Карты природных предпосылок (условий) формирования экологических ситуаций

Важно уметь производить разграничение карт предпосылок формирования экологических ситуаций и карт оценок экологических ситуаций. Нередко между ними не проводятся различия. Это проистекает из-за непонимания различий воздействий на ландшафты, окружающую среду и другие системы и состояний последних. Например, нередко величины выбросов загрязняющих веществ рассматриваются в качестве показателей экологического состояния. Однако, это неверно. Необходимо понимать взаимосвязь следующих явлений: воздействие – свойства ландшафта – реакция ландшафта (другими словами – состояние ландшафта). То есть, реакция ландшафта зависит не только от величины воздействия, но и от его свойств: устойчивости и др. Поэтому в этой триаде и воздействие и свойства – это условия или предпосылки, а реакция ландшафта – это состояние (рис. 4.4).

Воздействие на ландшафт

↓

Устойчивость ландшафта

↓

Реакция ланд-шафта (отклоне-ние от нормы)

Рис.4.4. Соотношение воздействий, свойств ландшафта и его реакций на воздействия

Очень важно для понимания экологического состояния ландшафтов знание такого их свойства как устойчивость. Устойчивость ландшафтов - это их способность в определенных пределах противостоять внешним воздействиям, сохраняя структуру и характерные черты функционирования (Светлосанов,; Свирежев,; Арманд,; Гродзинский,; Бобра, 2001). Экологический потенциал – это способность экосистем (ландшафтов, геосистем, территории) противостоять внешним воздействиям (техногенной нагрузке и др.), сохраняя естественные структуру и функционирование. Близкое понятие – устойчивость экосистемы (ландшафта, геосистемы).

Устойчивость проявляется в форме упругости и восстанавливаемости. Упругость позволяет ландшафту не выходить за пределы своего инварианта, сохраняя структуру и характерные черты функционирования. Это происходит, в одних случаях, за счет внутренних ресурсов, связанных с буферными системами, в других случаях, - за счет внешних границ, мембран, барьеров.

Буферная упругость более высока при значительной мощности гумусового аккумулятивного горизонта, большой величине поглотительной способности почвы, разнообразия организмов и биогеоценотических связей. Она выше при большой биомассе, при наличии водоема (сглаживание температурных колебаний). Такому виду устойчивости способствует оптимальный водно-тепловой режим в ландшафте: когда отношение суммы атмосферных осадков к испаряемости близко к единице.

Устойчивости способствует разнообразие организмов и биогеоценотических связей. В этом случае внедрение в биоценоз нового вида является менее опасным, ибо в нем скорее всего нет свободной экологической ниши, в которой может произойти его быстрое размножение. Примером неблагоприятного влияния внедрения других видов в экосистему может служить ситуация, сложившаяся в Азовском море.

Относительно значительной буферной упругостью в Крыму обладают сомкнутые леса, разнотравные и луговые степи. Важное значение для проявления барьерной упругости имеет устойчивость биоценотических взаимоотношений: «притертость» растительности, животного мира, почв, рельефа, горных пород, их приспособленность друг к другу.

Буферная упругость имеет определенный предел. Например, при умеренной пастьбе скота степь сохраняет свои свойства, хотя при этом видовой состав меняется. При более сильном воздействии (перевыпас, пожар, распашка и др.) ландшафт испытывает значительные изменения – он переходит в другое качество: сбитое пастбище, гарь, сельскохозяйственное поле или др.

Барьерная упругость реализуется благодаря механизмам, ограничивающим обмен систем с окружающей средой. Это достигается, прежде всего, при наличии границ барьерного или мембранного типа. Например, Крымские горы как орографический барьер защищает территорию от холодных воздушных масс, а водоупорные горизонты, расположенные над водоносным горизонтом, защищают подземные воды от загрязняющих веществ. Ландшафты, занимающие вершины, верхние части склонов (то есть так называемые автономные местоположения) меньше подвержены воздействию химических загрязнителей, поскольку сток воды и частично и воздуха, направлен вниз, то есть от них.

