CC BY
66
УДК 631.4(571.6)
АНТРОПОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ РАЙОНА УСТЬ-СРЕДНЕКАНСКОЙ ГЭС НА КОЛЫМЕ
© 2014 А.А. Пугачев1, Г.В. Станченко1,2
1 Институт биологических проблем Севера ДВО РАН, г. Магадан 2 Северо-Восточный государственный университет, г. Магадан
Поступила в редакцию 13.01.2014
Рассматривается воздействие антропогенных факторов на состояние почвенно-растительных комплексов района Усть-Среднеканской ГЭС. Обсуждаются экологические проблемы рационального природопользования в условиях зарегулированного стока.
Ключевые слова: почва, растительность, комплексы, оптимизация, hydro-power station.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время всё более возрастает значение экологической оценки и оптимизации природных территорий [1, 6-11]. По природному районированию Северо-Востока верховья Колымы, где расположена Усть-Среднеканская ГЭС, относятся к району охотско-колымского тундрово-ред-колесного нагорья [1], характеризующегося большим разнообразием условий почвообразования. Основными факторами, определяющих особенности почвенно-растительных комплексов, являются различия в характере атмосферного увлажнения, термических условий, поверхностного и внут-рипочвенного дренажа, наличие или отсутствие мерзлотного водоупора. Тем не менее, доминирующие группы и типы почв и растительных сообществ в районе исследований не являются специфичными только для данного района, также широко представлены в субарктических областях Евразии и Северной Америки [2, 3].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В районе исследований достаточно четко выделяются три высотных пояса: лесной, подголь-цовый и гольцовый, где большую часть лесопок-рытой площади занимают низкопродуктивные заросли кедрового стланика и лиственничные редколесья [3]. Растительность верхних частей горных поднятий рассматриваемой территории очень обеднена. Принципиальным различием правобережных и левобережных ландшафтов Верхней Колымы являются высотные отметки
Пугачев Алексей Александрович, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ИБПС ДВО РАН. E-mail: [email protected]
Станченко Галина Валерьевна, младший научный сотрудник ИБПС ДВО РАН, аспирант СВГУ. E-mail: [email protected]
расположения высотных почвенно-растительных поясов на первых из них. В частности, на правобережье на отметках выше 1150-1180 м господствует каменистые тундры с глыбовато-ще-бенчатыми, очень подвижными участками, с активными осыпями. Для левого берега данные ландшафты господствуют на высотах 1000-1100 м н.у.м. Высокая степень дренированности и каменистый состав склоновых поверхностей способствует здесь образованию типичных для Северо-Востока накипно-лишайниковых и кустисто-лишайниковых тундр с редкими куртинами разнотравья, среди которого наиболее часто встречаются зубровка альпийская, дриада точечная, горец трехкрылоплодный. Особенностью растительного покрова данного типа ландшафтов является развитие мелкокустарничковых мохово-лишайниковых ассоциаций, приуроченных к вершинам и крутым горным склонам, сложенных элюво-делювием коренных пород и хрящевато-каменистыми песчано-делювиальными отложениями.
Своеобразие природных условий на рассматриваемой территории определяет большое разнообразие механизмов нарушения экосистем, в т.ч. криотурбацию, криосолифлюкцию, термокарст, термоэрозию и т.д. Сложность решения проблемы оценки их состояния заключается в том, что помимо присущей им динамичности, экосистемы содержат в себе компоненты с циклическими или случайными флуктуациями. Вместе с тем многие вопросы методического плана по рациональному природопользованию в условиях региона еще недостаточно разработаны, далека от завершения унификация методов исследования процессов естественного восстановления нарушенных экосистем [3, 5].
Антропогенная деградация и принципы оптимизации состояния почвенно-растительных комплексов. Специфика природной обстановки тер-
1803
ритории определяется суровым климатом с малой суммой активных и положительных температур, коротким теплым и продолжительным холодным периодом, длительным или постоянно мерзлым состоянием грунтов. Растительным сообществам характерна обедненность флористического состава и они отличаются сравнительно невысоким приростом органической массы, а элементы рельефа также широким развитием криогенных форм мезо-, микро- и нанорельефа.
