CC BY
60
УДК 631.95:550.424
Т. М. ЕГОРОВА
ЭКОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ И РАЙОНИРОВАНИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ
(Поступила в редакцию 25.01.14)
Изложены принципы и задачи целевого агроэкологиче-ского районирования земель сельскохозяйственного использования. Обобщены подходы к районированию агролан-дшафтов. Рассмотрено влияние процессов геохимической миграции на качественную деградацию земельних ресурсов. Предложена методология целевой оценки и районирования агроландшафтов, включающая анализ агроэко-логических процессов. Разработана таксономическая типология агроландшафтов, основанная на классификации ландшафтно-геохимических факторов их формирования. Разработана система эколого-геохимических параметров для количественной оценки ведущих агроэкологи-ческих процессов. Предложены количественные критерии эколого-геохимических параметров для оценки техногенного загрязнения агроценозов при различных условиях поступления загрязнителей.
We have described the principles and tasks of target agro-ecological localization of agricultural lands. We have generalized approaches to agro-landscapes localization, examined the influence of geochemical migration processes on qualitative degradation of land resources. We have suggested methods of target estimation and localization of agro-landscapes, which include the analysis of agro-ecological processes, and developed taxonomic typology of agro-landscapes, based on the classification of landscape-geochemical factors of their formation. We have developed a system of ecological-geochemical parameters for the quantitative estimation of the main agro-ecological processes, and suggested quantitative criteria of ecological-geochemical parameters for the estimation of technogenic pollution of agrocenoses taking into account different sources of pollution.
Введение
Агроландшафты являются важнейшей социально-экономической составляющей земельных ресурсов. Они занимают 68,4 % площади Украины, 43,1 % - Беларуси, 37,9 % -мировой суши. Особенности почвенного покрова традиционно рассматриваются как главный способ сельскохозяйственного производства, а существующая урожайность - как показатель его эффективности. Однако в современных условиях глобальных процессов качественной деградации земель, взаимосвязи в системе почва-агроценозы приобрели сложный поливариантный характер, требующий комплексного экологического анализа и систематизации. Такой экологический анализ может строиться на ландшафтно-геохимических принципах и включать оценку как структуры, так и процессов, происходящих в компонентах ландшафтов. Для решения экологических задач целесообразно выделять группу агроэколо-гических процессов, влияющих на перераспределение вещества в компонентах агроландшафтов.
Характер исследуемых агроэкологических процессов и территориальные их особенности определяют цели и задачи выполняемого районирования. Так, качественная деградация земель связана с определенными эколого-геохимическими процессами - химическое загрязнение и самоочищение (почв, вод, атмосферного воздуха), обеспеченность почв гумусом и агроценозов эссенциальными элементами, агрохимическая мелиорация, ремедиация почв, эвтрофикация водоемов, площадная эрозия, и др. Основой для оценки территориальных особенностей их развития является методология геохимия ландшафтов, а методом пространственного моделирования должно стать целевое ландшафтно-геохимическое районирование территорий для решения одной или комплекса экологических задач. Многолетние исследования автора были посвящены вопросам целевого районирование территории Украины для решения задач радиоэкологии, биогеохимии, рекреационных ресурсов, геохимического и экологического картирования [3, 6, 7, 8].
Для решения задач, связанных с экологическими процессами на землях сельскохозяйственного использования, автором разработана таксономическая классификация агроландшафтов, включающая согласованную систему их эколого-геохимических параметров и оценок. Предложенная система критериев позволяет расширить экологическое обоснование современных методов земледелия и планирования сельскохозяйчственных земель в целом.
Анализ источников
Исследования процессов природной, а в дальнейшем и техногенной, миграции в ландшафтах открыли путь для синтеза знаний о фитоценозах, зооценозах, атмосферном воздухе, водах, почвах, геологических породах и влиянии на них определенных аспектов антропогенной деятельности - главным образом устойчивого химического и радиоактивного загрязнения. В результате исследований А. И. Перель-мана, М. А. Глазовской, К. И. Лукашова, Б. Ф. Мицкевича 60-70-х гг. XX в. доказано, что геохимический ландшафт приобрел значение структурной единицы при изучении верхней части зоны гипергенеза [4, 8, 9, 11, 13]. Изучению агроландшафтов как сельскохозяйственных территорий с однотипными поч-венно-климатическими условиями и определенными особенностями миграции химических элементов посвящены исследования А. И. Перельмана, Н. А. Алексеенко, Н. К. Чертко, В. М. Гуцулюка [4, 5, 18, 19]. Идентификации функционального использования агроландшафтов как важнейшей составляющей
их классификации и районирования, посвящены работы И. А. Морозовой, А. А. Головина, а также автора [6, 7, 12, 15]. Особое место в теории и практике геохимии ландшафтов принадлежит ландшафтно-геохимическому районированию, как общенаучному, так и целевому [3, 5, 8, 11-15].