Восстанавливаемость - это способность геосистемы возвращаться к первоначальному состоянию после выхода из него (потеря инварианта) под воздействием внешнего фактора – пожара, временного затопления, вырубки леса, деградации пастбища и др. Время восстановления первичного состояния геосистемы может быть различным: от нескольких часов (например, восстановление нормального состояния атмосферы после залпового атмосферного выброса загрязняющих веществ) до многих сотен лет (например, восстановление леса после их антропогенной деградации). После пожара (если они захватывают небольшие участки – до 100 м в диаметре) лес в горной части Крыма восстанавливается за несколько десятков лет.

Если восстановление геосистемы не происходит, можно говорить, что ее запас устойчивости был недостаточным.

Восстанавливаемость связана со следующими факторами :

- характер окружения: если нарушенный участок окружают ландшафтные комплексы с теми же биоценозами, которые существовали на рассматриваемом участке, скорость восстановления значительно возрастает благодаря переносу семян, миграции животных, вегетативному размножению;

размер разрушенной системы: чем она меньше, тем быстрее происходит ее восстановление;

соотношение тепла и влаги и другие характеристики экотопа; при благоприятных условиях для развития растительного покрова (оптимальное увлажнение, большая мощность рыхлых отложений, почвенное плодородие и др.) восстановление биоценоза происходит быстрее.

Восстановление почвенных, геоморфологических, гидрологических, климатических характеристик зависит от множества условий. Период восстановления очень различен у разных элементов и компонентов ландшафта, например, почвенный профиль формируется за несколько тысячелетий, тогда как фитоценозам требуется для восстановления время от первых десятков до нескольких сотен лет.

На крутых склонах южных экспозиций, характеризующихся малой мощностью рыхлых отложений, недостаточным увлажнением после антропогенного нарушения (ликвидации дернины или лесной подстилки) быстро развиваются процессы склоновой эрозии, формируются борозды, овраги, происходит снос почвенного материала, разрушение травяного покрова. Происходит формирование ландшафта другого типа. В такой ситуации восстановление коренного ландшафта практически невозможно. Если восстановление ландшафта не происходит, можно говорить, что его запас устойчивости был недостаточным.

Выделенные формы и виды устойчивости геосистем занимают определенное место в системе сложных механизмов обеспечения устойчивости геосистем при воздействии внешнего возмущающего фактора, а также играют определенную роль в формировании устойчивости каждой конкретной геосистемы. То есть можно говорить о существовании соотношения межу формами устойчивости геосистем к внешним нагрузкам, что показано на рис.4.5 (Боков, Бобра, Лычак, 1998). Смысл этого соотношения в том, что антропогенное воздействие до определенного времени или до достижения определенной силы не вызывает в геосистеме реакций, т.е. геосистема остается не чувствительной (интервал воздействия I₀ - I₁). В некоторых случаях воздействия определенного типа любой силы не вызывает изменения в геосистеме, т.е. геосистема в этом случае вообще не

Рис.4.5. Соотношение величины воздействия и форм устойчивости геосистем

чувствительна к данному типу воздействия. Чаще, однако, нечувствительность проявляется до определенного предела. Более сильные воздействия (более I₁) вызывают сдвиги в геосистеме: для сохранения своей структуры она использует механизм упругости, что позволяет ей оставаться в пределах инварианта. При определенной силе воздействия (I₂) запасы исчерпываются, и она может выйти за пределы инварианта. Тем не менее, геосистема сохраняет возможность возвращения в пределы инварианта, если обладает свойствами восстанавливаемости (интервал I₂ - I₃). Если воздействие продолжается и усиливается (более I₃), то наступают необратимые изменения геосистемы (более G₃).

Описанные закономерности имеют большое значение при задании норм антропогенных воздействий. Нормы должны быть дифференцированы в зависимости от того, какую форму (вид) устойчивости предпочтительно сохранить (реализовать) при определенном виде функционального использования геосистемы.

