Использование экотонной концепции организации прибрежных территорий для обоснования водоохранных зон

АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2006, том 12, № 30-31

ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ =

УДК 626.814

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКОТОННОЙ КОНЦЕПЦИИ ДЛЯ ОБОСНОВАНИЯ ВОДООХРАННЫХ ЗОН ПРИБРЕЖНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

© 2006 г. Ж.В.Кузьмина, Н.М.Новикова, С.А.Подольский

Институт водных проблем Российской академии наук 119991 Москва ГСП-1, ул. Губкина, 3

Под термином "экотон" понимают переходные, граничные пространства (территории) между различными природными системами (экосистемами, ландшафтами, зонами), между природными и антропогенными системами и между различными средами (вода-суша). В данном случае речь идет об экотонных системах "вода-суша", которые формируются на побережьях водных объектов - естественных и искусственных водоемов, каналов, рек.

Экотоны - рельно существующие системы, связанные прямыми и обратными связями с водным объектом и представление об их свойствах весьма перспективно для использования при обосновании выделения природных границ водоохранных зон. Их функции в биосфере связывают с ролью мембран, буфера, рефугиума и коридора для ряда организмов.

Экотонная концепция подразумевает рассмотрение взаимодействия водоемов (реки, озера, водохранилища) с прилегающими территориями на основе выделения специфических территориальных структур, на которых в наибольшей степени проявляются ведущие процессы этих взаимодействий. Экотонная концепция выделения водоохранных зон во-первых - учитывает динамические изменения в природных системах и во-вторых - отдает полный приоритет биологическим объектам.

Под биологическими объектами мы понимаем не только экосистемы со всем присущим им набором флоры и фауны, но так же и человека, как биологическое существо, который нуждается, в первую очередь, в качественной питьевой воде.

Под динамическими изменениями в природных системах мы понимаем климатические, гидрологические и ландшафтные изменений, происходящие, как в процессе антропогенной деятельности локального (изменения УГВ, альбедо подстилающей поверхности, растительного и почвенного покровов при вырубках, пожарах, транспортных нагрузках, застройке, загрязнение поверхности водоемов и земель и др.) или регионального порядка (изменения уровня воды в реках и УГВ при зарегулировании стока, при создании каскадов водохранилищ и плотин, в том числе низконапорных, перераспределение водных ресурсов, осушение болот, сокращение площадей мелиорируемых земель, загрязнение вод в реках и каналах, в том числе повышение их минерализации и др.), так и в процессе естественных или условно-естественных изменений регионального или глобального характера (изменения климата, в том числе столетние флутуации, изменение радиационного баланса Земли и др.), которые приводят к значительным структурным и пространственным сдвигам в сложившихся экосистемах, включая все ее компоненты (растительный, животный мир, человек).

При разработке и планировании водоохранных зон и определении режимов использования их территорий, необходимо принимать во внимание, что пойменные экосистемы интразональны. Это означает, что в их развитии и функционировании главным является гидрологический фактор. В естественных природных условиях гидрологический режим реки определяет режим грунтовых вод в пойме и водный режим пойменных биотопов, формирование и функционирование экосистем. Поэтому при экологическом обос-

80 КУЗЬМИНА, НОВИКОВА, ПОДОЛЬСКИЙ

новании выделении водоохранной зоны водных объектов с измененным гидрологическим режимом следует, в первую очередь, учитывать возможные изменения в водном режиме биотопов, а именно: возникновение изменений в частоте и длительности поемного заливания, а также изменений внутригодовой и многолетней амплитуды колебания УГВ в пойме, которые со временем, (уже спустя 20 лет) после введения в строй гидротехнического объекта, могут полностью изменить структуру, характер и целостность имевшихся первоначально пойменных экосистем, вплоть до изменения ландшафтного облика территории (Кузьмина, 2005; Ко^тта, 2004; Ко^тта й а1., 2005; Кузьмина, Трешкин, 2001).