До настоящего времени задачами целевого районирования агроландшафтов является довольно узкий круг вопросов, посвященных главным образом оптимизации использования агроландшафтов на основании их плодородия и урожайности сельскохозяйственных культур, развитию процессов эрозии пахотных земель, проведению адаптативной и защитной мелиорации. Решению этих вопросов на отдельных территориях Беларуси, Украины и России посвящены работы Н. К. Чертко, О. И. Фурдычко, А. И. Тарарико, В. А.Баранова, Г. И. Лысанова, Г. М. Пшиходского, Л. В. Петровой и др. авторов [14, 16, 17, 19]. Анализ геохимической составляющей агроландшафтов наиболее широко проводился при подготовке многоцелевого геохимического картирования территории России; он включал систематизацию природно-хозяйственных условий, оценки геохимической специализации сельскохозяйственных почв, интегральную категоризацию загрязнения и потенциала плодородия почв [15].
Представленные нами исследования являются результатами системной классификации и районирования агроландшафтов Украины, основанных на ландшафтно-геохимических принципах и включающих количественные параметры оценки природных и техногенных процессов миграции как эс-сенциальных (жизнеобеспечивающих) микроэлементов, так и токсичных концентраций тяжелых металлов и радионуклидов. Целевая категоризация параметров компонентов агроландшафтов позволяет прогнозировать особенности качественной деградации почв, вод и агроценозов, а также перейти к их пространственному ранжированию по степени эколого-геохимической опасности.
Методы исследования
Методика эколого-геохимической параметризации и оценки агроландшафтов для проведения целевого агроэкологического районирования основана на принципах геохимии ландшафтов. Суть этих принципов заключается в том, что каждый агроландшафт является территорией с однородными факторами и условиями миграции химических элементов. По этой причине, дифференцированость экологических параметров для компонента определенного агроландшафта может рассматриваться как единая статистическая совокупность данных. Наряду с этим использование общенаучного метода аналогий для полученных результатов является возможным только с учетом результатов ландшафт-но-геохимического районирования территорий.
Методика исследований включает 4 последовательных взаимообусловленных этапа.
Первый этап - типология природных и техногенных факторов формирования агроландшафтов и разработка системы эколого-геохимических параметров с учетом изученности земель сельскохозяйственного использования; объект исследований - агроландшафт - рассматривается как территория с однородным строением топической структуры, функциональным использованием и определенными особенностями агроэкологических процессов.
Второй этап - создание информационной базы данных геохимических и эколого-геохимических параметров компонентов агроландшафтов (почв, поверхностных и подземных вод, аллювиальных отложений, почвообразующих пород, живого вещества агроценозов и природной растительности, др.); банки данных включают единый набор непараметрических атрибутов и специфические для каждого компонента атрибуты параметрические.
Третий этап - количественная оценка агроэкологических процессов и их прогнозирование на основе эколого-геохимических критериев состояния компонентов топической структуры агроландшафтов.
Четвертый этап - пространственное моделирование агроэкологических процессов и районирование агроландшафтов; в соответствии с задачами целевого районирование проводится систематизация агроландшафтов и, при необходимости, выполняется комплексное прогнозирование эколого-геохимической опасности; для этого используется прогнозирование как качественное, методом экспертной оценки (как правило в баллах), так и количественное с использованием статистических методов регрессионного либо факторного анализа.
Основная часть
Научным обоснованием для пространственного анализа качественной деградации и урожайности земель, агрохимического мониторинга и сбалансированного развития аграрного сектора экономики Украины могут стать соответствующие целевые карты агроэкологического районирования. Начальным этапом такого районирования является типология природных и техногенных факторов формирования агроландшафтов, которая включает информативные количественные параметры перераспределения вещества между атмосферным воздухом, биоценозами, почвами, почвообразующими и подстилающими породами, поверхностными и подземными водами. С этой целью для территории Украины нами обобщены природно-техногенные факторы формирования агроландшафтов, определяю-
щие основные агроэкологические процессы. На этой основе разработана таксономическая типология агроландшафтов и их эколого-геохимическая параметризация, позволяющая согласовано выполнять разномасштабное районирование территорий (табл. 1).
