Фитоиндикационно-геоэкологический анализ динамики геосистем (на примере модельного района «РУМ»)

Фитоиндикационно-геоэкологический анализ динамики геосистем (на примере модельного района «РУМ»)

Современные геоэкологические исследования в большинстве случаев направлены на фиксацию существующего состояния географической среды и не разработаны в динамическом аспекте; отсутствуют работы по геоэкологическому анализу и оценке долговременной динамики геосистем. В целях совершенствования системы геоэкологической оценки на основе исследований, проведенных в 1998;2008 гг. [1,2,3,4], нами разработан фитоиндикационно-геоэкологический анализ (ФГА) динамики геосистем — методологическая концепция геоэкологических исследований динамики геосистем с использованием фитоиндикационных критериев. Суть ФГА — изучение пространственно-временных изменений геоэкологического состояния геосистем (геоэкологических ситуаций), отражающихся в комплексе показателей растительного покрова. Объектом ФГА выступают природные и природно-антропогенные геосистемы локального уровня. Предмет ФГА — динамика геосистем и связанные с ней изменения их геоэкологических характеристик (средои ресурсовоспроизводящих свойств, продуктивности, биоразнообразия, экологического равновесия), диагностируемые по фитоиндикаторам.

Теоретико-методологической основой ФГА выступает совокупность системного (геосистемного), ландшафтно-географического, экологического, геоботанического (эколого-фитоценотического и эколого-флористического) подходов. Ведущее положение занимает геоэкологический подход к динамике геосистем и их растительного компонента [5]. Отношения между объектами и субъектами ФГА выражаются через понятие геоэкологической ситуации — пространственно-временного сочетания природно-антропогенных средообразующих условий и экологических проблем, существенно влияющих на системы жизнеобеспечения человека.

ФГА территории реализован как алгоритм методических разработок, представляющих следующие этапы:

• 1. Изучение природно-ландшафтной дифференциации территории; привязка к существующим схемам природно-ландшафтного районирования и классификации. Выяснение системы местоположений (на основе топографических карт масштаба 1:10 000, 1:100 000; полевых наблюдений).
• 2. Разработка модели сукцессионного комплекса как системы автогенных сукцессионных рядов, привязанных к типам местоположений. Выяснение основных характеристик сукцессионных процессов (на основе маршрутных наблюдений и исследований на постоянных пробных площадках).
• 3. Изучение современного использования земель. Инвентаризация видов землепользования и определение ареалов их распространения. Оценка антропогенной нагрузки. Выявление негативных природно-антропогенных процессов, определение их ареалов (по фитоиндикаторам в качестве которых выступают растительные сообщества и их характеристики). Оценка загрязнения компонентов геосистем (по литературным и фондовым источникам, а также по биоморфологическим фитоиндикаторам). Выявление зон деградации растительного покрова, вызванной загрязнением.
• 4. Выяснение влияние антропогенной нагрузки и трансформации геосистем на сукцессионные процессы. Сравнение восстановительных сукцессий в геосистемах, имеющих различный уровень антропогенной трансформации. Определение современного сукцессионного статуса геосистем территории (сукцессионный статус геосистемы скоррелирован с ее средообразующими и средозащитными свойствами, продуктивностью, биоразнообразием). Оценка потенциала самовосстановления геосистем.
• 5. Оценка напряженности современной геоэкологической ситуации по соотношению процессов восстановления и деградации геосистем, с учетом загрязнения их компонентов. Анализ и оценка современных динамических тенденций.

Операционная территориальная единица при ФГА — геоэкологический участок. Геоэкологический участок представляет собой мезоформу рельефа с однородной литогенной основой и характеризуется определенным набором антропогенных нагрузок и нарушений, т. е. территорию, относительно однородную по природно-антропогенным условиям, как правило, имеющую размер от первых км2 до нескольких десятков км2. Основной картографический материал, отражающий результаты ФГА, представляется в виде набора карт: природно-ландшафтной основы, структуры землепользования; негативных природно-антропогенных процессов, современных сукцессионных статусов геосистем, средообразующей способности растительного покрова (актуальной), современных динамических тенденций, оценки напряженности геоэкологических ситуаций.

Рассмотрим применение фитоиндикационно-геоэкологического анализа на территории на примере модельного района, расположенного на юго-востоке Беларуси. Модельный район «РУМ» представляет собой территорию, обособленную долинами малых рек: Рандовка (с севера); Уза (с запада); Мильчанская канава (с востока и юго-востока). Общая площадь района составляет 72,3 км². Структура землепользования характеризуется преобладанием лесных геосистем — 43,9%. Луга, пастбища, сенокосы составляют 19,9%. Пахотные земли — 20,1%. На долю нарушенных и застроенных земель приходится 16,1% территории. Промышленно-техногенная нагрузка на геосистемы района связана с Гомельским химическим заводом, Гомельским радиозаводом, городской свалкой ТБО, полями фильтрации (размещены в пределах района), ТЭЦ-2, заводом «Центролит», птицефабрикой (размещены в непосредственной близости к границам района). Территория модельного района играет важную роль экологического буфера, компенсирующего влияние промышленных зон города Гомеля.

В пределах модельного района были выделены 7 участков, отличающиеся природными условиями, величиной антропогенной нагрузки и спецификой хозяйственного освоения: I — северный участок (моренно-зандровая равнина, с покровом лессовидных суглинков; доминирует сельскохозяйственная нагрузка); II — северо-западный участок (2-я надпойменная терраса; доминирует сельскохозяйственная нагрузка); III — северо-восточный участок (экотон моренно-зандрового и аллювиального террасированного ландшафта; доминирует промышленно-техногенный тип нагрузки); IV — центральный участок (2-я надпойменная терраса; преобладают лесные геосистемы); V — юго-западный участок (1-я надпойменная терраса; преобладают лесные геосистемы); VII — юго-восточный участок (1-я надпойменная терраса, захватывает западную окраину города Гомеля; доминирует нагрузка, связанная с городской застройкой и рекреацией); VIII — южный участок (1-я надпойменная терраса; характерна многофакторная антропогенная нагрузка — сельскохозяйственная деятельность, складирование отходов).

