?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry Share Next Entry
Устойчивость и уязвимость природных ландшафтов к антропогенным воздействиям
Охрана природы
naturschutz
Устойчивость и уязвимость природных ландшафтов к антропогенным воздействиям: теория и практические оценки
(конспект статьи Ф.Рянского с моими соображениями)
Устойчивость по Р.Риклефсу – свойство, присущее геосистеме как целому, которое позволяет ей выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями, или сопротивляться им, а также восстанавливаться после них. Скажем, количество осадков может снизиться на 50% по сравнению с долговременной средней, однако продуктивность растений в экосистеме при этом понизится только на 50%, а численность популяции растительноядных – всего на 10%.
То есть одна из мер относительной устойчивости системы, её способности противостоять экстремальным изменениям факторов среды, выходящим далеко за пределы нормы – затухание колебаний, вызванных подобными выбросами. Другая мера – способность репарировать «мозаики» нарушений, созданные действием антропогенных факторов, в основном связанных с эксплуатацией ландшафта, восстанавливая прежний инвариант структуры системы (в том числе прежние растительные сообщества) после снятия воздействия. Ещё определения и меры устойчивости стохастических систем, вроде экосистемы, социума и пр. см.тут.
Как писал У.Росс Эшби, хорошая организация делает систему устойчивой относительно некоторого состояния равновесия, механизмы саморегуляции, действующие в системе, направлены на восстановление «хорошей структуры» вопреки производимым нарушениям. Последние всегда связаны с существующими формами эксплуатации природных ландшафтов – охота, подсочка, выпас, рекреация и пр. Однако восстановление последней возможно лишь в случае, если «пятна нарушений» невелики или не связаны друг с другом в сплошную сеть. Интенсификация воздействия запускает оба процесса: пятна нарушений растут и сливаются друг с другом, так что участки ландшафта с ненарушенной структурой уже оказываются изолированными «очагами». Важно подчеркнуть, что практически во всех случаях мозаика нарушений развивается быстрей (часто сильно быстрей), чем прирастает само воздействие, т.е. имеет место мультипликация.
Когда распространённость мозаики нарушений достигает некоторого предела, восстановление исходной структуры ландшафта уже невозможно даже при оставлении в покое на значительное время (первые сотни лет). Такие вторичные ландшафты, меняясь, «руководствуются» новым инвариантом. Примеры – саванны, амурские «прерии», маквисы, маки и пр.
Соответственно, нарушенные ландшафты делятся на способные восстановить свою структуру при снятии нагрузки и неспособные, превратившиеся во вторичные. Соответственно, важной задачей при оценке воздействия на окружающую среду оказывается оценка риска деградации ландшафта в условиях воздействия или вероятности превращения первых ландшафтов во вторые. Делается это исходя из характеристики последнего, отражающих его эластичность или, наоборот, хрупкость данной геосистемы к воздействию.
Так, А.С.Шёнгаузом и соавт. (1980) для юга Дальнего Востока было показано, что устойчивость – это прежде всего, уязвимость почв, характеризующаяся следующим:
- крутизна склона. С её увеличением при одной и той же нарушенности почвенного покрова усиливаются поверхностные стоки, а также линейная и плоскостная эрозия.
- Степень развитости почв («фрагментарность» по К.П.Богатырёву). Слаборазвитые почвы, как правило, малоустойчивы к внешнему воздействию. Причина этого хорошо описана А.П.Керженцевым.
- Лесная подстилка. Чем меньше мощность подстилки, тем менее защищены от деструкции и эрозии минеральные горизонты. С ослаблением интенсивности процессов разложения нарастает мощность подстилки с одновременным ростом степени оторфованности, максимальной в гидрофобных условиях. Последнее определяет максимум устойчивости к экстремальным условиям.
- Каменистость. Чем выше скелетность почв, тем катастрофичнее для них внешние воздействия, нередко превращающие территории с такими почвами в каменистые россыпи.
- Дренированность. Обуславливает увлажнённость, а следовательно, и устойчивость почв к влиянию пожаров.
- связанность и структура почв (степень агрегированности). Обе характеристик вместе обуславливают противоэрозионную устойчивость минеральных горизонтов.