Таблица 1. Таксономическая классификация и эколого-геохимическая параметризация перераспределения вещества в агроландшафтах
Таксономическая категория агроландшафтов Ландшафтно-геохимический фактор районирования Ведущий агроэкологический процесс Информативные эколого-геохимические параметры Характеристика эколого-геохимического параметра
Ряд Функциональное зонирование земель сельскохозяйственного использования Соотношение природной и техногенной составляющей агроге-охимических процессов Нарушенность природной структуры ландшафта по И. А. Морозовой (НПЛ) Системное изменение особенностей природных процессов, определенное сельскохозяйственной деятельностью [15]
Тип Природная биоклиматическая зональность Водная физико-химическая миграция в агроландшафте Коэффициент ионной силы растворов по Е. Е. Беляковой (КИС) Соотношение в водах сумм анионов кислот сильных (В042", С1" , ЫОз ") к слабым (ЫС03" , СОз 2") [2]
Семейство Растительный покров Биогенная миграция в системе почва-агроценоз Фитомасса и продуктивность биоценозов по Н. И. Базилевичу (Б, П) Природная фитомасса и продуктивность, урожайность агроценозов [1, 13]
Класс Почвенный покров Поглощающая способность почв Класс почвенной миграции по А. И. Пе-рельману и коэффициент почвенной емкости по Т. М. Егоровой (КПЕ) Типоморфные макроэлементы почвенной миграции и произведение емкости почвенного поглощения на содержание гумуса [7, 13]
Род Рельеф поверхности Денудация и поверхностная механическая миграция вещества Густота расчленения и углы склонов мор-фоструктур, морфо-скульптур, элементов рельефа по А. И. Спиридонову (РР) Преобладающая морфометрия геоморфологических элементов [2]
Вид Почвообразую-щие породы Первичная обеспеченность агроценозов химическими элементами Кларки концентрации по В. И. Вернадскому (КК) Соотношение содержания элементов в нижних горизонтах почв к их кларкам [2]
Функциональность Антропогенное использование Техногенное загрязнение атмосферного воздуха, почв и вод токсичными соединениями Суммарный показатель загрязнения по Ю. Е. Саету (СПЗ) Сумма превышений более 2- х раз содержаний химических элементов 1-3-го классов токсичности над фоновым содержанием в агроландшафте [15]
Критерии эколого-геохимических параметров, разработанные автором на основе информационной базы ландшафтов Украины, использовались для геоэкологического районирования территории Украинского щита, медико-геохимической оценки ландшафтов Полесья Беларуси и Украины, гидролито-химических исследований Украины и др. [3, 6]. Целевая агроэкологическая оценка земель сельскохозяйственного использования территории Украины была выполнена для решения двух типов задач: прогноза интенсивности техногенного загрязнения агроценозов в условиях поступления загрязнителей: во-первых, с атмосферными выпадениями и, во-вторых, с почвенными растворами. Критерии эколого-геохимических параметров для систематики агроландшафтов и дальнейшего их районирования в пределах указанных задач, обобщены в таблице (табл. 2).