Особый характер имеет такой вид устойчивости геосистем, как способность к самоочищению от загрязнения. Способность к самоочищению от загрязнений может быть отнесена к упругости (если загрязнение не вызвало значительных перестроек в геосистеме) или к восстанавливаемости (если загрязнение привело к выходы геосистемы за пределы инварианта).

Близкий смысл имеет понятие ”ассимиляционнаяемкость”. Под ассимиляционной емкостью экосистемы понимается показатель максимальной вместимости количества токсикантов, которое может быть за единицу времени накоплено, разрушено, трансформировано и (или) выведено за пределы объема экосистемы без нарушения ее нормальной деятельности (Совга, 2003). При этом подразумевается, что накопленные в экосистеме токсиканты не наносят ей существенного вреда в связи с переводом токсиканта в инертное состояние или изоляцией в тех или иных частях экосистемы (“карманах”).

Способность ландшафтов к самоочищению от загрязнения, как показано М.А. Глазовской (1976), определяется тремя группами факторов. К первой группе факторов следует отнести процессы, определяющие интенсивность рассеяния и выноса продуктов техногенеза. Им способствуют выпадение атмосферных осадков, ветер, поверхностный и грунтовый стока, уклоны рельефа и расчлененность поверхности.

На локальном уровне следует учитывать характер поверхностного стока, связанного как с положением участка на профиле гипсометрическом, так и со свойствами почвенного покрова, коры выветривания и литологии. Ясно, что хорошая инфильтрация почв приводит к быстрому выносу загрязнений за пределы ландшафта, а наличие водоупора способствует задержанию в верхних слоях почвенного покрова. Важное значение имеет местоположение участка. На рис.4.6. дается схема местоположений.

Рис.4.6.Типы местоположений

Выделяется пять основных типов местоположений. Верховые или плакорные местоположения называются автономными и элювиальными, что подчеркивает их относительно независимое положение. На них загрязнения водным путем с других местоположений не поступают. Склоновые местоположения характеризуются транзитными водными потоками, идущими с плакоров в долины. Характер накопления или выноса загрязнений в большой мере зависит от индивидуальных особенностей каждого участка: его растительного и почвенного покрова, уклонов, характера литологии и т.д.

На низинные участки – подножия склонов, днища балок, речные террасы и др., поступают загрязнения, идущие сверху. Аквальные местоположения (русла рек, акватории озер и морей) характеризуются поступлением загрязнений со всех точек водосбора, то есть они наиболее подвержены загрязнениям. Правда, для них же характерны интенсивные процессы выноса загрязнений стока. Тем самым, ситуация в аквальных местоположениях чрезвычайно изменчивая во времени и в пространстве и зависит от постоянно меняющихся условий (в том числе от величины стока,

Пойменные местоположения занимают некое промежуточное положение между низинными и аквальными, поскольку некоторое время их режим функционирования сходен с аквальными (во время половодья), а остальное время - с низинными.

В пределах названных местоположений есть заметная дифференциация. В пределах верховых (плакорных) выделяются верховые западины (ВЗ) и ложбины (Л). Первые характеризуются отсутствием проточности, что приводит к увеличению вероятности роста загрязнения. Ложбины, хотя и собирают загрязнения с определенной площади, в то же время освобождаются от них при стоке.

Склоновые местоположения также неоднородны. В нижних частях склонов (С_н) гораздо больше вероятность накопления загрязнений, чем в верхних.

Эти особенности местоположений необходимо учитывать при составлении экологических карт.

Вторая группа факторов способствует пространственной локализации продуктов техногенеза, уменьшению их активности. Влияние такого рода оказывают: условия выпадения загрязнений (количество штилей, температурных инверсий и туманов), геохимическая стратификация грунтов, механический состав грунтов, фильтрационные физико-химические свойства грунтов.

