Изучение антропогенного вымокания лесов восточных районов Курганской области

ваний можно ограничиться загрузкой точек из GPS в ГИС и непосредственным занесением в поля таблицы собранной на пунктах информации (например, при непосредственной фиксации в поле числовых характеристик объектов, при узкоспециализированных исследованиях), в большинстве случаев приходится вести обширный полевой дневник, фиксировать качественные параметры объектов. Кроме того, многие параметры не определяются непосредственно в поле, а требуют дополнительной камеральной обработки, например, проведения химических анализов при геохимических исследованиях или сравнительного визуального анализа с применением ДДЗ при изучении ландшафтов и соответственно в базу данных они будут заноситься не сразу, а постепенно. Все это создает дополнительные сложности при организации доступа к данному типу базовой геоинформации. Решение проблемы полевых дневников видится в использовании на этапе ввода и обработки информации полных текстовых описаний обследованных точек в виде и формате, наиболее удобном для исследователя. Это могут быть обычные текстовые файлы, файлы Microsoft Word, созданные непосредственно на ПК или загруженные с КПК (карманного компьютера). Современные ГИС-оболочки позволяют легко наладить связь между точечными объектами слоя электронной карты и вышеназванными файлами таким образом, чтобы при указании или щелчке по точке запускалось соответствующее приложение (например, Microsoft Word) и вызывался файл описания для данной точки обследования. Таким же образом можно наладить автоматический вызов любых других полевых электронных материалов - фотоснимков, видеофайлов, рисунков, схем, материалов, полученных с любых полевых электронных регистраторов. Технически для этого обычно достаточно создания дополнительного поля в атрибутивной таблице точечного слоя с занесением в нее путей открытия файлов и использования специального инструмента ("Геолинк", "Хотлинк" и т.п.) для интерактивного получения информации в дальнейшем. Постепенно в ходе работы заполняются все новые и новые поля в атрибутивной таблице точек обследования, а информация поступает именно из полевых дневников путем ее переосмысления, отбора, систематизации и формализации. Параллельно в базу первичной геоинформации добавляются результаты различных анализов, математической обработки сырой информации.

Безусловно, есть и другой вариант работы, не предусматривающий ведения полевых дневников в их традиционном виде. Он заключается в предварительной максимальной структуризации и формализации информации, необходимой для решения научной задачи, в целях выработки конкретных количественных характеристик, которые необходимо получить непосредственно в поле. Для трудноизмеряемых свойств геосистем уже на подготовительном этапе исследований вырабатываются системы ранжирований и балльных оценок, а для качественных параметров - системы типов с точным отнесением объектов к тому или иному типу. В дальнейшем все собранные таким образом характеристики точек обследования можно будет вносить непосредственно в базу данных, минуя все промежуточные этапы. Такой подход эффективен и особенный выигрыш он дает при больших объемах работ (тысячи точек обследования), узкоспециализированных, однотипных исследованиях, невысокой квалификации полевиков-исполнителей. Обеспечивается сравнимость, воспроизводимость результатов, легко формируются метаданные, гарантирующие прозрачность методики исследований, значительно ускоряется и упрощается обработка информации. В то же время, такой

"компьютеризированный" подход не дает преимуществ научным организациям или исследователям, ведущим разносторонние по своей тематике, методологии и разномасштабные исследования. Практически не происходит формирования единой научной базы данных, ранее собранные большие объемы информации не могут быть эффективно использованы в новых исследованиях, даже слегка отличающихся по тематике, так как вся "лишняя", избыточная с точки зрения конкретного исследования и компьютерной логики информация отсеяна. По этой же причине нельзя при проведении исследований большого территориального охвата опереться на более локальные работы. Выход, на наш взгляд, как всегда посередине - нужно собирать четко структуризированную информацию, но в большинстве случаев параллельно обеспечивать как можно более подробное ведение полевых дневников, отчетов, что позволит использовать преимущества обоих подходов.

