Площадь засушливых земель равнин России Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2009, том 15, № 1 (37)

=————— СИСТЕМНОЕ ИЗУЧЕНИЕ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

УДК 551.5

ПЛОЩАДЬ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ РАВНИН РОССИИ1

© 2009 г. А.Н. Золотокрылин, Е.А. Черенкова

Институт географии Российской академии наук Россия, 109017Москва, Старомонетный пер., 29, E-mail: [email protected]

Реферат. Определены северная граница и площадь засушливых земель равнин России в условиях современного климата в соответствии с рекомендацией Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием. Представлена карта-схема распределения коэффициента увлажнения, в котором испаряемость вычислена по методу К. Торнтвейта. Площадь засушливых земель равнин России не превышает 0,7 млн. км2. В дискуссии приведены доводы в пользу того, чтобы граница засушливых земель принималась во внимание в оценках опустынивания/деградации для уменьшения разброса данных.

Ключевые слова: засушливые земли, опустынивание, деградация земель, коэффициент увлажнения, испаряемость по методу К. Торнтвейта.

Деятельность человека изменяет экосистемы, делая их неустойчивыми. В случае устойчивого снижения биоразнообразия, биологической и экономической продуктивности экосистем этот процесс определяется как деградация земель. Деградация выражается уменьшением продуктивности, ухудшением физических, химических или биологических свойств почв из-за ветровой и/или водной эрозии, долговременной утратой природной биоты. В итоге нарушается экологический баланс и происходит деградация земель.

Опустынивание является специфическим случаем деградации засушливых земель (аридных, семиаридных и сухих субгумидных) в результате действия разных факторов, включая вариации климата и деятельность человека (Report ..., 1992; Unated ..., 1994). По рекомендации Конвенции по борьбе с опустыниванием ООН (Unated ..., 1994) границы засушливых земель выделяются на основании значения отношения среднего ежегодного уровня осадков к потенциальной эвапотранспирации (испаряемости), которое колеблется в диапазоне от 0,05 до 0,65.

Определение опустынивания в Конвенции четко обозначает территорию борьбы с ним -засушливые земли. Это положение зафиксировано в тексте Конвенции и в Приложении I об осуществлении Конвенции на региональном уровне для Африки (статья 1, Unated ..., 1994). Таким образом, из определения следует, что природные предпосылки опустынивания в более влажных условиях, вне засушливых земель, выражены очень слабо. В этом случае преимущественное значение приобретает антропогенная деградация земель.

В последующих документах Конвенции территория исследования значительно выходит за пределы засушливых земель. Отнесение к затрагиваемым опустыниванием районам деградированных деятельностью человека субгумидных и гумидных земель вносит значительную неопределенность в оценки распространения опустынивания.

Например, уже в Приложении II об осуществлении Конвенции на региональном уровне для Азии термин «засушливые земли» не упоминается, а говорится, что «большая доля территории этих стран приходится на районы, подверженные опустыниванию или засухе или находящиеся под их угрозой. » (статья 2, Unated ..., 1994). Эта тенденция прослеживается и в Приложении III для Латинской Америки и Карибского бассейна.

Территория осуществления действия Конвенции еще больше расширяется, если

1 Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 07-05-00593).

5

ознакомиться с Приложением IV для Северного Средиземноморья. Ей свойственны «полузасушливые климатические условия на значительной ее части, сезонные засухи, очень высокая изменчивость количества выпадающих осадков и внезапное выпадение осадков большой интенсивности» (статья 2; Цпа!её ..., 1994).

И, наконец, в Приложении V для Центральной и Восточной Европы территория осуществления действия Конвенции характеризуется «многообразием форм деградации земель в различных экосистемах региона, включая последствия засухи и риск опустынивания в районах подверженных водной и ветровой эрозии почв» (статья 2; Ипа1её ..., 1994).

Следует заметить, что основная часть этой территории представлена гумидными землями. Она деградировала в результате деятельности человека, подвержена эпизодическим засухам, но риск ее опустынивания остается ничтожно малым. Фактически Приложение V ориентирует на расширение территории осуществления действия Конвенции и в большей степени направлено на борьбу с деградацией земель, чем с опустыниванием. В этом случае возникает иллюзия наступления опустынивания из-за учета дополнительно деградированных сельскохозяйственных земель. В более поздних документах Конвенции для Центральной и Восточной Европы речь идет в основном о деградации, риске опустынивания и засухе.