Таблица 2. Критерии эколого-геохимических параметров для целевой оценки и районирования агроландшафтов
Таксономическая категория агроланд-шафтов Эколого-геохимические параметры Категории эколого-геохимических параметров и соответствующие им главные ландшафтно-геохимические факторы Оценка техногенного загрязнения агроценозов (в баллах) в условиях поступления загрязнителей
с атмосферными выпа-денииями с почвенными растворами
1 2 3 4 5
Ряд Нарушенность природной структуры ландшафта (НПЛ) НПЛ < 15 % (преимущественно природные агроландшафты) 1 1
НПЛ = 15-30 % (техногенно-природные аглоландшафты) 2 2
НПЛ = 40-50 % (природно-техногенные агроландшафты) 3 3
НПЛ = 50-60% (техногенные агроландшафты) 4 4
1 2 3 4 5
Тип Коэффициент ионной силы растворов (КИС) КИС< 0,5(неметаморфизованные воды) 1 3
КИС = 0,5-4 (воды начальной метаморфизации) 2 2
КИС > 4 (воды средней и высокой метаморфизации) 3 1
Семейство Фитомасса биоценозов надземная (Б) Б = 300-400 т/га (смешанные широколиственно-сосновые и широколиственные леса) 1 3
Б = 25-90 т/га (луговые степи и степные луга) 2 2
Б = 15-20 т/га (разнотравные и злаковые степи) 3 1
Класс Коэффициент почвенной емкости (КПЕ) КПЕ = 7-76 (кислые классы почв) 1 4
КПЕ = 120-180 (солонцеватые классы почв) 2 3
КПЕ = 190-228 (кальциевые классы почв) 3 2
КПЕ = 240-306 (кислые глеевые классы почв) 4 1
Род Густота расчленения рельефа (РР) РР > 2 км (слабо расчлененные плоско-волнистые равнины) 3 3
РР = 2-0,1 км (средне расчлененные холмистые равнины) 2 2
РР < 0,1 км (сильно расчлененные горные структуры) 1 1
Вид Кларки концентрации (КК) КК< 0,5(песчаные и супесчаные отложения) 1 3
КК = 0,5-1,5 (лессы и лессовидные суглинки) 2 2
КИС > 1,5 (глинистые и щебнисто-суглинистые отложения) 3 1
Функциональность Суммарный показатель загрязнения почв и вод тяжелыми металлами (СПЗ) СПЗ < 16 (допустимое загрязнение) 1 1
СПЗ = 16-32 (умеренно опасное загрязнение) 2 2
СПЗ = 32-128 (опасное загрязнение) 3 3
СПЗ > 128 (чрезвычайно опасное загрязнение) 4 4
В зависимости от целей агроэкологического районирования представленная система эколого-геохимической оценки агроландшафтов может дополняться агрохимическими и биогеохимическими параметрами при условии наличия площадной количественной информации для их расчета и анализа. Для этого в систему таксономической классификации могут быть введены, например, подтипы, подсемейства, подклассы агроландшафтов. Результирующим этапом представленной оценки и районирования является выделение таких агроландшафтов, которые характеризуются однородностью по всем рассмотренным критериям. Суммирование балов оценки техногенного загрязнения, либо другого агроэкологического процесса, позволяет в условных цифрах сопоставить территории как по структуре, так и уровню развития процессов либо их экологической опасности.
Именно такие структуры представляют собой территориальные единицы для разработки методов управления агроландшафтами, включая решение вопросов агротехнологий, особенностей севооборотов, выбора сельскохозяйственных культур, лесомелиорации.
Заключение
Ландшафтно-геохимические принципы классификации и районирования агроландшафтов обеспечивают научную основу для экологической оценки процессов физико-химической и биогенной миграции как эссенциальных, так и токсических доз химических элементов. Перераспределения вещества в системе почва-агроценоз как ключевой части агроландшафта в значительной мере обусловлено всеми компонентами его топической структуры и особенностями функционального использования. Переход от общенаучного к целевому районированию обуславливает конкретизацию задач исследований и соответствующий им выбор количественных эколого-геохимических критериев. Преобладание локального уровня исследований на землях сельскохозяйственного использования при отсутствии информативного агроэкологического районирования существенно снижает достоверность использования полученных результатов на других территориях. Активизация процессов геохимического рассеивания в условиях эрозии и подтопления, а также гидромелиорации земель, указывает на актуальность эколого-геохимических параметров и критериев для решения практических задач агроэкологии. Для анализа сельскохозяйственных земель предложено проводить исследования комплекса взаимосвязанных ландшафтно-геохимических факторов и агроэкологических процессов - соотношение природной и техногенной составляющей, физико-химическую и биогенную миграцию, поглощающую способность почв, механическую денудацию поверхности, природную обеспеченность почв эссенциальными элементами и техногенное загрязнение. Для количественного анализа указанных процессов предложен комплекс, включающий параметры геохимические, агрохимические, биогеохимические, геоморфологические и экологические. Критериями экологического состояния агроланд-шафтов для их целевой оценки и районирования является категоризация выбранных параметров и причинно-следственные взаимосвязи между эколого-геохимическими процессами и целевой задачей
районирования, что рассмотрено на примере экспертной оценки техногенного загрязнения агроцено-зов для условий различных источников поступления загрязнителей.