Почвенно-растительный покров (ПРП) рассматриваемой территории неустойчив к антропогенному прессу, легко нарушается и очень медленно восстанавливается. Обширность зоны определяет разнообразие механизмов его деградации и часто - комплексный характер их проявления, заключающийся помимо обычных форм выражения (эрозии, дефляции, пирогенеза и др.), также и специфичных (криотурбаций, термокарста, термоэрозии и т.д.), определяемых криологическим состоянием почвогрунтов. Устойчивость почв и растительности к антропогенной деградации зависит от ряда условий: строения профиля почвы и ее свойств, характера генетических горизонтов, криологического состояния, положения почв в рельефе, естественно-динамических тенденций развития ландшафтов, структуры биомассы и продуктивности растительного покрова.
Деградация ПРП природных ландшафтов. При разработке экспертного прогноза устойчивости почвенно-растительных комплексов к антропогенным воздействиям учитывалось сочетание 5 основных факторов: 1 - гранулометрического состава, 2 - наличия или отсутствия многолетней мерзлоты и её льдистости, 3 - сочетания климатических показателей (радиации, тепла, влаги, света), 4 - запасов, структуры и продуктивности фитомассы, 5 - генетических особенностей почв. При этом предполагалось возможное сочетание различных видов нарушений: моно-, би-и полигенное.
По общему возрастанию устойчивости к антропогенным воздействиям и по направленности последующей деградации ПРП основных ландшафтов зоны водохранилища подразделяется (табл. 1) на 6 основных групп. Из которых ведущими являются 6:
К 1-й группе (наименее устойчивой) относятся ПРП заболоченных лиственничных редколесий (криокомплексы таежно-глеевых и глеева-тых почв) и др. Почвы формируются на суглини-сто-глинистых породах в условиях близкого к поверхности залегания льдистой многолетней мерзлоты. Их деградация определяется любым нарушением теплового режима.
2-я группа включает ПРП лиственничных редколесий на речных террасах (таежные глее-
вые и глееватые торфянисто-перегнойные, кри-оземы и их криокомплексы) на суглинисто-гли-нистых отложениях, поймах горных рек в средней и нижней части их течения (пойменные дер-ново-глеевые почвы), а также болот с мощностью торфа более 50 см (торфяно-болотные льдисто-высокомерзлотные почвы). Ведущий процесс деградации - механические нарушения органогенного горизонта.
Почвы 3-й и 4-й групп относительно устойчивы к механическим нарушениям. Причины этой устойчивости различны, что связано с особенностями строения профиля и водным режимом. 3-я группа объединяет ПРП высоких частей пойм с кустарниково-луговой растительностью и лиственничных лесов на террасах рек (таежные торфянисто-перегнойные высокогумусовые почвы). Устойчивость определяется достаточно мощными, переплетенными корнями органогенными горизонтами и, частично, относительно высокой скважностью. 4-я группа включает ПРП лишайниково-кустарничковых тундр на песча-но-супесчаных и каменисто-мелкоземистых отложениях разного генезиса. Почвы - подбуры тундровые - характеризуются свободным дренажем, господством окислительных условий, высокой скважностью и водопроницаемостью. Именно этим определяется их устойчивость к механическим нарушениям.
5-я группа включает ПРП склонов под кедровым стлаником, а именно, подбуры таежные, свободно дренируемые и устойчивые к механическим воздействиям, но очень неустойчивые к пирогенным нарушениям в связи с высокой возгораемостью кедрового стланика и напочвенных хвойных подстилок. Сгорание органических горизонтов почв приводит к интенсивному смыву и дефляции мелкозема, в результате чего обнажаются каменистые субстраты.
ПРП 6-й группы включает пойменные мелкодерновые почвы под лиственничными лесами и зарослями кедровых стлаников на высоких частях пойм, речных террасах, пологих шлейфах склонов и в межгорных котловинах. Почвы формируются на песчано-супесчаных каменисто-мел-коземистых отложениях различного генезиса. ПРП относительно устойчив к механическим воздействиям; растительный покров и подстилки подвержены пожарам. Из-за выположенности рельефа процессы послепожарного смыва выражены слабо; основной процесс деградации ПРК - ветровая эрозия.
