ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2011, № 3, с. 373-383
ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ
УДК.631.4
ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЕННО-РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА НАРУШЕННЫХ
ТЕРРИТОРИЯХ ТУНДР
© 2011 г. В. Я. Григорьев, |В. Д. Васильевская, Е. А. Погожева
Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы
e-mail pogozhevaea@mail.ru Поступила в редакцию 11.01.2010 г.
На основе анализа взаимосвязей характеристик биопродуктивности растительности и различных свойств почв составлена сводная таблица биологических, водно-физических, теплофизических, агрохимических и механических показателей экологической опасности деградации почвенно-расти-тельного покрова тундр. Среди показателей выделены удобные для практического применения показатели изменений проективного покрытия, глубины оттаивания и содержания гумуса в слое 0—20 см, приведены эмпирические уравнения для расчетного их определения. Получены простые уравнения для расчетной оценки динамики и длительности самовосстановления почвенно-растительного покрова на дренированных и недренированных участках тундры. В комплексе предлагаемые уравнения являются моделью оценки и прогноза устойчивости, деградации, динамики, длительности самовосстановления и в целом экологического состояния почвенно-растительного покрова тундр с учетом изменений рельефных, водных и тепловых условий после импульсных внешних механических воздействий и сопутствующих негативных процессов.
ВВЕДЕНИЕ
Опыт построения и эксплуатации мощных инженерных объектов на крайнем Севере наглядно свидетельствует о необходимости предупреждения негативных нарушений экологической обстановки. Техногенные воздействия на почвенно-растительный покров и появление дополнительных источников талого и дождевого стока часто более теплых вод с инженерных объектов приводят к активизации негативных склоновых процессов и изменениям экологической устойчивости экосистем на нарушенных площадях и далеко за их пределами. В комплексе негативные природные процессы при их активизации приводят к полному разрушению уязвимых естественных тундровых экосистем и создают аварийные ситуации на инженерных объектах. В ряде районов освоения Севера назрела острая необходимость в разработке и проведении мер предупреждения и предотвращения экологических последствий негативных деградационных процессов.
Для разработки специальных мер инженерной защиты и биологической рекультивации, направленных на предупреждение и предотвращение экологических последствий, крайне необходимо количественно оценить экологическую устойчивость и степень экологической опасности деградации, а также определить возможность естественного и искусственного восстановления поч-венно-растительного покрова тундр. Некоторые результаты решения этих задач и практического
их применения составляют содержательную часть данной работы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
Анализу и практическому применению подлежали эмпирические уравнения взаимосвязей количественных характеристик почв и растительности тундр, установленных по имеющимся результатам исследований почвенно-растительного покрова тундр Западной, Средней и ВосточноЕвропейской Сибири [2, 5, 7, 8, 10, 14, 16]. Для определения количественных показателей экологической устойчивости и экологической опасности деградации почвенно-растительного покрова тундр, а также критических их значений дополнительно привлечены математические методы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Определение указанных показателей для поч-венно-растительного покрова тундр до сих пор остается трудно решаемой проблемой. Решение этой проблемы для тундровых условий осложняется тем, что все виды негативных процессов в криолитозоне взаимосвязаны и взаимообусловлены между собой и составляют единый активный процесс денудации. Анализ системы воздействие—нарушение—процесс показал, что большинство воздействий при строительстве и эксплуатации линейных и площадных сооружений, приводит к нарушениям микро- и мезоре-
льефа, растительности и почв, водных и тепловых условий, поверхностного и грунтового стока, активизируют целый комплекс негативных процессов: протаивания; просадки; термокарста; пучения; солифлюкции; оползней; быстрых сплывов; захоронения почвенно-растительного покрова; заболачивания и иссушения; эрозии и термоэрозии; дефляции и др. [21, 24].
Однако установлено, что практически все эти воздействия и сопутствующие им процессы направлены, в основном, на изменение количественных характеристик почв и растительности тундр, водных и тепловых условий [13, 24]. Поэтому интегральное положительное или отрицательное влияние техногенных воздействий на экосистему в целом находит отражение в изменении основного ее компонента — почвенно-расти-тельного покрова. Количественно комплексное их влияние целесообразно оценивать продуктивностью фитоценозов, формирующихся после воздействий [1, 6, 15—17].
Продуктивность фитоценозов определяется при определенных водных и тепловых условиях реальным плодородием почвогрунтов, обусловленным агрохимическими, физическими свойствами и гумусным их состоянием. Содержание питательных элементов и гумуса в почвогрунтах, в свою очередь, зависит от характеристик нарушенных почв и растительности. Аналитическое описание этих взаимосвязей позволяет выявить комплекс показателей, необходимых для прогнозирования состояния системы, в целом по изменению ее отдельного компонента. В результате такого подхода появляется возможность заменить характеристику системы в целом описанием состояния какой-либо ее части одним числом (показателем некоторого свойства подсистемы), которое будет достаточным и легко определяемым диагностическим признаком нарушений равновесного состояния системы [13].
