Н.Е. Рамазанова Проблемы комплексной оценки геоэкосистем

Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2012, №4
Н.Е. Рамазанова
Проблемы комплексной оценки геоэкосистем степной зоны бассейна р. Урал
( Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, г. Астана)
Рассматриваются методологические подходы к проведению геоэкологической оценки природных комплексов. Анализ
взаимодействия природной и антропогенной составляющих геоэкологических комплексов и их управления основан
на учете природно-ресурсного потенциала, изменяющегося в пространственно-временном отношении. Разработаны
принципы выявления и картирования геоэкологических систем разного ранга. Структурные изменения, возникающие
в результате антропогенной трансформации, позволяют установить качество геоэкосистем и ранжировать их по степени
самореализации и устойчивости.
Введение. Геоэкологосистемное направление современной географической науки
предполагает разработку новых концептуальных и методологических подходов в локальных и
региональных исследованиях. От традиционных ландшафтных методов, использующихся при
анализе и синтезе, систематике и классификации геосистем, они отличаются тем, что требуют
обязательного анализа экологического качества геоэкосистемы. На многих территориях страны
произошло повсеместное превращение естественных геосистем в геоэкосистемы природноантропогенного характера, т.е. непосредственно в измененные хозяйственной деятельностью
системы. Интенсивность и скорость изменений диагностируются функционирующими в
геоэкосистеме техногенными процессами нарушениями в функций физико-географических
процессов. Геоэкологическое качество природного комплекса определяется степенью и
характером техногенеза. При всех современных ландшафтных исследованиях основным
объектом должна становится геоэкосистема, в структурную организацию, которой входят как
природно-антропогенные, так и социально-экономические факторы.
Материалы и методы исследования. Геоэкологическое направление при изучении
геоэкосистем опирается на теоретические концепции А.Г. Исаченко, Н.А. Солнцева,
Г.М.Джаналеева. Геоэкосистема - это система, сформированная как природными, так и
экономико-социальными факторами, имеющая природные и хозяйственные особенности,
формирующие геоэкологическое качество [1, 3].
Разработанная нами модель геоэкосистем степной зоны Западно-Казахстанской области
определяет новые параметры геоэкологической оценки, зависимой от степени интенсивности
развития отраслей хозяйств в условиях измененного климата. На основе ГИС получены серии
карт в масштабе 1: 500 000 по индикаторам геоэкологических параметров геоэкосистем. На
примере одного из ключевых участков региона (бассейна р. Быковка) изучены процессы
устойчивости геоэкосистем, выведены параметры использования водно-земельных ресурсов.
Решение задачи. Геоэкосистемы, сформированные в условиях аридного климата степной
зоны Западно- Казахстанской области имеют сложную внутреннюю структуру и выполняют
функции, которые обеспечивают нормальные эколого-экономические и социальные условия.
Для определения современных функционирующих параметров необходимо выявление
доминирующих факторов, определяющих геоэкологическое качество.
С позиций геоэкологического анализа геоэкосистему можно рассматривать с позиции
представления экосистемных услуг по использованию ресурсного потенциала. В экосистемные
услуги входят как использование природных ресурсов, так и использование специфических
свойств геоэкосистем, благодаря которым вообще становится возможной жизнь человека.
Такие услуги подразделяются на использование водно-земельных, земельно-растительных,
минерально-сырьевых и др. Кроме этого в геоэкосистему входят и благоприятные природноклиматические условия для существования человека, для удовлетворения его оздоровительных
и рекреационных запросов [4,5].
Модель геоэкологической системы возможно построить на основе определенных качеств
геосистем, требующих изучения конкретных показателей. Для геоэкосистемы наиболее
важны показатели литогенной основы, гидроклиматогенных, биогенных параметров. Эти
количественные показатели определяют качество геоэкосистемы и в целом, комплексный
природно-ресурсный потенциал, от которого зависит набор предлагаемых экологических услуг.