Подобное понимание опустынивания нашло отражение в Национальных программах действий по борьбе с опустыниванием (НПДБО) стран Центральной и Восточной Европы. В России оно привело к росту площади затрагиваемых опустыниванием районов в основном за счет неоправданного включения деградированных субгумидных и отчасти гумидных земель на юго-востоке Европейской России (Субрегиональная., 2000). Ранее на это обстоятельство обратили внимание некоторые исследователи (Гунин, Панкова, 2004; Гунин, Микляева, 2006), когда анализировали российские субрегиональные НПДБО. Они справедливо отметили несостоятельность включения в зону опустынивания деградированных сельскохозяйственных земель в относительно благоприятных для земледелия районах.

Принимая вышесказанное во внимание, целесообразно применять не двойной термин опустынивание/деградация как это делается в последних документах по осуществлению Конвенции, а говорить об опустынивании засушливых земель и деградации субгумидных и гумидных. Применительно к равнинам России важно строго в соответствии с рекомендациями Конвенции определить границу засушливых земель. Для этого надо знать пространственное распределение коэффициента увлажнения, т.е. отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости, вычисленной по методу К. Торнтвейта (Thornthwait, 1948).

Таким образом, цель статьи заключается в определении северной границы засушливых земель России на основании расчета коэффициента увлажнения, в котором испаряемость определена по методу К. Торнтвейта (КУТ). Расчет КУТ планируется на основе обновленной и более детальной базы метеорологических данных. С помощью современных ГИС-технологий предполагается построение карты-схемы КУТ и определение площади засушливых земель равнинной части России. В дальнейшем выделенную на основании указанного показателя общую площадь засушливых земель можно рассматривать в качестве предельной при оценке возможности развития опустынивания на равнинах России в условиях современного климата. Насколько нам известно из литературы, подобной работы в России не проводилось.

Методика построения коэффициента увлажнения Торнтвейта

Территория исследования представлена суббореальными равнинными ландшафтами по классификации А.Г. Исаченко (Ландшафтная карта, 1988).

В работе были использованы архивы данных наблюдений за температурой воздуха и суточными суммами осадков за период 1936-2000 гг.: архив ежедневных данных (Архив

данных ВНИИГМИ-МЦД), архив срочных данных (Archive of NCDC). Результаты получены по данным 118-ти метеостанций, находящихся на равнинной территории России и сопредельных государств.

Рекомендованный Конвенцией коэффициент увлажнения К. Торнтвейта неплохо обеспечен данными наблюдений для его расчета. Он представляет собой отношение ресурсов влаги к потребности во влаге, определяемой через испаряемость (Thornthwaite, 1948):

Р

КУТ = , (1)

Е

О год

где Ргод - годовая сумма осадков, мм, а ЕО год - испаряемость за год, мм.

Испаряемость считается функцией температуры. Она рассчитывается по формуле (Thornthwaite, 1931):

К Торнтвейт = 1.6(101/1)° (2)

где ЕОТорнтвейт - испаряемость, см мес-1; Т - средняя месячная температура воздуха, °С;

а = f(I), где I - тепловой индекс с поправкой на широту.

В расчет годовой испаряемости входят только месяцы с положительной средней месячной температурой воздуха.

Алгоритм расчета испаряемости описан в энциклопедической статье «Эвапотранспирация» (Oliver, 1987).

Карта пространственного распределения рассчитанных за период 1936-2000 гг. среднемноголетних значений КУТ была создана с использованием геоинформационной системы MapInfo. При построении изолиний со значениями индекса влажности в качестве интерполяционного функционала применялся метод кригинга.

Схема и площадь засушливых земель равнин России

На рисунке представлены изолинии КУТ, которые дают представление о распределении засушливых и влажных земель на территории. Изолиния КУТ, равная 0,65, соответствует границе засушливых земель (северной границе сухих субгумидных). Эта граница проходит как в пределах типично степных, так и в пределах сухостепных ландшафтов. Границей между сухими субгумидными и полузасушливыми землями служит изолиния 0,50. Полузасушливые земли представлены отчасти сухостепными, большей частью, полупустынными и иногда пустынными ландшафтами.