Каждый из перечисленных признаков доступен для визуальной оценки в полевых условиях, если в основу положить унифицированную дифференциацию их на классы, что можно сделать, используя рекомендации ФАО (Корнблюм, Смирнова, 1970). Фрагме5нтарность почв предлагается классифицировать по К.П.Богатырёву (1959), а подстилки – по С.В.Зонну и Т.Ф.Урушадзе (1974), с дополнительным разделением торфянистых подстилок на три группы: торфянистую, оторфованную и торфяную.
Шкала признаков устойчивости может быть улучшена, если:
- дифференцировать признаки по их значимости в деструкции и деградации почв;
- разработать классификации видов воздействий по их роли в необратимости происходящих трансформаций;
- учесть мерзлотность почв.
Рянский считает, что часть признаков, рассмотренных в этой работе, несомненно не так характеризует сами почвы, как их ландшафтные позиции (крутизна, дренированность, каменистость). Это позволяет использовать шкалу для оценки уязвимости типов, групп типов, формации леса, а также ландшафтов топологической размерности в целом. Так как одни и те же типы почв внутри ландшафтной пространственной единицы могут занимать разные ландшафтные позиции (также как, скажем, и типы леса), возникает возможность определить верхние и нижние пределы уязвимости каждого из интересных для нас ландшафтов.
В практике Дальневосточного НИИ лесного хозяйцства сравнительную устойчивость ландшафтов определяли, сравнивая их с эталонным природным комплексом максимальной устойчивости. Таким считали плакорный ненарушенный природный комплекс нынешней Тамбовской области (нагрузка на которую сравнима по типу и структуре, определяя доминирование лесов на севере и с/х ландшафтов на юге и пр.). За единицу приняли степень разрушения ландшафтов и прежде всего почв Тамбовской обл. за 100 лет антропогенного использования (эрозия, уменьшение содержания гумуса и пр.).
В соответствии с этими принципами на территории Приамурья выделили следующие категории сравнительной устойчивости ландшафтов по скорости разрушения ландшафтного комплекса в годах, в сравнении с таковой ландшафтов Тамбовской области (принятой за 1).
А. Наиболее неустойчивые (максимально ранимые) - до 15 лет и менее
Б. Неустойчивые (сильно ранимые) - 15-20 лет
В. Малоустойчивые (ранимые) - 20-40 лет.
Г. Относительно устойчивые (ранимые в меньшей степени ) - 40-60 лет
Д. Устойчивые (мало ранимые) - 60-80 лет
Расчёты выполнены сотрудницей отдела ОСГ Ленгипрогора О.Г.Питкянен с использованием фактических материалов автора и при консультациях с ним и с Е.С.Зархиной
На территории, прилегающей к БАМу, И.И.Букс (1977) использовал ландшафтно-экологический подход (предложенный в своё время Э.О.Неефом) для выделения природных комплексов на основе классификации по 5 показателям - растительности, её биологической продуктивности, характера рельефа, условий теплообеспеченности и увлажнения. По 5балльной системе также оценивали сравнительную устойчивость к техногенным воздействиям выделенных природных комплексов, которые, по мнению И.И.Букс, являются скорее фитоценозами а не ландшафтами в понимании скажем, того же А.Г.Исаченко.
Данный подход автор развивал применительно к Приамурью. К примеру, территория Норкского заказника, расположенного в центре Амурской области, целиком оценивается как "устойчивый комплекс, тёплый (сумма эффективных температур 1600-18000С), умеренно влажный (1-1,5), повышенной продуктивности (60-80 ц/га), южнотаёжный лиственичный (из лиственницы даурской), с преимущественно травяно-кустарниковыми лесами и лиственно-травяно-моховыми марями. Для масштаба, который был принят в работе И.И.Букс (1:1250000) это описание можно считать вполне приемлемым.
Однако анализ фактического материала позволил автору сделать вывод об отсутствии на территории заказника ненарушенных природных комплексов, которые относились бы к 0 степени нарушенности (Рянский, 1986). Сравнение созданной им шкалы с таковой И.И.Букс позволил считать устойчивыми природные комплексы лишь на 15% территории с 1й категорией нарушенности, 35% территории с 3й категорией нарушенности - слабоустойчивы. Территории с 4й и 5й категориями - неустойчивы и находятся в экологической опасности. Важно помнить, что устойчивость ландшафтов по баллам определялась И.И.Букс для цельных, ненарушенных ландшафтов, которых на территории заказника не оказалось. Вероятно, этот подход недостаточен.