В заключение кратко опишем интерфейс доступа к GPS-данным первого и третьего типов. Наилучший вариант поиска привязочных точек - интерактивная отрисовка и выделение площадного объекта, накрывающего территорию, интересующую исследователя с последующим выводом на карту всех имеющихся на данную территорию точек привязки. Теперь их можно использовать непосредственно для привязки космоснимков и карт в "Mapinfo Professional", или передать в любое другое программное обеспечение для решения тех же задач. Работа с эталонными точками схожа, единственное отличие: включение между выделением интересующего полигона и выводом точек на карту дополнительного этапа показа метаинфор-мации для отбора исследователем того или иного набора эталонных данных, собранных в рамках исследований другой направленности, наиболее соответствующей текущему исследованию. Для решения данных задач было разработано приложение "Поиск GPS-данных", которое позволяет после выбора на инструментальной панели соответствующего инструмента отрисовывать на заранее подготовленной карте область интереса и мгновенно получать метаданные о имеющиеся GPS-информации, отбирать и выводить ее на карту для выполнения стандартных процедур подготовки геоизображений (например для уточнения геопривязки космического снимка) или для аналитических процедур (классификация снимка с обучением по эталонам или автоматическая интерполяция данных случайной выборки геохимического апробирования).

А.В. Абросимов, А.В. Тихонов

Лаборатория геоинформационных исследований и технологий, Курганский государственный университет, г.Курган

ИЗУЧЕНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ВЫМОКАНИЯ ЛЕСОВ ВОСТОЧНЫХ РАЙОНОВ КУРГАНСКОЙ ОБЛАСТИ

В статье приводятся результаты исследования антропогенного вымокания мелколиственных лесов Курганской области. Нами была выдвинута гипотеза о влиянии автомобильных дорог на процессы вымокания березовых лесных массивов на территории Курганской области. Эта гипотеза основывается на визуальных наблюдениях на местности, а также на данных дистанционного зондирования Земли в виде многозональных сканерных космических снимков, полученных со спутников Земли. Для подтверждения этой гипотезы были применены соответствующие методики.

Среди экологических проблем Курганской области существует множество неблагоприятных явлений, которым не уделяется достаточно внимания со стороны ученых и властей. В дальнейшем они перерастают в необратимые процессы, приводящие к ухудшению общего состояния окружающей среды. В ряду таких явлений особое место занимает процесс антропогенного вымокания мелколиственных лесов, которые преобладают на территории Курганской области (более 68 % всей лесопокрытой площади) и типичны для ландшафтов Зауралья со времен плейстоцена. Эта проблема в большей степени характерна для юго-запада Западно-Сибирской равнины, в том числе для восточных районов Курганской области [1].

Под вымоканием следует понимать гибель лесных массивов вследствие длительного застоя воды, заболачивания территории, подъема уровня грунтовых вод, а также последующего засоления почв.

Территория Курганской области расположена в юго-западной части Западно-Сибирской низменности. От соседних территорий она отличается плоским рельефом и общим уклоном с юго-запада на северо-восток. Абсолютные отметки высот на водоразделах колеблются в пределах. Гидрографическая сеть врезана довольно глубоко, однако хорошо дренированы лишь прилегающие к водотокам территории. Основная площадь водоразделов отличается слабой дренированностью, связанной с практическим отсутствием ярко выраженного линейного стока.

Для территории Курганской области характерно обилие озер. Большая часть озер находится в плоских блюд-цеобразных понижениях термокарстового и суффозион-но-просадочного происхождения. Озерные западины окружены обширными водосборными бассейнами, вертикальная расчлененность которых настолько мала, что их профиль на местности зачастую малозаметен невооруженным глазом, и перепады высот между водораздельными линиями и урезами воды в озерах составляют несколько метров. Большинство озерных котловин связаны между собой крайне пологими и широкими лощинами и ложбинами, которые унаследованы с позднего плейстоцена - раннего голоцена и являются реликтами древних речных долин, существовавших в эпохи обводнений.