Площади засушливых и гумидных земель представлены в таблице 1. Как видно из таблицы, общая площадь составляет 0,67 млн. км2, из них 0,43 млн. км2 в ВосточноЕвропейском секторе и 0,24 млн. км2 в Западно-Сибирском секторе. Площадь полузасушливых земель почти в 3 раза меньше, чем сухих субгумидных. Таким образом, предельная территория равнинной России, которая может быть затронута опустыниванием в современных условиях, не превышает 0,7 млн. км .

Дискуссия

Доводы в пользу того, что опустынивание ограничивается засушливыми землями. Общие соображения по этому поводу были высказаны в работе (Гунин, Панкова, 2004; Гунин, Микляева, 2006). Эти авторы справедливо отмечают, что неопределенность в трактовке понятия опустынивание кроется в его приравнивании к понятию деградация земель. Природное опустынивание обусловлено аридизацией климата, приводящего к

ксерофитизации ландшафтов засушливых земель. Антропогенная деградация засушливых земель лишь усугубляет опустынивание и устранение деградации не может остановить природное опустынивание.

60PN «РЕ 7S°E

Рис. Схема засушливых земель равнин России (средний многолетний коэффициент увлажнения К. Торнтвейта (КУТ) за период 1936-2000 гг.). Изолиния КУТ 0,65 ограничивает засушливые земли: полузасушливые (семиаридные) - (0,20<КУТ<0,50), сухие субгумидные - (0,50<КУТ<0,65). Пунктир - граница суббореальных ландшафтов. Fig. The scheme of the dry plain lands of Russia (the average long-term Thornthwaite's Index of Moisture (TMI) for the period 1936-2000 years). TMI Isoline 0,65 limits dry lands: semi-arid - (0,20<TMI<0,50), dry sub-humid - (0,50<TMI<0,65). Dotted line - border of sub-boreal landscapes.

Таблица 1. Площади засушливых и гумидных земель равнин России. Table 1. The area of the dry and humid plain lands of Russia.

Индекс влажности Торнтвейта Площадь, млн. км2

Климатическая зона Россия ВосточноЕвропейский ЗападноСибирский

сектор сектор

Полузасу шливые (семиаридные) 0,21-0,50 0,20 0,17 0,03

Сухие субгумидные 0,51-0,65 0,47 0,26 0,21

Субгумидные 0,66-0,8 0,77 0,38 0,39

Влажные 0,8-1,0 0,79 0,68 0,1

субгумидные

Вклад природной составляющей опустынивания непрерывно уменьшается по мере ослабления аридности и становится практически незначимым при приближении к гумидным землям. В том же направлении происходит нарастание антропогенной деградации земель. Но деградация гумидных земель уже не может называться опустыниванием, поскольку исчезают

природные предпосылки этого явления.

Более веским доводом в пользу ограничения территории опустынивания засушливыми землями является гипотеза, рассматривающая опустынивание как деградацию засушливых земель, обусловленную взаимодействующими между собой аридизацией климата и антропогенной/природной деградацией земель с обратными связями в климатической системе: засушливые земли - атмосфера (Золотокрылин, 2003).

Ее суть заключается в том, что опустынивание поддерживается положительной обратной связью альбедо-осадки (рост альбедо - снижение осадков - рост альбедо), в сферу которой входят аридные земли. Распространению опустынивания на гумидные земли, которые деградированы человеком еще в большей степени, чем засушливые, препятствует отрицательная обратная связь (рост альбедо - увеличение осадков - снижение альбедо). Переключение связей происходит, как правило, в семиаридных землях. Но оно возможно и в сухих субгумидных при их сильной антропогенной деградации, как это было, например в Сахели в 1970-х годах.

Таким образом, переключение связей регулируется совместным действием атмосферного увлажнения и через изменение альбедо - антропогенной деградацией земель. Но включение в сферу действия положительной обратной связи гумидных земель маловероятно, за исключением многолетних катастрофических засух.