На основании большого опыта собственных исследований в различных регионах России, Западной Европы, Средней Азии и Дальнего Востока авторы пришли к выводу, что при выделении водоохранных зон необходим поиск связей и зависимостей показателей режима речного стока с эколого-физиологическими показателями состояния не только водных и "прибрежноводных", но в большей степени пойменных (наземных) экосистем, экотонов и пойменного ландшафта в целом. Главным биологическим критерием пределов допустимости антропогенной нагрузки на водоохранные зоны является сохранение биологического разнообразия и биологической продуктивности экосистем на всех уровнях их организации, которое невозможно без поддержания естественной структуры и устойчивого функционирования этих экосистем в бассейне реки. Сегодня стало ясно -сохранение абсолютно всех экосистем в естественном виде при антропогенном регулировании стока (на объектах с измененным гидрологическим режимом) - задача неразрешимая. Поэтому необходимо выработать количественные и качественные пределы допустимости нарушений в экотонных - водоохранных зонах, где осуществляется максимальное взаимодействие двух сред вода-суша, для того, что бы не произошло катастрофических изменений их экосистем. Исходя из этих позиций, для водоохранных зон были разработаны биологические критерии допустимых масштабов изменений, которые включают в себя:

- сохранение речных пойм и частей долин, играющих роль магистральных экологических коридоров и участвующих в межрегиональном обмене элементами флоры и фауны;

- сохранение основных миграционных путей наземных животных в местах их пересечения с водными объектами (речными поймами, долинами, озерами и т.д.);

- сохранение основного разнообразия интразональных и экстразональных экосистем на участках пойм в верхних и нижних бьефах гидроузлов;

- сохранение в пределах бассейнов зарегулированных рек основного спектра биологических видов, особенно пойменных и надпойменных террас;

- сохранение популяций, находящихся вблизи границ видовых ареалов;

- сохранение допустимой естественной многолетней изменчивости пойменных экосистем выше и ниже водохранилищ (и других искусственных водоемов).

Размеры наземных участков (водоохранных зон) должны обосновываться для каждого конкретного случая отдельно, с учетом всех перечисленных выше биологических критериев. При этом экологические нормы размеров водоохранных зон водных объектов должны определяться большей частью не только в зависимости от длины реки или площади водного зеркала водоема, а с учетом, как биологических критериев, так и многоступенчатой географической типизации:

• водоемы различной величины (реки, озера, водохранилища и др.; малых, средних, больших размеров и т.д.),

• водоемов различной геоморфологической приуроченности (равнинных и горных),

• различных участков водоемов (верхнее, нижнее, среднее течение, устье, дельты рек; верхний, нижний бьеф у водохранилищ и т.д.),

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКОТОННОЙ КОНЦЕПЦИИ 81

• водоемов различных природно-климатических зон,

• водоемов различной степени зарегулированности (естественные и с измененным гидрологическим режимом в разных степенях),

• водоемов с различными трендами многолетней динамики водности, т.е. для водоемов находящихся в условно стабильных или резко изменяющихся климатических условиях,

• водоемов, находящихся на территориях с различной степенью и характером сельскохозяйственного освоения.

Существенным приоритетным биологическим критерием при обосновании и выделении водоохранных зон, и, особенно, при установлении размеров прибрежных защитных полос, которые сегодня не превышают 100 м от уреза воды, является природоохранная ценность пойменных и прибрежных территорий (Подольский и др., 2004), которая определяется прежде всего:

- наличием ООПТ (особо охраняемых природных территорий),

- наличием реликтовых видов и сообществ,

- наличием редких и исчезающих видов и сообществ,

- наличием ценных для селекции видов флоры и фауны (генофонд).

Таким образом, при разработке экологического обоснования выделения водоохранной зоны и нормирования режимов использования ее территории последовательно решаются несколько задач:

• установление механизмов воздействия различных видов антропогенной деятельности на режим речного стока, на компоненты наземных экосистем и на всю территорию предполагаемой водоохранной зоны в целом;

• выявление лимитирующих факторов и их значения для устойчивого развития экосистем и экотонов речных пойм в соответствии с многоступенчатой географической типизацией, различной природоохранной ценностью территорий и биологических критериев допустимых масштабов антропогенных изменений;

• комплексный анализ и оценка биологических и географических критериев и факторов устойчивости экосистем и экотонной системы водных объектов.