В период весеннего снеготаяния, а также в дождливые сезоны происходит как плоскостной и приповерхностный радиальный сток вод в озера с периферии водосборов, так и межозерные перемещения воды по лощинам и ложбинам стока. Вследствие равнинности рельефа линейный сток на данной территории практически отсутствует, за исключением единичных ручьев в ближней периферии озер.

Для восточных районов Курганской области, особенно в годы с повышенным количеством летних осадков, характерно переувлажнение почвы и почвообразующих пород, так как глубина залегания временных почвенных вод (верховодки) составляет 1-1,5 метра. Инфильтрация атмосферных осадков осуществляется в замкнутых понижениях рельефа. Грунтовые воды поверхностных горизонтов восточных районов Курганской области отличаются высоким уровнем минерализации. Равнинность и бес-сточность водоразделов в Зауралье, вместе с неглубоким залеганием водоупорных пород (глин и тяжелых суглинков), обусловливает циркуляцию просачивающихся атмосферных осадков в грунтовой толще небольшой мощности. Вследствие этого поверхностные грунты оказываются значительно обводненными [2].

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что даже небольшие препятствия на пути плоскостного и приповерхностного стока могут привести к под-

нятию уровня грунтовых вод и заболачиванию территорий. Такими препятствиями могут быть объекты как природного, так и антропогенного происхождения.

Нами была выдвинута гипотеза о влиянии автомобильных дорог на процессы вымокания березовых лесных массивов на территории Курганской области. Эта гипотеза основывается на визуальных наблюдениях на местности, а также на данных дистанционного зондирования Земли в виде многозональных сканерных космических снимков, полученных со спутников Земли. С помощью снимков установлено, что долины стока озер оказались перегороженными насыпями автомобильных дорог. Можно предположить, что при строительстве дорог не были учтены особенности рельефа и условия залегания грунтовых вод. Во время строительства были проложены дренажные трубы под полотном трассы для регулирования стока, однако они не дали нужного эффекта, так как сток имеет плоскостной характер, в результате чего поверхностный сток и режим грунтовых вод оказались нарушенными. Вследствие этого произошло обводнение и заболачивание территорий вдоль дорог. При подъеме грунтовых вод происходит засоление почвогрун-та. В зоне затопления оказались березовые леса, которые при длительном застое воды и засолении почв в результате подъема грунтовых вод начинают деградировать - или вымокать. При вымокании происходят изменения в анатомии древесной растительности, в видовом составе травянистого покрова, что в конечном итоге приводит к смене одной экосистемы на другую: на месте лесов возникают болота. Для подтверждения этой гипотезы были применены соответствующие методики.

В ходе проведения исследований можно выделить несколько этапов:

1. Фиксирование эталонных объектов на местности с помощью GPS-навигаторов.

2. Фитоценотические исследования.

3. Геоботаническое описание.

4. Проведение автоматического дешифрирования снимков.

5. Построение карты лесов, находящихся в различной стадии вымокания.

В результате геоботанических исследований на местности были выделены 4 стадии вымокания лесов:

1 стадия. Мало чем отличается от лесных массивов, не подверженных вымоканию. Целостность древесной растительности не нарушена. Лишь в некоторых местах имеются признаки угнетения листвы деревьев. Почва не имеет внешних признаков засоления. Травянистая растительность представлена видами, характерными для березовых злаково-разнотравных лесов (рисунок 1).

Рисунок 1

2 стадия. Характеризуется частичным повреждением стволов деревьев березы. Около половины деревьев имеют лиственный покров с признаками угнетения. Ство-

лы некоторых деревьев полностью лишены листвы. У всех деревьев березы повислой сухие вершины. В почвенном профиле возникает осолоделый слой, что говорит о начале засоления почв. В травянистом покрове появляются виды, характерные для влажных лесов и болотистых мест (лабазник вязолистный) (рисунок. 2).