О северной границе распространения опустынивания с учетом специфики России. Классификации аридности по коэффициенту увлажнения - необходимое, но недостаточное условие обоснования границы засушливых земель. Граница нуждается в согласовании с зональностью растительности и почв. Также, кроме климатической аридности важно учитывать почвенную аридность, так как характер почвенных свойств определяет выносливость растений, устойчивость к засухе и засолению (Ковда, 1977).

Кроме того, испаряемость может рассчитываться разными методами и ее оценки различаются в зависимости от условий увлажнения территории. В качестве примера в таблице 2 приведено сравнение коэффициентов увлажнения, вычисленных методами К. Торнтвейта и Х. Пенмана (Penman, 1948). Метод Х. Пенмана лучше обоснован физически, чем метод К. Торнтвейта. Но он достаточно сложен, так как для расчета испаряемости необходимы дополнительные данные по радиационному балансу, температуре, влажности воздуха и скорости ветра. Сравнение показало, что метод К. Торнтвейта несколько занижает испаряемость в сухих условиях и завышает ее в более влажных по сравнению с методом Х. Пенмана.

Таблица 2. Сравнение климатической аридности, определенной по методу Х. Пенмана (Map ..., 1979) и по методу К. Торнтвейта (World ..., 1992). Table 2. Comparison of climatic aridity according to H. Penman method (Map ..., 1979) and C. Thornthwaite method (World ..., 1992).

Зоны Коэффициент увлажнения: осадки/испаряемость за год

Метод Х. Пенмана Метод К. Торнтвейта

Экстрааридная <0,03 <0,05

Аридная 0,03-0,20 0,05-0,20

Семиаридная 0,20-0,50 0,20-0,50

Субгумидная (Х. Пенман) 0,50-0,75 -

Сухая субгумидная (К. Торнтвейт) - 0,50-0,65

Как видно из таблицы 2, наибольшие расхождения между коэффициентами увлажнения АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2009, том 15 № 1 (37)

возникают в экстрааридной и субгумидных зонах. Очевидно, что для территории России северная граница субгумидных земель по Х. Пенману будет находится значительно севернее границы по К. Торнтвейту. Ее сдвиг можно оценить только после проведения соответствующих расчетов.

Опыт обоснования северной границы распространения опустынивания территории России представлен в работе «Основные результаты по оценке и картографированию опустынивания в Российской Федерации» (Куст и др., 2002). В зону опустынивания целиком вошли настоящие (типичные) степные ландшафты, а также часть лесостепных. Фактически положение северной границы опустынивания мало отличалось от изолинии 0,75 коэффициента увлажнении по Х. Пенману (Map ..., 1979).

Сколько в России затрагиваемых опустыниванием земель? Оценки площади земель,

подверженных опустыниванию, имеют большой разброс. По данным В.И. Петрова (2005)

22

антропогенное опустынивание охватывает 2,12 млн. км . Из них 0,66 млн. км в европейской части страны и 1,46 млн. км в азиатской части. Согласно Национальному отчету Российской Федерации по осуществлению Конвенции (National., 2006) эти территории превышают 1 млн. км2 в 34 субъектах Российской Федерации.

Часть этой территории расположена в юго-восточном субрегионе опустынивания Восточно-Европейского сектора. Данный субрегион включает Республику Татарстан, Самарскую, Саратовскую, Волгоградскую и Астраханскую области, а также Республику Дагестан. Кратко остановимся на программе для этого субрегиона, так как она по своей структуре сходна с программами для остальных субрегионов (Субрегиональная, 1999).

Подверженные возможному опустыниванию земли в субрегионе представляют засушливые ландшафты (полупустынные и степные) и слабозасушливые (лесостепные, широколиственно-лесные и подтаежные; Географический., 1982). На приведенной в программе карте земли в субрегионе дифференцированы в соответствии с картой аридности климата (World ., 1992), т.е. по коэффициенту увлажнения климата К. Торнтвейта - КУТ (Субрегиональная., 1999, рис. 1.3, с. 17).