260
Н.Е. Рамазанова
Рисунок 1- Модель геоэкологической системы (ГЭС)
Геоэкологическая оценка для целей оптимизации сельскохозяйственного производства
региона была выполнена авторами во время трехлетних полевых экспериментальных
исследований с использованием методов дистанционного зондирования в 2010-2011
годах. Природно-ресурсный потенциал оценивается с позиций различных отраслей,
развитых в Казахстане: для промышленности, строительства, рекреационного или лесного
хозяйствования и др. Полезные услуги для жизнедеятельности человека и их качество можно
определить через экологический потенциал, который является интегральным показателем
благоприятности климата, пригодность и для агропроизводства и др. Для экологических
услуг при агропромышленном производстве важную роль играет продуктивность фитомассы,
интенсивность круговорота в геохимических средах техногенного генезиса, интенсивность
естественных природных процессов. Отрасли хозяйств, выступающие как фактор изменения
среды - это главные потребители экосистемных услуг, а с другой являются основными агентами
его трансформации и нарушений. Показателями для определения качества геоэкосистемы в
целом служат современные характеристики природно-антропогенной среды.
Анализ геоэкосистем заставляет в обязательном порядке ввести в модель, помимо
природной и хозяйственной частей, социальную составную. Они отражают особенности
населения, которые являются субъектом использования экосистемных услуг. От социальноэкономического уровня жизнедеятельности человека в геоэкосистеме зависит степень
интенсивности освоения и характер экосистемных услуг. Социальная составная услуг
характеризуется такими показателями, как плотность населения и тип расселения, индекс
развития человеческого потенциала, индекс экологической устойчивости. Индикаторы этих
составных обычно интегральные, каждый индикатор рассчитывается с использованием
нескольких показателей, их значения отражают существенные воздействия техногенного и
биогенного характера, которые они оказывают на общее состояние природно-антропогенной
среды.
261
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2012, №4
Рисунок 2 -Карта-схема геоэкологических систем степной зоны Западно-Казахстанской области
Особое место в модели геоэкосистемы занимает блок контроля за состоянием ее качества.
Последнее является очень важным моментом при исследовании динамики и степени
262
Н.Е. Рамазанова
интенсивности функционировании. От данных этого блока зависит уровень принимаемых
управленческих решений, выполнение вариантов освоения ресурсов, применение и учет ОВОС
и др. Последствия отражаются в виде разнообразных природно-антропогенных процессов,
структурных изменений во внутреннем строении геоэкосистемы, в изменении материальных
или энергетических потоков.
В связи с этим важный этап анализа - мониторинг природно-антропогенных процессов и
структурных изменений в хозяйственно освоенной геоэкосистеме. Для более полного анализа
геоэкологической ситуации и определения роли услуг для развития особо важных отраслей
хозяйств Западно-Казахстанской области необходимо исследование следующих направлений:
- изучение ресурсоопределяющих функций геоэкосистем для целей высокого качества
выполнения услуг, востребованных зерновыми и кормовым хозяйствами;
- исследование структурных последствий в результате использования водно-земельных
ресурсов, зависимых от защитной и восстановительной функции геоэкосистем;
- определение характера саморегуляции геоэкосистемы в условиях Карачаганакского
нефтегазоконденсатного завода и Чинаревского нефтегазоконденсатного месторождения.
Для экологической оценки геоэкосистем на территории степной зоны ЗападноКазахстанской области была собрана информация по 17 показателям для 58 геоэкосистем
показанных на карте (рис.1).
Легенда к карте "Геоэкологические системы степной зоны Западно-Казахстанской области"/фрагмент/
Группа
Геоэкологические системы (цифры обозначают номера систем по карте)
видов/
подвидов
I.
Территории комплексного хозяйственного использования и благоприятными геоэкологическими
условиями
природопользования.
Холмисто-волнистая
равнина,
сложенная
делювиальнопролювиальными отложениями с фрагментами верхнечетвертичных отложений с белополыннотипчаково-ковылковой растительностью на темнокаштановых почвах с 8% гумуса, используемые под
посевы яровой и озимой пшеницы, кормовых и технических культур.)
1.
Сочетания урочищ в условиях русел временных водотоков и мелкими кустами с ковылковожитняковыми сообществами на темнокаштановых почвах в сочетании с лугово-каштановыми с
фрагментами чернозема южных используемые под посевы зерновых культур (яровая и озимая
пшеница, ячмень и просо) -1,2,3,4,5,6,7,8,9,10.)
2.