Рисунок 2

3 стадия. Деревья полностью лишены лиственного покрова. Имеются внешние признаки разрушения древесины, о чем свидетельствуют упавшие стволы деревьев. Имеют место признаки заболачивания. В травянистом покрове преобладают виды, характерные для влажных лугов и болот (например, осока береговая), имеются в наличии рогоз и тростник. Идут процессы засоления почв, в результате чего в почвенном профиле появляется осолоделый слой (А2), имеющий характерную белесую окраску и мощностью 15-20 см (рисунок 3).

Рисунок 3

4 стадия. Происходит замена одной экосистемы на другую. Характеризуется полным исчезновением древесной растительности. Травянистый покров составляют виды, характерные для болот (осока). Слой солоди в почвенном профиле достигает мощности 35-30 см. На месте леса формируется болото (рисунок 4).Такая градация осложнена наличием смешанных стадий.

Зимой деревья и кустарники страдают от переувлажнения. При первых же морозах в сильно обводненных тканях образуется лед. В результате происходит отрыв коры от древесины, она растрескивается. Потом в тре-

щины попадает инфекция, кора отслаивается, заболевает. Чаще всего это происходит с молодыми деревцами. На тяжелых глинистых почвах с застоем воды часто бывают кольцевые подопревания коры. На легких почвах с хорошей влагоемкостью также возможны кольцевые повреждения ствола. Это случается, когда промерзшая земля не пропускает талую воду во время зимних оттепелей и весеннего таяния. Ночью при понижении температуры образуется ледяная корка, которая врезается в кору, как стекло. При подопревании и вымокании кора меняет окраску, отслаивается. Постепенно разрушается и древесина [12].

Рисунок 4

Данные по площадям березовых лесов, полученные при дешифрировании снимков в период с 1987-2002 гг., говорят о том, что произошло сокращение массивов лесов с 26709,17 га до 19375,61 га на 7333,56 га, что составляет 27,5%, в том числе и по зонам, причем 5730,08 га из этого количества приходится на леса, исчезнувшие в результате вымокания. Именно сейчас на месте этих лесных участков находится так называемая четвертая стадия или болота (рисунок 5). Средняя скорость исчезновения лесов составляет 488,9 га в год.

Данные таблицы и диаграммы показывают, что наибольшее сокращение площадей березовых лесов произошло в зонах 1 км и 1-3 км от дороги (21,2 и 22,2 % соответственно), а наименьшее в зоне 5-10 км. Такое изменение в процентном соотношении говорит о влиянии автодорог на процессы вымокания.

25

20--- -

£ 15-------

и _

| 10-- - - - -

0 ---,---,---,---,

10-5км 5-3км 3-1км 1км

зоны

Рисунок 5 - Диаграмма сокращения площадей лесов по зонам в период 1987-2002гг.

Подтверждение гипотезы антропогенного вымокания было получено при изучении процентного соотношения площадей лесов по стадиям вымокания, выявленным по снимку ASTER 2002 года по зонам.

Получив результаты дешифрирования данных дистанционного зондирования по стадиям вымокания 2002 года, можно проследить следующую закономерность:

1.Лесные массивы, не подверженные вымоканию и находящиеся в первой стадии вымокания, преобладают во всех зонах, однако их процент от общей площади лесов уменьшается по направлению к дороге. В зонах 10-5 км и 5-3 км этот процент почти одинаковый (79,05% и 78,1%). В зонах 3-1 км и 1 км происходит заметное уменьшение процента здоровых лесов - 76,5% и 74,4% соответственно. Такое изменение в процентном соотношении говорит о том, что происходит уменьшение площадей лесов, не затронутых вымоканием по направлению к дороге.