Но в действительности полупустынные ландшафты отнесены к аридным землям (0,05<КУТ<0,20), степные - к семиаридным (0,20<КУТ<0,50), степные и широколиственно-лесные - к сухим субгумидным (0,50<КУТ<0,65), подтаежные - к слабозасушливым. субгумидным (КУТ>0,65). Другими словами, северная граница сухих субгумидных земель проходит в субрегионе в переходной полосе между широколиственно-лесными и подтаежными ландшафтами (примерно на равном удалении от г. Самары и г. Казани).

Но как показано на рисунке, граница засушливых земель в субрегионе проходит значительно южнее. Она практически совпадает с границей, разделяющей слабозасушливые и засушливые земли на карте агроклиматических ресурсов. Таким образом, граница засушливых земель на рисунке и на карте «Климатические ресурсы» практически совпадают и проходят примерно через г. Саратов. Напомним, что граница засушливых земель в НПДБО для юго-востока Европейской части Российской Федерации (Субрегиональная., 1999, рис. 1.3, с. 17) лежит значительнее севернее.

Таким образом, в субрегионе территория опустынивания значительно расширена. В нее включены слабозасушливые субгумидные земли (лесостепные, широколоственно-лесные и подтаежные ландшафты) с ничтожно малыми природными предпосылками развития опустынивания. В то же время здесь имеют преимущественное значение последствия антропогенной деградации земель и засухи.

После этого замечания выделенные в Программе три округа опустынивания в субрегионе (средне- и сильноаридный, семиаридный, сухой субгумидный) целесообразно рассматривать как два округа опустынивания (семиаридный и сухой субгумидный) и один округ антропогенной деградации (слабозасушливый субгумидный).

Заключение

Определение опустынивания, как формы деградации земель, приводит к неоднозначным площадным оценкам его проявления. Авторы статьи придерживаются точки зрения, что изучение этого природно-антропогенного явления следует ограничивать засушливыми землями, с выраженными природными предпосылками опустынивания. Последствия антропогенной нагрузки вне засушливых земель целесообразно относить к деградации.

Необходимо учитывать генезис деградации засушливых земель. Например, существуют районы, где деградация была сильной в прошлом, но затем она давно стабилизировалась. В этом случае тенденция деградации почти не выражена и, следовательно, не может быть выражено и опустынивание.

Анализ Субрегиональных национальных программ для России показывает, что площадь выделенных в них подверженных опустыниванию земель значительно завышена за счет включения в их состав деградированных субгумидных и гумидных земель. Предлагается принимать во внимание границу засушливых земель, определенную по рекомендации Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием, в оценках опустынивания/деградации для уменьшения их разброса. В этом случае площадь засушливых земель считается предельной площадью возможного распространения опустынивания в современных условиях климата. Согласно новым расчетам, площадь засушливых земель равнинной России не превышает 0,7 млн. км2. Деградированные земли вне засушливых желательно учитывать отдельно и не относить их к затрагиваемым опустыниванием.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Архив данных ВНИИГМИ-МЦД. 2008. Обнинск - http://www.meteo.ru.

Агроклиматические ресурсы. 1982. М. 1: 25 000 000 // Географический атлас. М.: ГУГиК при СМ СССР. С.149.

Гунин П.Д., Панкова Е.И. 2004. О роли российских ученых в становлении концепции опустынивания аридных и семиаридных экосистем // Почвы, биогеохимические циклы и биосфера. Развитие идей Виктора Абрамовича Ковды. Глазовский Н.Ф. (отв. ред.) М.: Изд. КМК. С.226-238. Гунин П.Д., Микляева И. 2006. Современные процессы деградации и опустынивания экосистем восточноазиатского сектора степей и лесостепей // Современные глобальные изменения природной среды. Т.1. М.: Научный мир. С.389-412. Золотокрылин А.Н. 2003. Климатическое опустынивание. Кренке А.Н. (отв. ред.) М.: Наука. 246 с.