В результате наших исследований удалось установить основные биологические показатели-индикаторы устойчивости экосистем и экотонной системы водных объектов с измененным гидрологическим режимом, которые могут быть выражены количественными характеристиками:

• наличие первичных сукцессий на первичных формах пойменного ландшафта;

• наличие различий в составе и структуре экосистем на разных экологических (пойменных) уровнях;

• наличие ежегодной изменчивости (флуктуаций) видового состава сообществ;

• сохранение основного видового разнообразия экосистем и их продуктивности в пределах географически зональных норм.

Установлено, что полное отсутствие отмелей, пляжей, побочней и осередков на реках, приводит к выпадению важных звеньев-экосистем из полночленного пойменного комплекса, а в отдельных случаях - и к прекращение эволюционного развития пойменного ландшафта (Балюк, 2005).

Даные нашего мониторинга, касающиеся состава и структуры пойменных экосистем, показали, что высокая флуктуационная изменчивость в растительном сообществе является индикатором сохранности и устойчивости экосистемы. При этом присутствие постоянных видов растений в сообществах в размере менее 70% (в среднем 55-60%) от ежегодной флоры отдельной модельной площади указывает на удовлетворительное состояние наземной пойменной экосистемы и естественный характер флуктуаций в ней. Если в пойменных сообществах процент постоянных видов растений превышает предельно допустимый уровень в 70% - экосистемы следует считать антропогеннонарушенными, для АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2006, том 12, № 30-31

82 КУЗЬМИНА, НОВИКОВА, ПОДОЛЬСКИЙ

них следует разрабатывать специальные меры реабилитации (Новикова и др., 2005). Нами были установлены количественные показатели пределов критических нарушений для всего долинного комплекса, подверженного гидротехническому воздействию (Кузьмина, 2005; Новикова, 1999; Коу1коуа й а1., 2001/ Вне зависимости от физико-географической зональности и морфологических особенностей зарегулированных водных объектов, для сохранения целостности всего комплекса (набора) их экосистем необходимо сохранение не менее 75% сообществ от общего числа наименьших таксономических рангов (например ассоциаций) из полного состава сообществ общей динамической системы региона в пределах бассейна зарегулированного водного объекта. При этом не должны быть полностью уничтожены целые формации сообществ (и/или экосистем) или более крупные таксономические категории растительности или животного населения.

Для сохранения основного фаунистического и флористического разнообразия экосистем и их продуктивности при обосновании выделения водоохранных зон должны быть сохранены магистральные переходы (броды) через водоемы (русла рек, каналов и др.), которые являются экологическими коридорами, обеспечивающими обмен элементов флоры и фауны на межрегиональном уровне. Мигрирующим животным для этих переходов необходимы участки не измененной поймы с относительно выположенными коренными берегами. Данное обстоятельство существенно расширяет границы выделяемой водоохранной зоны. Эспериментальные исследования показали, что перекрытие миграционных путей лося и косули водохранилищем (например Зейским) снизило их поголовье от 3 до 10 раз (Подольский и др., 2005).

ВЫВОДЫ

Водоохранная зона водных объектов должна выделяться на основании многоступенчатой географической типизации, с безусловным учетом биологических критериев допустимых масштабов изменений и природоохранной ценности территорий.

При разработке экологического обоснования выделения водоохранной зоны и нормирования режимов использования ее территории после установления механизмов антропогенного воздействия и выявления лимитирующих факторов развиятия экосистем должен быть проведен комплексный анализ и оценка критериев и факторов устойчивости экотонной системы водного объекта.

При выделении водоохранных зон должен учитываться также динамический принцип функционирования геосистем, как на локальном, так и на региональном уровнях. Выделение водоохранных зон водных объектов с естественным гидрологическим режимом на территориях подверженных резким климатическим сдвигам должно учитывать возможность быстрого территориального изменения границ водоохранной зоны в связи с последующим изменением водности объекта. Выделение водоохранных зон водных объектов с измененным гидрологическим режимом должно учитывать динамическую возможность перестройки части пойменных экоситем за счет включения в себя определенной доли экосистем надпойменных террас, для чего некоторая часть последних также должна входить в водоохранную зону (а не только склоны надпойменных террас).

Во всех без исключения случаях весь комплекс пойменных экосистем, вне зависимости от протяженности поймы на местности, должен быть включен в водоохранную зону водных объектов, поскольку является целостной экотонной системой "вода-суша".

