы ранее проведенные исследования были дополнены результатами ландшафтно-индикационного дешифрирования космоснимков с выделением контуров, соответствующих основным формам мезорельефа и почвообразующим породам. Полевое изучение ландшафтов осуществлялось по общепринятым методикам [2; 4] с применением профилирования и метода пробных площадей.

Результаты. Для территории Зауральского пенеплена наиболее приемлемым является выделение элювиальных ландшафтов в соответствии с различными типами остаточной коры выветривания. Картирование ландшафтов на основе генезиса почвообразующих пород проводилось на Южном Урале в конце 50-х — начале 60-х гг. XX в. [3]. При поиске вторичных ореолов рассеяния и гипергенных полезных ископаемых принцип историчности играет ключевую роль.

В области экологического проектирования и экспертизы нужно исходить из свойств почво-

образующих пород, являющихся субстратом для почв и во многом определяющих их характеристики, в том числе и устойчивость к загрязнению. Почвы орто- и параэлювиальных ландшафтов (см. таблицу, 1-111) характеризуются слабо развитым профилем, небольшой мощностью гумусового горизонта (12-14 см), облегченным механическим составом. Буферная емкость таких почв невелика, как и устойчивость противостояния, которая является, по Н. П. Солнцевой, способностью к нейтрализации и инактивации загрязняющих веществ [9]. Вышеперечисленные свойства определяют скорость самоочищения орто- и параэлювиальных ландшафтов от продуктов техногенеза, поэтому накопление загрязняющих веществ в подвижных формах будет успешно компенсироваться их интенсивным выносом.

Неоэлювиальные ландшафты сформированы на вершинах, верхних и средних частях склонов пологих возвышенностей. Субстратом для почв здесь служат более молодые отложения четвертичного возраста: делювиальные суглинки и аллювий первых озерных террас (см. таблицу, IV-VII). Мощность суглинистого покрова изменяется от 0,4 до 1,7 м (по данным карты четвертичных отложений); под ним залегают слабовыве-трелые палеозойские породы различного генезиса. Мощность озерно-аллювиальных отложений значительно выше (5-10 м), они характеризуются неоднородным гранулометрическим составом и наличием солей (карбонаты, гипс). Почвы нео-элювиальных ландшафтов обладают полноразвитым профилем (гумусовый горизонт достигает 27 см), средне- и тяжелосуглинистым механическим составом. Буферная способность почв увеличивается в субширотном направлении по мере понижения абсолютных отметок и закономерной смены растительных сообществ (см. рисунок).

Неоэлювиальные ландшафты нижних частей склонов отличаются благоприятным воздушным и водным режимом почв, что создает условия для развития лесных и травяных экосистем с высокими показателями продуктивности и интенсивным биологическим круговоротом (см. таблицу, VIII). Почвообразующими породами служат делювиальные суглинки североуральского горизонта, мощность которых составляет 0,63,0 м; подстилающими породами часто являются пестроцветные глины мезозойской коры выветривания, переотложенной в дочетвертичный

Фрагмент ландшафтной карты региона

период. Луговые и черноземно-луговые почвы данных ландшафтов имеют тяжело- и среднесуглинистый механический состав, карбонатный горизонт расположен на глубине 30-50 см, содержание гумуса достигает 6-8 %. Почвы обладают высокой способностью к инактивации загрязняющих веществ.

Супер-субаквальные (гидроморфные) ландшафты занимают значительную площадь в пределах исследуемой территории.

К ним относятся ландшафты древних речных пойм, формирующих естественный сток озер Зауральского пенеплена, с мелкогривистым, интенсивно расчлененным микрорельефом (см. таблицу, IX). Вершины грив заняты степнолуговыми сообществами, в межгривных понижениях господствуют влажнолуговые фитоценозы, березняки и осинники.

Рассматриваемая часть Зауральского пенеплена отличается слабой проработанностью логов и речных пойм, отсутствием неравновесных участков, что свидетельствует об относительной тектонической стабильности террито-

рии. В верхней части логов часто наблюдаются озеровидные расширения, свидетельствующие о недавнем спуске озера и сохранении реликтовых черт озерной котловины и террас. Луговые и болотно-луговые почвы логов и речных пойм (см. таблицу, X) характеризуются значительной мощностью гумусовых горизонтов (30-40 см), наличием оглеения и легкорастворимых солей в почвенном профиле; они способны к нейтрализации продуктов техногенеза, но быстрее достигают опасного уровня загрязнения.