Экологические основы рационального использования почвенно-растительных комплексов. Важность экологического подхода при освоении и использовании ПРП определяется сложной и многогранной ролью, которую играет он в функ-
1804
Таблица 1. Воздействие антропогенных факторов на состояние почвенно-растительных комплексов
Почвы, Влияние воздействия, развитие процессов**)
растительность Характер воздействия Интенсивность нарушений*) Смыв мелкозема е 8 Увеличение протаивания Обводнение Вытаивание жильного льда Заболачива-ние Термокарст Соли флю -кция
Горная кустарничково -лишайниковая тунд а
Подбур М. 2-3 А С С - - - - -
П. 2-3 С А С - - - - -
Лиственничные кустарничково -моховые редколесья
Таежные М. 1-2 С С А И - С С С
мерзлотные П. 2-3 С С А И С С С С
Осоковые кустарничково -сфагновые болота
Торфяные М. 1-5 - - А С И - И -
болотные П. 1 - - С - А - - С
Примечание: М - механические, П - пирогенные; сильная, 5 - катастрофическая; - отсутствие, С -
ционировании биосферы и сохранении благоприятного состояния природной среды в условиях возрастающего влияния техногенеза.
Учет особенностей ПРП имеет первостепенное значение в рациональном использовании земельного. Охрана и мониторинг за его состоянием в большинстве случаев преследует цель не сохранение их первоначальных параметров, а оптимизация показателей, определяющих высокое устойчивое и качественное плодородие, не нанося при этом разрушения компонентам природных ландшафтов.
Природные ландшафты. Основным принципом использования почвенно-растительных комплексов является: использование и охрана - единое целое. Охрану ПРП следует рассматривать как комплексную систему мелиоративных мероприятий, направленную на качественное улучшение и рациональное использование земельного фонда. Решение этого вопроса взаимосвязано с охраной природы территории водохранилища в целом.
Стратегия рационального природопользования основывается на применении экологически обоснованных приемов освоения и использования почвенно-земельных ресурсов, снижении степени нарушения и загрязнения природной среды.
Базовым элементом оценки состояния ландшафтов являлось изучение взаимоотношений между компонентами экосистем и их взаимодействий, поскольку они лежат в основе существования и дальнейшего развития почвенно-расти-тельных комплексов. При этом экологический мониторинг почв должен быть направлен на достижение следующих главных целей:
- своевременного обнаружения неблагоприятных изменений свойств почв и почвенного покрова при различных видах его использования,
*) - 1-слабая, 2 - умеренная, 3 - сильная, 4 - очень слабое, А - активное, И- интенсивное
а также при развитии естественного почвообразовательного процесса;
- контролирование состояния ПРК для выдачи своевременных рекомендаций по применению регулирующих мероприятий.
Освоение ПРК в условиях повсеместного распространения многолетней мерзлоты способствует интенсивному развитию термокарстовых процессов и резкому снижению плодородия торфянистого горизонта вследствие его иссушения, деструкции и изменения окислительно-восстановительного потенциала. Формально, традиционные приемы их освоения направлены на повышение температуры деятельного слоя посредством изменения естественного теплообмена между почвой и атмосферой. С одной стороны, это способствует увеличению поступления тепла вглубь и снижению энергозатрат на таяние льда, с другой - уменьшению теплообеспеченно-сти корнеобитаемой зоны. В конечном итоге, вы-таивание многолетнемерзлых пород и тепловые просадки поверхности растягиваются во времени, активизируясь лишь в отдельные годы. В итоге происходит формирование криогенного нано-рельефа поверхности. Решение поставленной проблемы достигается применением ландшафт-но-адаптивных экологически обоснованных технологий мелиоративного преобразования криогенных почв, обеспечивающих максимальную степень адаптации мерзлотных экосистем с направленностью природных процессов.
Основным принципом создания устойчивых экосистем является применение системы мелиоративных мероприятий, основанной на использование биоклиматических ресурсов, учете хода естественных процессов в экосистемах и оптимизации природопользовании. Целесообразность
1805
применения той или иной технологии освоения и последующего использования земель должны обосновываться посредством выявления специфики дифференциации и функционирования ландшафтной среды, в структуру которой "встроены" используемые территории. Следовательно, система землепользования на территории водохранилища и прилегающей к ней местности должна иметь экологически сбалансированную функционально-динамическую комплексность, опирающуюся на знание экологических функций почв и других компонентов ландшафтов, их пространственно-временной изменчивости (Добровольский, Никитин, 1990). При этом объективность привязки системы к специфике местных условий достигается тремя уровнями: зональным, региональным и ландшафтным.
В обобщенном виде схема рационального использования и оптимизации экологического состояния ПРК в условиях криолтозоны при гидростроительстве включает в себя три основных блока (табл. 2).