Третья группа связана с процессами, определяющими интенсивность разложения продуктов техногенеза. Разложению способствуют солнечная радиация, особенно ультрафиолетовое излучение, высокие суммы температур выше 0^о и 10^о, высокие величины биомассы и годичного прироста органического вещества, а также скорость его разложения. Хорошим показателем способности геосистем к самоочищению от загрязнений является отношение подстилки (лесной подстилки, степного войлока) к опаду за год. Чем это отношение больше, тем медленнее идут процессы разложения органического вещества, а, следовательно, и менее активно идут процессы разложения загрязняющих веществ.

В таблице приводятся экспертные оценки предпосылок самоочищения в основных зональных ландшафтах Крыма.

Таблица 4.1. Оценка уровня самоочищения по характеру процессов, определяющих интенсивность рассеяния и выноса продуктов техногенеза. в основных зональных ландшафтах Крыма

Зональные типы ландшафтов	Рельеф	Климат	Сток	Суммабаллов
Расчленен-ность	Бал-лы	Атмосферные осадки, мм/год	Бал-лы	Поверхност-ный сток, мм/год	Бал- лы
Сухостепные гидроморф-ных равнин	Незначитель-ная, ровные поверхности		300-350		0-20
Степные расчленен-ных равнин	Слабая, пологие склоны		350-450		5-40
Лесостепные предгорные	Значительная, покатые склоны		450-650		50-100
Лесные горные	Сильная, по-катые и кру-тые склоны		600-1200		100-250
Горно-луговые яйлинские	Слабая, пологие склоны		600-800		200-300
Лесостепные южнобереж-ные	Значительная, покатые склоны		400-600		75-150

Высокая расчлененность рельефа способствует более быстрому выносу загрязняющих веществ. Горные ландшафты поэтому получили наиболее высокую оценку – 4 балла. Несколько хуже условия в предгорье и на южнобережье – 3 балла. Равнинная часть Крыма характеризуется слабым расчленением, что дает основание снизить оценку до 2 баллов. Такую же оценку получили яйлинские ландшафты. В наименьшей степени расчленены и слабо дренированы гидроморфные равнины Присивашья – 1 балл.

Во втором столбце таблицы (по количеству осадков) наиболее высокую оценку также получили горные ландшафты. Остальные ландшафты характеризуются меньшим количеством осадков и соответственно более низкими баллами.

В третьем случае оценка производилась по величине стока. Здесь наибольшая оценка характерна для яйл в связи с большой трещиноватостью.

Таким образом, горно-лесные и яйлинские ландшафты наилучшим образом обеспечивают вынос загрязнений за свои пределы.

Некоторые факторы способствует тому, что загрязнения остаются на месте, становятся менее активными. Этому способствуют туманы, температурные инверсии, безветрие. Температурные инверсии и безветрие чаше всего проявляются в горных котловинах и узких речных долинах. Таковы Байдарская долина, долины Бельбека и Качи в средней части перед выходом с гор. Оценка по характеру пространственной локализации продуктов техногенеза не связана с зональными условиями, поэтому произведена для местоположений (таблица 4.2).

Таблица 4.2. Оценка местоположений по характеру пространственной локализации продуктов техногенеза (на примере Крыма)

Типы местоположений	штили	Температурные инверсии	туманы	Суммабаллов
количество	Бал-лы	количество	Бал-лы	количество	Бал- лы
Приморские районы зимой	небольшое		Относительно высокое		Относитель-но высокое
Приморские районы летом	небольшое		Относительно невысокое		невысокое
Горные котловины и долины	Относительно высокое		высокое		высокое
Вершины хребтов	Почти не бывает		Почти не бывает		умеренное

Мы видим, что наилучшие условия (локализация понижена) существуют на вершинах хребтов, холмов, гряд, где накопление загрязнений наименьшее.