Ландшафты озерных пойм (см. таблицу, XI) сформированы на песчаных озерных отложениях верхнего неоплейстоцена-голоцена. Почвы озерных пойм отличаются небольшой мощностью и низкой буферной способностью, что определяется в основном облегченным гранулометрическим составом. Загрязняющие вещества будут быстро мигрировать с током воды в нижележащие горизонты и грунтовые воды, не задерживаясь в почвенном профиле. Однако пойменные почвы подвержены вторичному загрязнению при повышении уровня озер.

Легенда к ландшафтной карте

Название Почвы: горизонты (мощность, см)* Почвообразующие породы

Орто- и параэлювиальные ландшафты

I. Березняки травяные и остепненные луга вершин и привершинных участков склонов возвышенностей с серыми неполноразвитыми почвами на щебнистом элювии коренных пород II. Березняки остепненные и луговые степи вершин и привершинных участков склонов возвышенностей с солодя-ми луговыми на глинисто-щебнистом элювии палеогеновых морских осадков III. Смешанные, мелколиственные леса и настоящие луга плоских, субмеридионально вытянутых возвышенно -стей с серыми неполноразвитыми почвами на глинистой коре выветривания палеозойских пород Серые неполноразвитые почвы: Ао(2)-А1(12)-АС (10) Осолоделые почвы с реликтовым солонцовым горизонтом: Ас(д)(6)-А1(12)-АВсол(8)-ВС(17) Серые неполноразвитые почвы: Ао(6)-А1(6)-АС(8) Щебнистый, глинисто-щебнистый элювий гранитов, вулканитов кислого состава, осадочных пород различного генезиса Щебнисто-глинистая кора выветривания палеогеновых пород: морских опок, песчаников, глауконит кварцевых и пр. Г линистая кора выветривания палеозойских пород

Неоэлювиальные ландшафты

IV. Березняки травяные и настоящие луга плоских междуречий, вершин и пологих склонов возвышенностей с серыми лесными почвами на маломощных элювиально-делювиальных отложениях V. Березняки травяные и остепненные луга плоских междуречий, вершин и пологих склонов возвышенностей с темно-серыми лесными почвами на элювиально-делювиальных отложениях VI. Луговые степи плоских междуречий с лугово-черноземными почвами на элювиально-делювиальных отложениях VII. Березняки травяные и остепненные луга первых надпойменных озерных террас с серыми лесными осолоделыми почвами на озерных песках и алевритах VIII. Настоящие луга и влажные леса нижних частей склонов с луговыми почвами на делювиальных отложениях Серые лесные почвы: Ао (3)-А1(8)-В(16) Темно-серые лесные почвы: Ао(д)(3)-А1(16)-А1В(18)-ВС(11) Лугово-черноземные почвы: Ад(2)-А1(25)-А1В(17)-В(24)-ВС (24) Серые лесные осолоделые почвы: Ас(д) (3)-А1(17)-А1В(18)- В (32) Луговые почвы: Ао(д) (3)- А1(34)-АВ (14)-Вс3(14)-ВС(41) Буровато -коричневые песчанистые глины (суглинки) с галькой и щебнем палеозойских пород Красновато-коричневые песчанистые глины (суглинки) с включением щебня палеозойских пород Буровато-коричневые суглинки с включением щебня коренных пород Озерный аллювий супесчаный, с линзами серых пластичных глин и карбонатными стяжениями Делювиальные буроватокоричневые карбонатные суглинки