Первый блок состоит из климатических факторов: I - недостаток тепла, 2 - сухость климата, 3 - избыток влаги, 4 - наличие многолетней мерзлоты; второй блок учитывает почвенные факторы: 5 - застойное переувлажнение, 6 - холодность профиля, 7 - высокая кислотность, 8 - недостаток ЫРК и микроэлементов, 9 - загрязнение тяжелыми металлами, 10 - низкое содержание органичес-
кого вещества; третий блок (наличие эрозионных процессов): II - дефляция, 12 - криотурбация, 13 - солифлюкция, 14 - термоэрозия, 15 - термокарст, 16 - деградация торфяников, 17 - тиксотропия, 16 - паводковые явления в поймах.
Концепция рационального использования ПРК зоны воздействия водохранилища основана на оценке особенностей функционирования ландшафтов территории и их трансформации в процессе эксплуатации гидроузла. Положения концепции базируются на оценке биопродуцион-ных параметров, роли биологического круговорота в функционировании доминирующих типов почв, их устойчивости к антропогенному прессу, разработке нетрадиционных экологически сбалансированных технологий землепользования применительно к условиям длительно-сезонной и многолетней мерзлоты. Использование почвенных ресурсов должно быть ориентировано на экологически возможное сбалансирование факторов природной среды и антропогенных воздействий с учетом их регламентации в конкретной природно-климатической обстановке горного ландшафта и мирового опыта освоения северных территорий в целом. Система землепользования должна иметь экологически обусловленную функционально-динамическую комплексность, опирающуюся на совокупность основных компонентов ландшафта, их пространственно-временную изменчивость. Объективность привязки к специ-
Таблица 2. Экологические основы рационального использования почв района гидроузла
Экспертно-прогно зный блок
Почвы Лим итирующие свойства почв Уровень продуктивности Уровень плодородия Устойчивость Оптимизация состояния
Примитив ные щебнистые Подбуры тундровые 1,6,8,11 2,8,10,11 <0,47 0,47-0,48 I III 3 -
Криоземы 2,4,6,7,8 0,58-0,61 VIII 4 3,4,6,7,11
Таежные глеевые и глееватые 2,4,6,7,8 0,61-0,64 ГС-Х 5 3,5,6,7,11
Подбуры таежные 2,7,8,10 0,61-0,64 VIII 8 1,6,7,8
Торфяные болотные 1,3,8,15,16 0,50-0,51 V 6 1,2,4,5.11
Торфянисто -и торфяно -глеевые болотные 1,3,8,14,15 0,51-0,53 V-VI 6 1,2,4,5
Пойме нные болотные 3,7,8,15 0,70-0,73 XIII 7 1,2,7,8
Пойме нные мелкодерновые 2,8,11,12 0,73-0,76 Х^-ХУ 10,11 3,7,8
1806
фике местных условий достигается тремя уровнями: зональным, региональным и ландшафтным.
Оценка самого воздействия включает в себя три основных этапа: а) определение исходного состояния «без воздействия», б) прогноз будущего состояния «без воздействия», в) прогноз будущего состояния «при воздействии».
Определение исходного состояния. Оценка изменения ПРК предполагает знание его современного фонового состояния. Сложность решения этой проблемы заключается в том, что природные системы, помимо присущей им динамичности, содержат в себе компоненты с циклическими и случайными изменениями. В этой связи даже в условиях постоянного мониторинга определение исходных параметров отражает некоторую степень субъективности и неопределенности.
Прогнозирование изменений состояния по-чвенно-растительных комплексов под влиянием антропогенных воздействий. Начальный этап прогнозирования заключается в констатации факта изменения состояния ПРК и определения динамики этого процесса. При этом возможны следующие варианты: темп изменения замедлен, достижение новых равновесных условий, быстрые изменения, крупные флуктуации.
Прогноз будущего состояния при отсутствии воздействия. Созданию предпосылки объективного изучения антропогенных воздействий предшествует оценка будущего состояния ПРП в отсутствии деятельности. Эта часть анализа в целом представляет собой сложную междисциплинарную задачу. Часто прогноз оказывается неопределенным, что обуславливает необходимость установления степени неопределенности в количественных показателях.
Прогноз будущего состояния при наличии воздействия. Для каждого из намеченных видов воздействия или их допустимых сочетаний прогнозируется вероятное изменение ПРК и сравнение его с изменением, которое должно было бы произойти при отсутствии антропогенного воздействия, т.е. в естественном состоянии. Прогнозы должны быть привязаны к определенным интервалам времени развития природной среды «при наличии» и «при отсутствии» воздействия, что возможно выявить при проведении экологического мониторинга природной среды.