Исходя из картосхемы (рисунок 6), можно сделать вывод о том, что процент второй и третьей стадии вымокания от общей площади лесов увеличивается от периферийных зон к дороге. При этом процент второй стадии вымокания остается примерно одинаковым в трех первых зонах (16,1-16,6 %). Такое равенство можно объяснить тем, что леса, находящиеся ближе к дорогам, начали вымокать раньше, и площади лесов в этих зонах сократились до минимума. В них сейчас преобладает третья и четвертая стадии. Лишь в зоне 5-10 км происходит довольно заметное снижение 2-й стадии до 13,9%. Наиболее показательными являются данные по третьей стадии вымокания, процент которой резко уменьшается при удалении от дорог.

Общая площадь вымокающих (2 и 3 стадии) лесов в 2002 составила 4447,083 га.

Следовательно, можно говорить о возрастании интенсивности вымокания и процента вымокающих лесов по направлению от периферии к дороге.

2. В результате проведенных исследований была определена площадь лесов, исчезнувших в результате

Процент второй и третьей стадии вымокания по зонам

М 1:230000

Условные обозначения

- автомобильные дороги

процент второй и третьей стадии вымокания  26,6 % и более Н 23.5 --25.6% П 21,9 -23,5%  20,96-21,9%

Рисунок 6 - Процент второй и третьей стадий вымокания по зонам

вымокания. Она составила 5730,08 га. В данное время на месте вымокших лесов сформировались болота. На графике (рисунок 7) отображено увеличение процента четвертой стадии вымокания от периферии к дороге.

Полученные данные подтверждают зависимость пространственного распространения вымокающих лесов по отношению к автомобильным дорогам. Значит, можно с уверенностью называть процессы исчезновения лесов антропогенным вымоканием.

4 стадия

6 -,

ш

Е 2

0 -|---,---,---,---

10-5 км 5-3 км 3-1 км 1 км

Удаление от дороги

Рисунок 7 - Процент четвертой стадии вымокания по зонам

По результатам проделанных работ была составлена карта антропогенного вымокания лесов, которая показывает влияние автомобильных дорог на березовые леса, расположенные в десятикилометровой зоне от дороги (фрагмент карты - рисунок 8).

Вымокание лесов приводит к следующим результатам:

1. Деградация лесных экосистем приводит к уменьшению биологического разнообразия растительных сообществ, что в свою очередь влияет на изменения животного мира.

2. Вследствие антропогенного вымокания происходит гибель листвы, а затем и самого дерева. Эти факторы приводят к усилению ветровой эрозии.

3. Впоследствии вымокающие участки леса представляют собой места, опасные для здоровья людей (грибников, охотников и так далее). Опасность представляют: поврежденные стволы деревьев, ветви, кора, которые в результате падения могут явиться причиной получения травм различной степени тяжести как людей, так и домашнего скота. В результате вымокания сокращаются рекреационные зоны лесов.

4. Возникающие заболоченные массивы затрудняют передвижение на местности, а также теряется эстетическое восприятие ландшафта.

В результате исследований, проведенных по проблемам антропогенного вымокания лесов, нами были получены следующие результаты:

1. Выявлены природные факторы, определяющие условия произрастания и вымокания лесов.

2. В результате полевых экспедиций выявлены эталонные участки лесов по 4 стадиям вымокания, произведено их картографирование и фотосъемка.

3. Определены масштабы антропогенного воздействия на лесные массивы. Площадь лесов в изучаемом районе с 1987 по 2002 год уменьшилась на 27,5 %.

4. Проведены экологоанатомические исследования, подтверждающие влияние автомобильных дорог на процессы вымокания.

5. Подтверждена гипотеза зависимости пространственного распространения вымокающих лесов по отношению к автомобильным дорогам. В километровой зоне дороги процент вымокающих лесов составил 25,7%, а в 10-километровой зоне 20,9%.

6. Составлена карта антропогенного вымокания лесов, произрастающих вдоль участка трассы "Байкал" Кур-

Картосхема осиново-березовых лесов различной стадии вымокания

Условные обозначения

населенные пункты

автомобильные дороги осиноесьберезовые леса

-шоссе с усовершенствованным покрытие 1 1 неповрежденные песа

' грунтовые | леса второй стадии вымокания

Ом покрытия | леса третьей стадии вымокания

озера леса четвертой стадии вымокания

Рисунок 8

ган - Варгаши и прилегающих к ней дорог областного значения.