Третья группа связана с процессами, определяющими интенсивность разложения продуктов техногенеза. Разложению способствуют солнечная радиация, особенно ультрафиолетовое излучение, высокие суммы температур выше 0^о и 10^о, интенсивность фотохимических реакций, высокие величины биомассы, годичного прироста органического вещества и скорость его разложения. Хорошим показателем способности геосистем к самоочищению от загрязнений является отношение подстилки (лесной подстилки, степного войлока) к опаду за год. Чем это отношение больше, тем медленнее идут процессы разложения органического вещества, а следовательно, и менее активно идут процессы разложения загрязняющих веществ. Устойчивости способствует разнообразие организмов и биогеоценотических связей. В этом случае внедрение в биоценоз нового вида является менее опасным, ибо в нем скорее всего нет свободной экологической ниши, в которой может произойти его быстрое размножение. Примером неблагоприятного влияния внедрения других видов в экосистему может служить ситуация, сложившаяся в Азовском море (см.5.6.).

Разложение продуктов техногенеза ускоряется при большой величине солнечной радиации, особенно ультрафиолетового излучения, сумм температур выше 0^о и 10^о, характеристик баланса органического вещества (биомассы, годичного прироста, скорость разложения и др.).

Средние зональные условия для условий Крыма по этой группе факторов даются в таблице 4.3.

Таблица 4.3. Оценка интенсивности разложения загрязняющих вещест

Зональные типы ландшафтов	Сумма температур выше 10	Условия увлажнения	Биомасса	Отношение подстилки к опаду	Сумма баллов
Кол-во	баллы	Кол-во	баллы	Кол-во	баллы	Кол-во	баллы
Сухостепные гидроморф-ных равнин
Степные расчленен-ных равнин
Лесостепные предгорные
Лесные горные
Горно-луговые яйлинские
Лесостепные южнобережные

Перечисленные процессы приводят к реальному очищению ландшафтов от загрязнений, способствуя разложению веществ, переводу их в нейтральное состояние.

Итоговые результаты по двум факторам: 1 – интенсивности выноса и рассеяния загрязняющих веществ; 2 – превращения и разложения загрязняющих веществ приведены в таблице 4.4. Наилучшие условия для самоочищения от загрязнений

Таблица 4.4. Суммарный уровень устойчивости зональных ландшафтов Крыма

зоны	Устойчивость в баллах по первой и третьей группам факторов	место
1 фактор	3 фактор	сумма
Полупустынные степи
Типичные степи
Предгорные лесостепи
Лесные горные
Горные степи и лесостепи
Южнобережные шибляки

имеют лесные ландшафты, наихудшие – степные. Роль каждой группы факторов при этом различна.

В работе А.С.Слепокурова (2001) приведены карты степени разложения и самоочищения, рассчитанные по ландшафтным зонам (рис. 4.7 и 4.8).

Рис.4.7. Потенциал проявления процессов метаболизма продуктов техногенеза

Рис.4.8. Уровень интенсивности рассеяния и выноса продуктов техногенеза

На локальном уровне отклонения величин солнечной радиации от фонового уровня может достигать нескольких сотен процентов, например склоны южной экспозиции крутизной 30-40⁰ получают за год в 1,5 – 2 раза больше солнечной радиации по сравнению с ровной поверхностью, а склоны северной экспозиции крутизной 50-60⁰ – в 3-4 раза меньше. Примерно в тех же масштабах колеблются величины ультрафиолетовой радиации. Суммы температур выше 10⁰ изменяются в пределах склонов несколько ниже. Биомасса колеблется от точки к точке в десятки раз, а отношение подстилки к опаду – еще больше.

В Экологическом атласе России (2001) на карте экологического потенциала ландшафтов в качестве основного показателя принята величина произведения годовой суммы активных (или эффективных?) температур на

Это более узкое понимание экологического потенциала, чем то, которое было использовано на примере Крыма.

Наблюдения и эксперименты Крымской горно-лесной научно-исследовательской станций (Поляков, 1993) позволили произвести оценку норм рекреационных нагрузок на леса различного типа (таблица 4.5).