Анализ значительного числа публикаций с эмпирическими и экспериментальными материалами позволил Н.Ф.Реймерсу и Ф.Р.Штильмарку (1978) разработать пределы допустимых соотношений преобразованных и естественных экосистем для разных ландшафтных зон бывшего СССР. См.таблицу.
В арктической и тундровой зоне преобразованные участки не должны занимать более 2%, вместе с оленьими пастбищами, в наиболее уязвимых местах сохранность естественных экосистем должна быть 100%. В северной половине тайги, в горнотаёжных районах и в горах юга бывшего СССР преобразованные участки не должны занимать более 20%, территории с сохранением природного режима - 80-90% площади. В зоне тайги преобразованные участки могут составлять до 50%, другую половину должны занимать естественные экосистемы. Последние цифры имеют отношение к плакорным участкам суши. В.А.Балковым (1978) для Башкирии было показано, что если в лесной увлажнённой зоне лесные полосы располагаются поперёк склона, достаточно 70% залесённости, чтобы сток со склонов был близок к 0.
Далее, полоса широколиственных лесов должна иметь не менее 30-35% естественных экосистем. Примерно то же соотношение 2:1 допустимо между интенсивно используемыми и естественными площадками в лесостепи. В степной зоне требуется сохранить до 35-40% территории (и лишь в некоторых благоприятных ландшафтах можно распахивать до 20% территории).
особенно осторожного отношения требуют полупустыни и пустыни. Без ирригации практически для всей территории должен быть сохранён щадящий режим. Особенно осторожно нужно вести природопользование в районах большой "ранимости" природы на крайнем и ближнем Севере северного внетропического пояса, куда относится половина ландшафтов Приамурья и подавляющая их часть в районах амурского БАМа, очень медленно восстанавливающихся от последствий негативных воздействий со стороны человека.
В зоне влажных тропических лесов и красных ферралитовых почв ежегодное с/х использование, по данным И.С.Сергеевой (1982) достижимо на не более чем 1/5 территории. Однако уже сейчас там используется 1/3 площади, так что общее развитие ландшафтов идёт по регрессивному пути.
В 1949 г. в Свободном Амурской области была организована Амурская лесная станция ДальНИИ лесного хозяйства. За прошедшие годы её сотрудники исследовали естественное и искусственное возобновление при концентрированных рубках. Выяснилось, что если сохранён подрост, а также оставлены на лесосеке высококачественные семенные деревья, то во всех лесных подзонах области - средней и южной тайги, хвойно-широколиственных и широколиственных лесов - возможно успешное восстановление и подростом, и самосевом. Однако процент самовосстановления в каждой подзоне ограничен, различия в среднем могут достигать 20%.
Таким образом, автор показывает, что для каждого ландшафтного типа существует своего рода ПДУ - предельно допустимый уровень антропогенной трансформации, выраженный в % площадей, занятых естественными (коренными компонентами). Он достаточен для самовосстановления без участия человека, это ограничение антропогенного пресса на природный ландшафт "снизу". Предельное ограничение "сверху" задано следующими процессами.
По мере распашки степей, сведения лесов, территориального роста городов и т.п. процессов территории дикой природы сжимаются как шагреневая кожа, отчего больше всего страдают наиболее крупные виды биоты, занимающие верхние уровни экологической пирамиды. В первую очередь это крупные хищники и копытные, крайне существенные как регуляторы воспроизводства эндогенных мозаик природного ландшафта во времени, специфичность паттерна которых в пространстве и устойчивость воспроизводства во времени определяют данный биоценоз как таковой.