Геосистемы модельного района были оценены по ряду показателей: коэффициент пораженности территории современными геологическими процессами — ПТсгп=(Sсгп/S)*100%, где Sсгп — площадь распространения современных геологических процессов; S — общая площадь; коэффициент пораженности территории дигрессиями растительности — ПТдр=(Sдр/S)*100%, где Sдр — площадь территории, на которой отмечаются дигрессивная динамика растительности (антропогенных модификаций лесных геосистем, связанных с рекреацией, загрязнением атмосферы, пожарами, подтоплением); S — общая площадь; ПТкз. — удельная площадь территории с катастрофическим уровнем загрязнения почв и вод (уровень загрязнения, при котором существование высшей растительности не возможно); коэффициент экологической стабильности: Кс=Уsi*ki*g, где si — удельная площадь вида землепользования; ki — экологическая значимость этого вида землепользования; g — коэффициент устойчивости рельефа [6]; SПСВ=0 — удельная площадь участков с «нулевым» потенциалом самовосстановления (здания, асфальтовые покрытия, токсичные грунты). Для уточнения генезиса дигрессивных изменений растительности и последующей оценки геоэкологической ситуации использовались данные по загрязнению компонентов геосистем, взятые из опубликованных и фондовых источников.

Градации оценочных показателей, приводятся в таблице 1. Индекс напряженности ситуации рассчитывается по формуле: Нгэс=УНi/n, где Нi — напряженность по i-му показателю, балл; n — число используемых показателей. Напряженность геоэкологической ситуации модельного района (геосистемы более высокого ранга) оценивается на основе анализа составляющих его участков. Предлагаются следующие градации Нгэс: 1,0−1,50 — очень низкая (нормальная ситуация); 1,51−2,50 — низкая (удовлетворительная ситуация); 2,51−3,50 — средняя (критическая ситуация); 3,51−4,50 — сильная (кризисная ситуация); 4,51−5,00 — очень сильная (катастрофическая ситуация).

Таблица 1 — Критерии оценки напряженности геоэкологической ситуации

Напряженность геоэкологической ситуации: 1 — очень низкая (нормальная); 2 — низкая (удовлетворительная); 3 — средняя (критическая); 4 — сильная (кризисная); 5- очень сильная (катастрофическая).

Геоэкологическая ситуация зависит от соотношения процессов деградации и восстановления геосистем. Напряженность геоэкологической ситуации возрастает при увеличении глубины и пространственного охвата деградационных процессов, снижении способности геосистем выполнять средои ресурсовоспроизводящие функции, сохранять экологическое равновесие, поддерживать биопродуктивность и биоразнообразие.

Анализ показал (таблица 2), что в пределах модельного района имеется широкий спектр геоэкологических ситуаций: от нормальной (участки IV и V) до кризисной (участок III). Нормальная ситуация характерна для 43,1%, удовлетворительная — для 4,6%, критическая — для 41,6%, кризисная — для 10,7% площади всего района. Кризисная ситуация на территории участка III обусловлена преобладанием здесь геосистем с низким средообразующим потенциалом (застройка, нарушенные земли), значительной степенью пораженности современными геологическими процессами и дигрессиями растительности, высоким уровнем химического загрязнения. В целом для территории модельного района характерна удовлетворительная ситуация.

Таблица 2 — Оценка напряженности геоэкологической ситуации на территории модельного района «РУМ»

Динамические тенденции (при условии сохранения современного уровня антропогенной нагрузки) были оценены по особенностям потенциально возможного протекания восстановительных сукцессий. Учитывалось соотношение геосистем с дигрессивной динамикой; геосистем, в которых восстановительная сукцессия задерживается на тех или иных стадиях; геосистем с нормальным режимом протекания сукцессий (таблица 3). Геосистемы с дигрессивной динамикой имеют широкое распространение на территории VI (на 39,1% площади) и III (19,4%) участков. Задержка сукцессии на той или иной стадии характерна для I (на 97,5% площади), III (80,2%), и VI (60,9%) участков. В нормальном режиме восстановительные сукцессии протекают на территории II (84,1%), IV (87,7%), V (98,3%) и VII (52,8%) участков. Исходя из этого, благоприятные и относительно благоприятные тенденции характерны для участков II, IV, V и VII (напряженность геоэкологической ситуации сохраняется на нынешнем уровне), неблагоприятные — на участках I, III, VI (напряженность геоэкологической ситуации будет возрастать). В результате на территории модельного района в целом напряженность геоэкологической ситуации возрастет (с удовлетворительной до критической).

геоэкологический фитоиндикационный территория.

Таблица 3 — Оценка динамических тенденций на территории модельного района «РУМ»

Заключение

Таким образом, выполненные исследования показывают, что разработанный фитоиндикационно-геоэкологический анализ позволяет: 1) выявить и установить ареалы распространения негативных природно-антропогенных процессов; 2) на основе экологических критериев выполнить оценку современной геоэкологической ситуации; 3) оценить динамические тенденции, определяющие будущие геоэкологические ситуации. Результаты ФГА могут служить основой для прогнозирования динамики геосистем, теоретического обоснования экологических нормативов и путей оптимизации природопользования.