Супер-субаквальные ландшафты

IX. Остепненные и влажные луга, ивняки и осинники с солодями луговыми на нижнеплейстоценовых речных и озерно-болотных отложениях, подстилаемых палеогеновыми морскими осадками X. Болотные леса, влажные луга и травяные болота слабо дренированных логов и речных пойм с болотно-луговыми почвами на пролювиально-аллювиальных и палюстринных отложениях XI. Влажные леса и луга озерных пойм с аллювиальными почвами на песчаных отложениях XII. Травяные низинные болота западин и озерных котловин с болотными почвами на озерных и палюстринных отложениях голоценового возраста Солоди луговые: Ад(3)-А1(15)-А2(15)- В (32) Болотно-луговые почвы: Ад(5)-А1(40)-В(35)-См(40) Аллювиальные песчаные почвы: Ао(2)-А1(13)-АВ(25)-В(40) Болотные почвы: Ад(10)-Ат(150) Аллювиальные глины, пески и галечники; озерно-палюстринные иловатые и торфянистые глины Аллювиальные и пролюви-альные глины и суглинки, палюстринные торфянистые глины Озерные голоценовые пески разнозернистые арко-зового состава Озерно-болотные голоценовые отложения

* Название и мощность генетических горизонтов почв приводятся по результатам почвенных исследований 2008, 2010 гг.

Травяные низинные болота распространены в границах водораздельного пространства и представляют собой стадию естественной эволюции озер. Озерно-болотные отложения (торфяные почвы) являются как мощными инактиваторами, так и аккумуляторами загрязняющих веществ.

Заключение. Таким образом, способность почв к нейтрализации загрязнителей и их выносу за пределы ландшафта напрямую зависит от свойств почвообразующих пород, в свою очередь закономерно распределяющихся по вертикальному профилю и в пространстве. Источником информации в данном случае могут служить материалы геологической съемки, в частности, карты покровных отложений, на которых указаны не только характеристики, но и мощности рыхлых пород. Эти сведения могут быть дополнены справочными данными, где приводятся значения показателей, непосредственное влияющих на скорость радиальных миграционных потоков (содержание физической глины, коэффициент фильтрации, плотность пород).

Совмещение и анализ с помощью ГИС-тех-нологий карты четвертичных отложений, почвенной и геологической карт позволяют выделить контуры элементарных ландшафтов исходя из их способности к нейтрализации и инактивации загрязняющих веществ с последующим определением устойчивости к химическому загрязнению. В этих условиях полевые исследования носят вспомогательный характер и проводятся для уточнения и детализации характеристик компонентов ландшафта, что значительно удешевляет работы по созданию карты.

Список литературы

1. Абдуллаев, С. М. Классификация и оценка состояния ландшафтов зоны влияния проектируемой Южно-Уральской АЭС / С. М. Абдуллаев, О. Ю. Ленская, И. В. Грачева // Вестн. Воронеж. гос. ун-та. 2010. Сер. География и геоэкология. Вып. 2.

2. Видина, А. А. Методические указания по полевым крупномасштабным ландшафтным исследованиям / А. А. Видина. М. : Изд-во МГУ, 1962. 132 с.

3. Геохимия ландшафтов и поиски полезных ископаемых на Южном Урале / М. А. Глазовская, А. А. Макунина, И. А. Павленко. М. : Изд-во МГУ, 1961. 182 с.

4. Глазовская, М. А. Методика ландшафтногеохимических исследований / М. А. Глазовская. М. : Наука, 1952. 325 с.

5. ГОСТ 17.8.1.01-86. Охрана природы. Ландшафты. Термины и определения. Введ. 01-07-1987.

6. ГОСТ 17.8.1.02-88. Охрана природы. Ландшафты. Классификация. Введ. 01-07-1989.

7. Макунина, А. А. Ландшафты Урала / А. А. Макунина. М. : Изд-во МГУ, 1974. 158 с.

8. Описание ландшафтов, почвенного покрова, растительности и животного мира на территории площадок предполагаемого размещения ЮжноУральской АЭС: отчет НИР по заказу ФГУП «РФЯЦ — ВНИИТФ им. акад. Е. И. Забабахина» № 06.690/17 от 6.08.2008 / науч. рук. С. М. Абдуллаев. Челябинск : ЧелГУ, 2008. Т. 1. 220 с. ; т. 2. 104 с. с прил.

9. Солнцева, Н. П. Геохимическая устойчивость природных систем к техногенезу. (Принципы и методы изучения. Критерии прогноза) / Н. П. Солнцева // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных экосистем. М. : Наука, 1982. С. 181-216.