Сейчас стало ясно, что эти мозаики созданы и поддерживаются биоценотической активностью крупных растительноядных млекопитающих - туров, зубров, бобров и пр. в лесной зоне, мегафауной копытных и хоботных в травяных биомах, а хищники регулируют численность и пространственное размещение этих источников эндогенных нарушений растительности. То есть потоки энергии и вещества в естественных экосистемах идут снизу вверх, от продуцентов в консументам 1-го, потом 2го порядка и пр. А вот поток информации, необходимый для устойчивого воспроизводства структуры системы на данной территории, идёт в противоположном направлении сверху вниз, от зоогенных мозаик нарушений, создающих парцеллярную структуру сообщества, которую затем осваивают и преобразуют все прочие виды, поселяющиеся на разных стадиях зарастания таких нарушений.
Соответственно, виды, биоценотическая активность которых управляет воспроизводством специфического паттерна мозаики системы на всей её территории, страдают больше всего от антропогенного сокращения этой последней. Простая схема из работы Е.А.Шварца показывает, как сокращение общей площади территорий дикой природы целенаправленно сносит верхние "этажи" экологической пирамиды, в результате чего ликвидируются природные регуляторы воспроизводства структуры ценозов. Предельная величина здесь 25-30% площади, занимаемой естественными экосистемами, причём непрерывных размер каждого отдельного "острова" должен быть сравним с территорией, достаточной для существования популяционной группировки крупных хищных млекопитающих стаи волков, нескольких медведей или тигров и пр.
Реальное экологическое состояние ландшафта определяется % реальных (на момент измерения) действительно сохранившихся естественных экосистем в том же урочище или районе. Для ландшафтного района определяется усреднённая категория нарушенности. Она вычисляется как среднее взвешенное на основании процентного распределения площадей района про выявленным в нём категориям. Зная усреднённую категорию нарушенности ландшафтного района, мы из таблицы нарушенных ландшафтов берём % площади, занятой естественными экосистемами, т.е. Эд района.
Отношение реального экологического состояния Эр к предельно допустимому уровню Эд называется экологическим коэффициентом ландшафта Кэ. Ландшафт с Кэ от 0,9 до 1,1 может быть назван нормастеничным и среднеустойчивым, при Кэ ниже 0,9 ландшафты астеничны, от 0,9 до 0,5 слабоустойчивы, а <0,5 - дистрофичны, т.е. неустойчивы и находятся в экологической опасности (регрессивное развитие). Ландшафты с Кэ выше 1,1 - гиперстеничны, от 1,1 до 1,5 - устойчивы, а выше 1,5 - выоскоустойчивы.
Для простоты и наглядности расчётов устойчивости ландшафтов автор строит матрицу (табл.2). По вертикали там - 5 наборов урочищ, различающихся по естественной уязвимости (их №№ соответствуют растительным ассоциациям из "Карты растительности БАМ", ИГ СО АН СССР, 1983). Строки - категории нарушенности ландшафтов по 7членной детерриорационной классификации.
Таким образом, эколого-ландшафтное районирование должно выражаться в
1) выделении на карте ареалов распространения именно тех факторов, от которых зависит выбор методов практического воздействия на процессы, подлежащие управлению. Естественная, коренная растительность - "зеркало" географических условий. Искусственно создаваемые природные комплексы должны быть органически связаны с вытесняемыми ими естественными комплексами, закономерно выт6екать из них, раскрывать потенциальные возможности, скрытые в ландшафте.
2) в разработке типологии ландшафтов, т.ею сведение бесконечных сочетаний элементов физико-географической среды к ограниченному числу типов, каждый из которых подлежит улучшению определённым способом.
Основные источники информации о нарушенных ландшафтах:
- статистическая информация, информация из производственных отчётов и проектов (скажем, данные об отвалах, карьерах, и пр. "пятнах" нарушений);
- топографические карты. Скажем, на картах масштаба 1:10000 легко выявляются главные формы нарушений (те же отвалы и карьеры, дражные поля, дороги и др.);
- геологические карты, содержащие сведения о минеральных ресурсах и добывающих предприятиях, как современных, так и выработанных;
- архивные карты и планы за столетие, оказывающие неоценимую помощь в изучении эволюции ландшафтов, и являющиеся основой в изучении эволюции площадей, занятых нарушенными землями в разные периоды времени;
- почвенные карты и прилагаемые к ним объяснительные записки. Особенно хорошо выявляют земли, нарушенные в результате ведения нерационального экстенсивного с/х пользования, открытых горных работ и складирования отходов промышленного производства;
- различного рода фотоматериалы. Наземные снимки горных разработок и связанных с ними производственных операций зримо иллюстрируют "сухую" картографическую информацию. Среди аэрофотоматериалов выделяются перспективная и плановая аэрофотосъёмки, позволяющие легко опознать нарушенные ландшафты, не прибегая к наземной съёмке. Дистанционные методы индикации загрязнений, хоть некоторыми и считаются перспективными, пока ещё не нашли применения.