Итак, на территории Курганской области среди прочих экологических проблем существует проблема антропогенного вымокания лесов. Как видно из наших исследований, она приняла внушительные масштабы. Этот отрицательный эффект вызван пренебрежением знаниями о тонких механизмах гидрологических процессов, неучтенных при проектировании и строительстве магистральных сооружений. Необходимы специальные научно обоснованные технологии по рекультивации этих земель, разработкой которых никто пока не занимается. Например, возможным направлением в решении этой проблемы могло бы стать строительство эстакад большой протяженности, учитывая то, что долины стока поверхностных вод широкие и пологие, а осадочный чехол сложен глинами и тяжелыми суглинками.

Возможно, результаты этих работ будут приняты в качестве рекомендаций по решению данной проблемы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антропогенное вымокание лесов Курганской области по данным

полевых и дистанционных исследований/Природопользование в районах со сложной экологической ситуацией: Материалы межвузовской научной конференции. Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 1999. С.86 - 88. 3. Егоров В.П. Кривонос Л.А. Почвы Курганской области: Учебное пособие. Курган: Зауралье,1995.

Р.Н. Дисембаев

национальный эксперт проекта ПРООН/МООС Республики Казахстан "Усиление системы управления охраной окружающей среды для устойчивого развития"

РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН НА ПУТИ К УСТОЙЧИВОМУ РАЗВИТИЮ: ИНСТИТУЦИОНАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

На современном этапе под устойчивым развитием понимается не количественный рост показателей экономики и состояния общества, а обеспечение качества жизни человека: состояние окружающей среды и степень решения социально-экологических проблем, качество питания и сферы обслуживания, состояние здоровья, степень и качество образования, удовлетворение потребности в информации и другое. Основным механизмом устойчивого развития предлагается считать межсекторальное взаимодействие экономического, социального и экологического сектора и сотрудничество основных групп гражданского общества.

Данные многих международных исследовательских организаций и опыт развития экономически развитых стран мира показывают, что практически все тенденции развития современного общества, оказывающие негативное воздействие на окружающую среду, продолжают сохраняться. Это проявляется в увеличении количества ресурсо- и энергопользователей и увеличении загрязнения окружающей среды. Ощутимый экономический рост сопровождается сопряженным ростом экологических проблем, в т.ч. глобальных.

Чрезмерная эксплуатация природы сегодня грозит ответными реакциями, губительными для здоровья человека и подрывающими ресурсную основу экономики и производства. Осознание этого явилось побудительным мотивом созыва Всемирной конференции ООН по окружающей среде и развитию в 1992 году в г. Рио-де-Жанейро.

На этой конференции мировое сообщество рассмотрело основные документы, в соответствии с которыми страны мира приняли на себя обязательства по переходу к устойчивому развитию как новой модели развития цивилизации.

Одним из основных обязательств стран по переходу к устойчивому развитию было создание национальных советов или комиссий по устойчивому развитию и разработка национальных повесток дня на 21 век как национальных программ устойчивого развития.

Одной из главных целей устойчивого развития является сохранение биосферы, в которой формируется среда и воспроизводятся ресурсы существования человечества и разнообразия природных систем в настоящем и будущем.

На современном этапе под устойчивым развитием понимается не количественный рост показателей экономики и состояния общества, а обеспечение качества жизни человека: состояние окружающей среды и степень решения социально-экологических проблем, качество питания и сферы обслуживания, состояние здоровья, степень и качество образования, удовлетворение потребности в информации и другое.

Основным механизмом устойчивого развития предлагается считать межсекторальное взаимодействие экономического, социального и экологического сектора и сотрудничество основных групп гражданского общества.