Работа выполнена при финансовой поддержке проектов РФФИ № 06-05-64159 «Современный гидроморфизм и биоразнообразие степной зоны» и Отделения наук о Земле РАН № 12 «Современный гидроморфизм на юге России: тенденции развития и прогноз изменений».

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭКОТОННОЙ КОНЦЕПЦИИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Балюк Т.В. Формирование экосистем на первичных элементах пойменного рельефа в естественных и антропогенно измененных условиях. М.: РАСХН, 2005. 197 с.

2. Кузьмина Ж.В. Оценка последствий изменения режима речного стока для пойменных экосистем при создании малых гидротехнических сооружений на равнинных реках // "Метеорология и гидрология", 2005, №8, С. 89-103.

3. Кузьмина Ж.В., Трешкин С.Е. Современное состояние флоры и растительности заповедника "Бадай-Тугай" в связи с изменением гидрологического режима// Ботанический журнал, т.86, №1, 2001, С.73-84.

4. Новикова Н.М. Влияние развивающегося водного хозяйства на ботаническое разнообразие аридных районов Средней Азии и юга России / Водные проблемы на пороге нового тысячелетия. М: Наука, 1999. С. 335-345.

5. Новикова Н.М., Кузьмина Ж.В., Подольский С.А., Балюк Т.В. Экологическое обоснование подходов к нормированию регулирования режима речного стока // Поволжский экологический журнал, №3, 2005, С.227-240.

6. Подольский С.А., Игнатенко С.Ю., Дарман Ю.А., Антонов А.И., Игнатенко Е.В., Кастрикин В.А., Былков А.Ф., Парилов М.П. Проблемы охраны и изучения диких животных в зоне влияния Бурейского гидроузла. РАСХН, 2004. 132 с.

7. Подольский С.А., Игнатенко С.Ю., Дарман Ю.А., Антонов А.И., Борисова И.Г., Игнатенко Е.В., Илларионов Г.В., Кастрикин В.А., Парилов М.П., Старченко В.М., Чуб А.В., Яборов Т.В. Бурейская ГЭС: зона высокого напряжения. WWF-Россия, 2005. 80 с.

8. Kouzmina J.V. , Treshkin S.Y. , Avetjan S.A., Henrichfreise A. Assessment of consequences change of river flow regime for floodplain ecosystems under building small and middle hydrotechnical constructions// Journal of Hydrology and Hydromechanics, Prague, Czech Republic, 2005, Vol. 53, No 1, pp. 3-16.

9. Kouzmina Janna V. The impact of natural and human-induced changes in the river flow and the climate on flood plain ecosystems in the middle Elbe river basin // Ecological Engineering and Environment Protection, No 2. 2004. pp. 5 -15.

10. Novikova N.M, Kuz'mina J.V., Dikareva, T.V. et. al. Reservation of the tugai biocomplexes diversity within the Amu-Darya and Syr-Darya river deltas in conditions of aridization /Ecological research and monitoring of the Aral sea deltas. Book 2. UNESCO 2001. (Pronting Sagraphic, Barcelona, Spain). pp.155-188.

ECOTONE CONCEPTS FOR THE ORGANIZATION OF WATER PROTECTION ZONES AT COASTAL TERRITORIES

© 2006. Zh.V. Kuz'mina, N.M. Novikova, S.A. Podolskyi

** Water Problems Institute of the Russian Academy of Science H9991 Moscow, Goubkina Str., 3

In all cases without exception all complex inundated ecosystems, without dependence from extent of floodplaines, should be included in a water-protection zone of water objects as is complete water - terrestrial ecotone system.

On the basis of wide experience of own researches in various regions of Russia, the Western Europe, Central Asia and the Far East authors came to a conclusion, that at allocation of water protection zones search of connections and dependences of parameters of a mode of a river drain with ecologo-physiological parameters of a condition not only water and submerged, but in the greater degree inundated terrestrial ecosystems within ecotones and an inundated landscape as a whole is necessary. The main biological criterion of limits of an admissibility of anthropogenous loading on water-security zones is preservation of a biological diversity and biological efficiency of ecosystems at all levels of their organization which is impossible without maintenance of natural structure and steady functioning of these ecosystems within a river basin under support of ecotones structure and functionality.