Таблица 4.5. Нормы рекреационных нагрузок на леса горного Крыма

(составлено по данным А.Ф.Полякова)

Типы леса	Нормы часов в день на 1 га
экскурсии	Массовый отдых	туризм
Очень сухая можжевелово-грабинниковая судубрава с дубом пушистым (мергельные известняки)	131.0	18.7	4.4
Свежая кленово-грабинниковая судубрава	79.9	11.4	26.6
Свежая кленово-буковая судубрава (на известняках)	37.3	5.3	12.4
Свежая дубово-грабовая субучина	34.0	4.9	11.3
Свежая буково-грабовая дубрава с дубом скальным	31.0	4.4	10.3
Сухая скумпиевая судубрава с дубом пушистым	11.0	1.6	3.7
Свежая буково-грабовая судубрава с дубом скальным (на магматических породах)	10.0	1.4	3.3
Сухая дубово-смешанно-сосновая суборь	4.0	0.6	1.3
Сухой дубово-можжевеловый сугрудок с можжевельником высоким	4.0	0.6	1.3
Очень сухая дубово-можжевеловая суборь	2.5	0.4	0.8
Сухая грабинниково-дубовая суборь с дубом скальным	2.0	0.3	0.7
Очень сухая дубово-можжевеловая суборь с можжевельником высоким	1.2	0.2	0.4
Крайне сухая фисташково-можжевеловая суборь с можжевельником высоким	0.0	0.0	0.0
Крайне сухая фисташковая суборь	0.0	0.0	0.0
Очеь сухой дубово-можжевеловый сугрудок с можжевельником высоким	0.0.	0.0	0.0
Очень сухая грабинниковая судубрава	0.0	0.0	0.0
Очень сухая фисташковая судубрава	0.0	0.0	0.0
Сухая грабинниковая судубрава с дубом скальным	0.0	0.0	0.0

Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы.

1.Допустимые рекреационные нагрузки различаются в десятки и даже сотни раз.

2.В некоторых типах леса рекреационные нагрузки вообще недопустимы (крайне сухая фисташковая суборь, очень сухая грабинниковая судубрава и др.).

3.Устойчивость типов леса к рекреационным нагрузкам зависит в большой степени от типа травяного покрова, структуры фитоценоза.

Приведенная таблица является исходной базой для составления карты. Для этого необходимы иметь контуры ареалов названных типов леса, то есть в этом случае терри- ториальными единицами экологической информации выступают растительные (лесные) ассоциации. Описания исследований позволяют сделать вывод, что специалисты станции использовали метод ключевых участков, на которых проводили опыты. Остается, однако, неясным насколько устойчивыми являются найденные соотношения, то есть можно ли быть уверенным в том, что для любого участка, занятого названным типом растительности, требуется соблюдение именно этих норм. Здесь важное значение имеет интерпретация выделенных ассоциаций: выделялись ли они строго по характеру растительности или учитывались также местоположения, характер литологии, почвенного покрова и другие свойства биогеоценоза.

В качестве одной из предпосылок формирования экологических ситуаций выступают свойства почв. Плодородие, механический состав, вертикальная мощность, физико-химические и водно-физические свойства, обменные свойства и т.д. определяют многие важные процессы формирования экологических особенностей ландшафта. На карте почв, которая рассматривается как одно из условий формирования экологической ситуации, наряду с класическими генетическими подразделениями (подзолистые, серые лесные, черноземные), желательно показать также показатели теплового режима (от холодных мерзлотных до умеренно теплых периодически промерзающих) и водного режима (промывной с провальной фильтрацией, промывной, промывной с периодическим пенриувлажнением, перидически непромывной, непромывной, водозастойный, пульсационный).

Устойчивость ландшафтов имеет много вариантов, разновидностей. Каждый тип ландшафта имеет определенные способности противостоять различным видам антропогенной нагрузки, восстанавливаться после нарушений в результате различных типов воздействий. Предложены разнообразные способы оценки устойчивости.

Потенциал устойчивости природной среды (С) определяется как сумма метеорологического потенциала (А), потенциала устойчивости поверхностных вод (F), потенциала устойчивости почв (S), биотического потенциала (B):

С = А + F + S + B.

Дата добавления: 2015-09-06