Исследования показали, что для тундровой зоны Сибири наиболее "чувствительными" индикаторами и количественными интегральными показателями устойчивости, деградации и восстановления почвенно-растительного покрова являются характеристики продуктивности растительности и, в первую очередь, живая надземная биомасса или косвенные ее показатели [1, 3, 4, 6]. Установлено, что практически все основные свойства почв и характеристики растительности прямо или опосредованно связаны с главным показателем биопродуктивности — живой надземной биомассой. Следовательно, свойства почв и параметры растительности можно использовать в качестве интегральных и дифференцированных показателей устойчивости, деградации и восстановления поч-венно-растительного покрова тундр.
Дифференцированная расчетная их оценка для нарушенных тундровых почв проводится по изменению важных для роста растений характеристик почв и эмпирическим уравнениям общих закономерностей распределения по почвенному профилю и взаимосвязей количественных показателей химических, физических, теплофизиче-ских и других свойств почв тундровой зоны Сибири [9, 10]. Изложенная и обоснованная методология в данной работе была апробирована для расчетного определения показателей экологической устойчивости и экологической опасности деградации почвенно-растительного покрова тундр.
Многообразие определений и понятий устойчивости и деградации почвенно-растительного покрова значительно осложняет проведение их оценки [12, 13, 22]. Назрела острая необходимость стандартизации общепринятых понятий. В настоящей работе под устойчивостью почвенно-расти-тельного покрова понимается его способность сохранять свою структуру (характеристики почв и растительности) и функциональные особенности (производительную функцию) при воздействии внешних факторов. Под деградацией — процессы, приводящие к снижению его производительной способности в результате изменения характеристик почв и растительности. Эти общие определения понятий устойчивости и деградации вполне правомерны как для экосистем в целом, так и для отдельных их компонентов, в частности, для поч-венно-растительного покрова.
Опыт показал, что оценку экологической опасности деградации целесообразно проводить в двух экологических аспектах: потери почвенно-расти-тельного покрова тундр как ресурса и деградации ландшафтов при активизации негативных процессов в результате техногенных воздействий. Потерю почвенно-растительного покрова как ресурса часто оценивают относительным (1-Бн/Бни) или абсолютным (Бн/Бни) снижением его исходной (Бни) биопродуктивности при различных видах деградации. Каждой степени деградации, установленной по уменьшению Бни, соответствует такая же степень экологической опасности. Следовательно, для количественной оценки деградации и экологической ее опасности целесообразно применять единую шкалу (табл. 1).
В этом случае комплекс показателей деградации и методов расчетного их определения, изложенных в [4, 5, 9, 10], применим и для оценки экологической опасности деградации почвенно-растительного покрова тундр [15]. Для практических расчетов удобно изменения биомассы Бни и других показателей деградации Р1 оценивать относительными величинами Бн/Бни и Р/Р1и. Использование известных показателей деградации и расчетных методов их определения позволили
Таблица 1. Шкала деградации и экологической ее опасности
Степень деградации и ее экологической опасности при изменении показателя, доли ед.
отсутствует слабая средняя сильная очень сильная
1 - Бн/Бни Бн/Бни <0.11 >0.89 0.12-0.25 0.88-0.75 0.26-0.50 0.74-0.50 0.51-0.75 0.49-0.25 >0.76 <0.25
Таблица 2. Показатели экологической опасности деградации почвенно-растительного покрова тундр
Показатели РУ-йи или Р
Степень экологической опасности при изменении показателей
отсутствует слабая средняя сильная
Биологические показатели
Надземная живая биомасса, Бн/Бни Мощность органогенного слоя, Нг/Нги Проективное покрытие, ПП/ППи Содержание растительных остатков в слое 0—5 см,
К0/К0и
Водно-
Запасы доступной влаги, ВЗд/ВЗди Уровень грунтовых вод, Угв/Угви Водно-физические константы, Плотность почвы, рУр™
>0.89 >0.90 >0.90 >0.86
0.88-0.75 0.89-0.80 0.89-0.81 0.85-0.70
изические показатели
>0.89 >0.89 >0.98 <1.06
0.88-0.75 0.88-0.75 0.97-0.95 1.06-1.12
Теплофизические показатели
Объемная теплоемкость, С/Си Теплопроводность, 1/^и Удельная теплоемкость, Су/Суи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.