Ландшафтная карта СССР. 1988. Масштаб 1: 4 000 000. Исаченко А.Г. (научн. ред.) М.:

ГУГК при Совмине СССР. 4 л. Ковда В. А. 1977. Аридизация суши и борьба с засухой. М.: Наука. 272 с. Куст Г.С., Глазовский Н.Ф., Андреева О.В., Шевченко Б.П., Добрынин Д.В. 2002. Основные результаты по оценке и картографированию опустынивания в Российской Федерации // Аридные экосистемы. Т.8. № 16. С.7-27. Петров В.И. 2005. Адаптивное лесоаграрное природопользование как средство борьбы с

опустыниванием // Мелиорация и водное хозяйство. № 1. С.20-22. Субрегиональная национальная программа действий по борьбе с опустыниванием (НПДБО)

для юго-востока Европейской части Российской Федерации. 1999. Волгоград. 313 с. Archive of National Climatic Data Center, N0AA-9290, NOAA-9813c -

http://www.ncdc.noaa.gov. Oliver J.E. 1987. Evapotranspiration // The Encyclopedia of Climatology. Edited by J.E. Oliver,

R.W. Fairbridge. Van Nostrand Reinhold Company. New York. P.449-455. Map of the World Distribution of Arid Regions. 1979. UNESCO, Man and Biosphere (MAB)

Technical Notes 7. Paris. 54 p. National Report of the Russian Federation on implementation of the United Nations Convention to Combat Desetification. 2006. M.: Ministry of Natural Resources of Russian Federation -http://www.unccd.int/actionprogrammes/menu.php. Penman H.L. 1948. Natural evaporation from open water, bare soil and grass // Proceedings of the

Royal Society London: A193. P.120-146. Report of the United Conference on Environment and Development at Rio de Janeiro. 1992. Managing Fragile Ecosystems //Combat Desertification and Drought. Chapter 12. UNCED -http://www.un.org/esa/ sustdev/documents/agenda21/ english/agenda21chapter12.htm Thornthwaite C.W. 1931. The climates of North America // Geographical Review. 21(3). P.633-655.

Thornthwaite C.W. 1948. An approach toward a rational classification of climate // Geographical

Review. Vol.38. No.1. P.55-94. Unated Nations Convention to Combat Desertification. 1994. Interim Secretariat for the Convention to Combat Desertification. Geneve Executive Center-C.P.76-1219. Geneve: Chatelaine. 71 p.

World Atlas of Desertification. 1992. UNEP. London: Edward Arnold. 63 p.

THE AREA OF THE DRY PLAIN LANDS OF RUSSIA2 © 2009. A.N. Zolotokrylin, E.A. Cherenkova

Institute of Geography, Russian Academy of Sciences Russia, 109017Moscow, Staromonetnyiper., 29, E-mail: [email protected]

Abstract. Desertification definition as a form of the land degradation, leads to ambiguous estimations of the area of such lands. In last documents of the Convention on Combat Desertification, for example for the countries of Central and the Eastern Europe, the term "desertification/degradation" is used for territories out of the dry lands. Authors consider that it is necessary to limit desertification studying to the dry lands with the natural preconditions of desertification. Consequences of human activities for territories out of the dry lands need to be carried to degradation.

Northern border and the area of the dry plain lands of Russia in the modern climate conditions according to the recommendation of the UN Convention on Combat Desertification are defined. The map-scheme of distribution of Moisture Index (TMI) where evapotranspiration is calculated on Thornthwaite method is presented. The arguments for taking into consideration the border of the dry lands while estimations of desertification/degradation done for reduction of their distribution are presented in the discussion section.

The hypothesis considering desertification as the dry lands degradation, caused by interactive aridization of climate and anthropogenic/natural degradation of lands with feedback in climatic system (the dry lands-atmosphere) is a reason of limitation of desertification territory by the dry lands (3onoTOKpbMHH, 2003).

The analysis of Russian sub-regional national programs shows that the area of desertification territory is considerably overestimated because of inclusion of degraded sub-humid and humid lands. Authors suggest to take into consideration the dry lands border in estimations of desertification/degradation to decrease their deviation. In this case, the area of the dry lands is the limiting area of possible desertification distribution in the modern climate conditions. According to new calculations, the area of the Russian Plain dry lands does not exceed 0.7 million sq km. Authors suggest to detach degraded lands outside of the dry lands and not interpret them as desertification.

Keywords: dry lands, desertification, degradation of land, Moisture Index, evapotranspiration according to Thornthwaite method.

2 This work was supported by the RFBR grant № 07-05-00593.

АРИДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ, 2009, том 15, № 1 (37)