Управление агроландшафтами и обеспечение их сбалансированного развития, как правило, имеет целевой характер и ориентировано на разрешение определенных проблем аграрного сектора экономики. Целевое районирование агроландшафтов на основе комплекса количественных оценок перераспределения вещества сможет определить специфику мелиоративных и технологических мероприятий для оптимизации развития сельскохозяйственных земель.
ЛИТЕРАТУРА
1. Базилевич, Н. И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии / Н. И. Базилевич. - М.: Наука, 1993. - 293 с.
2. Беус А. А. Геохимия окружающей среды. / А.А. Беус, Л.И. Грабовская, Н.В. Тихонова. М.: Недра, 1976. -248 с.
3. Галецкий, Л. С. Ландшафтно-геохимические аспекты здоровья населения Полесья Украины и Беларуси / Л. С. Га-лецкий, Т. М. Егорова, А. В. Матвеев, В. Е. Бордон. // Геолопчний журнал НАН Украши. - 2007. - №1. - С. 56-65.
4. Глазовская, М. А. Геохимические основы типологии и методики исследования природных ландшафтов / М. А. Глазовская. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1964. - 230 с.
5. Гуцуляк В. М. Ландшафтознавство: теор1я i практика / В. М. Гуцуляк. - Чершвщ, 2010. - 168 с.
6. Егорова, Т. М. Ландщафтно-геохiмiчнi основи геохiмiчного картографування Украшсько щита / Т. М. Егорова, Ю. А. Амашукел^ Г. О. Акiнфieв, С. В. Клос // Мшеральш ресурси Украши. - 2007. - № 1. -- С. 6-17.
7. Егорова, Т. М. Актуальш питання еколого-геохiмiчного картування Украши / Т. М. Егорова // Проблеми прикладшл геох^мл. - К.: 1ГМР, 1999. - С. 63-66.
8. Егорова, Т. М. Ландшафтно-геохiмiчна структура територп Украши як методолопчна основа еколого-геохiмiчних доопджень / Т. М. Егорова. //Еколог1я та охорона довкшля. - 2003. - №2. - С. 71-77.
9. Лукашов, К. И. Геохимия ландшафтов / К. И. Лукашов, В. К. Лукашов. - Минск: Вышэйш. школа, 1972. - 358 с.
10. Методические рекомендации по рациональному применению комплексов геохимических методов поисков рудных месторождений при крупномасштабном геологическом картировании (для условий Украинского щита) / [Е. И. Ольшевская и др.]. - К.: ЦТЭ "Укргеология", 1988. -- 250с.
11. Мщкевич, Б. Ф. Основи ландшафтно-геох^мичного районування / Б. Ф. Мшкевич, Ю. Я. Сущик. - К.: Наукова думка, 1981. - 176 с
12. Морозова, И. А. «Горячие точки» отечественного эколого-геохимического картирования и картографирования / И. А. Морозова, Н. Н. Москаленко. // Прикладная геохимия. - 2001. -Вып.2. Экологическая геохимия. - М.: ИМГРЭ. - С. 99-111.
13. Перельман, А. И. Геохимия ландшафтов / А. И. Перельман. - М.: Высшая школа, 1975. - 342 с.
14. Петрова, Л. Е. Агроландшафтное районирование Республики Мордовия: дис. ... канд. геог. наук: 25.00.23 / Л. Е. Петрова. - Смоленск, 2003. - 174 с.
15. Требования к производству и результатам многоцелевого геохимического картирования масштаба 1:200 000. / [А. А. Головин, А. И. Ачкасов, К. Л. Волочкович и др. ]; под ред Э. К. Буренкова. М.: ИМГРЭ, 2002. - 92 с.
16. Тарарико, О. Г. Основш фактори сталого розвитку агроеколопчних систем i сшьскогосподарських ландшафтав / О. Г. Тарарико. // Проблеми сталого розвитку Украши. - К.: Лiбра, 1998. - С. 254-268.
17. Фурдичко, О.1. Основи управлшня агроландшафтами Украши / О. I. Фурдичко, А. П. Стадник. - К.: Аграрна наука, 2012. - 384 с.
18. Чартко, М. К. Асновы геахiмii / М. К. Чартко. - Мшск: БДУ, 2001.- 69 с.
19. Чертко, Н. К. Геохимия агроландшафтов Белоруссии и их оптимизация: автореф. дис. ... доктора геогр. наук: 11.00.01 / Н. К. Чертко. - М., 1991. - 40 с.