На ч/б снимках, сделанных из космоса, ясно видны ареалы нарушений, сделанных загрязнениями. Составное цветокодирование изображения, выполненное в один и тот же сезон в разные годы, или в разные сезоны года, показывает развития нарушения. Применения цветной инфракрасной съёмки для индикации загрязнений особенно информативно, так как хвойные и лиственные породы на них имеют специфическую окраску, а здоровые и повреждённые деревья изображены разным цветом. По таким снимкам определимы относительная картина загрязнения (величина концентрации токсиканта), степень причинённого вреда и общая площадь, оказавшаяся под воздействием. В ряде случаев по косвенным признакам можно заключить о виде загрязнения.
Автор пишет, что такого рода картографические и фотоматериалы надёжно обеспечивали его исследования по истории нарушенных ландшафтов. Их результаты подтвердили, что дистанционная аэро- и космическая съёмки вполне заменяют полевое картирование на первых предпроектных этапах работы. Вместе с тем на отдельных полигонах или на объектах, представляющих хозяйственный интерес, обязателен подспутниковый наземный контроль.
Итогом работы стали карты ландшафтных районов, урочищ и модификаций, выполненные в масштабах 1:100000 для области, от 1:60000 до 1:200000 - для крупных районов, 1:100000 - для мелких административных районов юга Приамурья. Вторым этапом эколого-ландшафтного районирования было составление карты состояния ландшафтов (экологического коэффициента). Состояние а, следовательно, и уязвимость к технологическим нагрузкам, определялось как разницей в естественной уязвимости ландшафтов, так и нынешним уровнем нарушенности.
Экологический коэффициент определялся применительно к урочищам, для которых естественную уязвимость принимали одинаковой. Для карты состояний ландшафтных районов в масштабе области экологический коэффициент определялся как среднее арифметическое Кэ урочищ с учётом площади, занятой территориями с той или иной категорией нарушенности. Также определяли коэффициент вариации Кэ в пределах ландшафтного района: если он <10%, экологическое состояние в этих пределах считали однородным. В этом случае эколого-ландшафтный район по территории совпадал с ландшафтным.
Если же коэффициент вариации превышал 50%, то среднее арифметическое для ландшафтного района не имеет смысла, он распадается на 2 или более эколого-ландшафтных района, для каждого из которых нужна собственная тактика природопользования. Выявление таких "кусочков мозаики" с однородным состоянием ландшафтов и есть эколого-ландшафтное планирование. При составлении эколого-ландшафтных карт должна учитываться динамика ландшафтов, т.е. направленность природных процессов, для чего необходимо разработать методы приближённого суждения о процессах по их следам, а также использовать применяемый социологами метод опроса населения (о режиме рек, микроклимате, миграциях фауны и пр.).
Так как реконструктивные работы наиболее актуальны в густонаселённых и почти сплошь нераспаханных местностях (юг ПРиамурья), то под эколого - ландшафтным районированием надо понимать процесс более сложный, чем физическое ландшафтное районирование. Здесь необходимо районирование эколого-антропогенных модификаций ландшафтов, с отражением в легенде всех тех результатов человеческой деятельности, которые наряду с природными факторами имеют значение для составления проектов мелиорации.
Дальше автор делает вывод, что любая хозяйственная стратегия в староосвоенных регионах должна исходить из реально сложившейся, издавна нарушенной структуры ландшафтов. В целевых программах любых проектов надо закладывать затраты на реконструкцию ландшафтов до нормального (оптимального) состояния.
Источник
Ф.Н.Рянский, 1995. Об уязвимости и устойчивости ландшафтов в связи с необходимостью оптимизации социальной и технологической деятельности// Теоретические проблемы экологии и эволюции (2е Любищевские чтения). Тольятти: Изд-во "Интер-волга". С. 212-225.