Показатели воздействия. Показатели воздействия - это элемент или параметр, с помощью которого устанавливается степень влияния на ПРК. Некоторые показатели, например, продуктивность, выражаются в количественных величинах, другие ранжируются по качественной шкале типа «хороший - лучший - наилучший» или «приемлемый - неприемлемый».
Выбор показателей часто является решаю-
щим моментом в процессе оценки воздействия. Чаще всего пользуются показателями стандартов качества почвы, воды, воздуха, установленными законодательным путем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Обеспечение охраны и рационального использования почвенно-растительных комплексов должно основываться на учете особенностей их функционирования в целостной системе конкретного ландшафта, а также на применении экологически обоснованных технологий освоения и использования природных ресурсов. В силу этого, создание благоприятных условий для использования природных ресурсов в нижнем бьефе гидроузла и в районе водохранилища обеспечивается применением специальных инженерных мероприятий по предотвращению криогенной деформации земной поверхности в сочетании с четким целевым обоснованием направленности хозяйственной деятельности.
2. Землепользование должно базироваться на ландшафтно-адаптивных экологически обоснованных технологиях в сочетании с освоением минерально-сырьевых ресурсов (агроруд, отходов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности).
3. Рациональное использование почвенно-растительных комплексов следует ориентировать на экологически допустимое сбалансирование факторов природной среды и антропогенных воздействий с учетом их регламентации в конкретной природно-климатической обстановке и мирового опыта освоения северных территорий в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ракита С.А. Природное районирование // Север Дальнего Востока. М. : Наука, 1970. С. 335-377.
2. Пугачев А А., Тихменев Е.А., Гаджиев А.Р. Экологическое состояние почвенно-растительных комплексов зоны строительства Усть-Среднеканской ГЭС на реке Колыме // Проблемы региональной экологии. №3. 2009. С. 80-84.
3. Пугачев А.А., Тихменев Е.А. Новые подходы к оценке эколого-ресурсного потенциала почв Северо-Востока России // Естественные и технические науки. Науки о Земле. 2009. № 2 (40). С. 258-262.
4. Реутт А.Т. Растительность // Север Дальнего Востока. М. : Наука, 1970. С.257-299.
5. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах (экологическое значение почв). М.: Наука, 1990. 261 с.
6. Васильев А.В. Обеспечение экологической безопасности в условиях городского округа Тольятти: учебное пособие. Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2012. 201 с.
7. Васильев А. "Зеленая политика": проблемы и структура // Pro et Contra. 2002. Т. 7. № 1. С. 84-93.
1807
8. Васильев А.В., Перешивайлов Л.А. Глобальный экологический кризис и стратегии его предотвращения. Учебное пособие. Тольятти, 2003.
9. Заболотских В.В., Васильев А.В., Терещенко Ю.П. Комплексный мониторинг антропогенного загрязнения в системе обеспечения экологической безопасности города //Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2012. № 2. С. 58-62.
10. Vasilyev A.V., Gusarova D.V. Analysis of lubricating cooling liquids negative influence to the human's health and the ways of it reduction // Safety of Technogenic Environment. 2013. № 4. C. 37-41.
11. Vasilyev A.V., Zabolotskikh V.V., Vasilyev V.A. Development of methods for the estimation of impact of physical factors on the health of population // Safety of Technogenic Environment. 2013. № 4. C. 42-45.
ANTHROPOGENOUS TRANSFORMATION AND PRINCIPLES OF OPTIMIZATION OF SOIL-VEGETATION COMPLEXEA OF THE ZONE OF UST-SREDNECAN HPS ON KOLYMA
© 2014 A.A. Pugachev1, G.V. Stanchenko1 2
1 Institute of biological problems of North of FEB the RAS, Magadan 2 North-Eastern State University, Magadan
Anthropogenic influence on a condition of soil - vegetative complexes is considered. Ecological bases of rational use natural communities of the hydro-power station zone are discussed. Key words: soil, vegetation, a complex, optimization, hydropower station.
Alexey Pugachev, Doctor of Biological Sciences, Leading Research Fellow of the Institute of Biological Problems of the North of the FEB RAS. E-mail: [email protected] Galina Stanchenko, Junior Scientist of the Institute of Biological Problems of the North of the FEB RAS, Postgraduate Student of North-Eastern State University. E-mail: [email protected]
1808