Сочетания урочищ в условиях пологих суффозионных западин и мелких карстовых полостей
с чернополынно- кокпековыми сообществами на темнокаштановых почв в сочетании с луговокаштановыми солонцеватыми почвами используемые под посевы зерновых (яровая и озимая пшеница)
и кормовых культур (кукуруза, овес) - 11,12,13,14,15,16,17,18.)
3.
Сочетания урочищ в условиях слабонаклонно-волнистых равнин, сложенных среднечетвертичными
отложениями со старицами и мелкими саями с житняково-типчаковыми сообществами на
темнокаштановых почвах с фрагментами лугово-каштановых почв используемые под посевы
зерновых культур (яровая и озимая пшеница) и технических культур (подсолнечник, горчица) 19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29.)
II.
Территории ограниченного хозяйственного освоения и природными условиями, характеризующими
низкой устойчивостью природных комплексов. Полого-волнистая равнина с мелкими озерными
понижениями, сложенная аллювиальными отложениями с типчаково-ковылковой растительностью
на темнокаштановых почвах с солонцами, с гумусом 7% используемые как солонцеватые пашни под
посевы кормовых культур (люцерна, кукуруза, овес).)
4.
Сочетания урочищ в условиях пологоплоских понижений с ковылково-житняковыми сообществами
на темнокаштановых солонцеватых почвах используемые под посевы кормовых культур (люцерна,
кукуруза) -30,31)
5.
Сочетания урочищ в условиях пологовогнутых западин с руслами временных водотоков с
кокпеково-чернополынными сообществами с биюргунниками на темнокаштановых солонцеватых почв
используемые под посевы кормовых культур (кукуруза, овес) -32,33.)
6.
Сочетания урочищ в условиях мелкосопочных возвышений ксерофитно-разнотравно-типчаковыми
сообществами на темнокаштановых малогумусных почвах с солонцами используемые под посевы
кормовых культур (люцерна, овес) -34,35.)
Информация была введена в базу данных ГИС и ее обработка позволила получить
серию карт для изученной территории. Эти показатели отражают различные последствия
техногенных воздействия на геоэкосистемы. Интегральная оценка геоэкологического качества
геоэкосистем основана на следующем допущении: если хотя бы по одному из ингредиентов
263
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2012, №4
загрязнения обнаруживалось превышение критических уровней или интенсивность природноантропогенных процессов становилась катастрофической, такой комплекс относится к
категории деградирующих Последствия техногенеза определяют геоэкологическое состояние,
степень его устойчивости в условиях антропогенного стресса, способность выполнять основные
функции и оказывать полный набор экологических услуг. Эти характеристики позволяют
ранжировать ландшафтно-геоэкологические системы от устойчиво функционирующих до
деградирующих, что и показано на соответствующей модели.
В каждом случае информация по индикаторам и показателям формализуется, вводится в
ГИС и обрабатывается в соответствии со шкалой оценки геоэкологического качества.
Последствия антропогенной нагрузки определяют геоэкологическое состояние и качество
геоэкосистем, способность выполнять основные функции и оказывать полный набор
экологических услуг.
Качественно-динамические
показатели
геоэкосистем
позволяют
ранжировать
геоэкосистемы по степени использования их природно-ресурсного потенциала. Шкала
балльной оценки ранжирования по геоэкологическому качеству системы, связана с характером
использования конкретного ресурса.
Ниже на примере территории степной зоны Западно-Казахстанской области, природные
ландшафты которые подвергались коренной антропогенной перестройке, будут показаны
анализ, оценка и картографическое отображение геоэкологических систем.
Использование данного методологического подхода приурочено к геоэкосистемам,
сформированных в условиях бассейна реки Урал. Степень антропогенной трансформации
этой территории велика. Развитие геоэкосистем бассейна р. Урал обусловлено современными
физико-географическими
процессами,
развивающимися
в
условиях
интенсивного
агропроизводства.
Геоэкосистемы изученного региона подвергаются коренной перестройке. Агрогенное
воздействие на почвенно-растительный покров и на поверхностный сток часто выходят за
пределы допустимой концентрации. Значительно увеличиваются территории, находящиеся под
воздействием водно-мелиоративных работ, связанных с интенсивностью агропроизводственных
работ. Доля преобразования таких агрогеоэкосистем увеличивается в связи развитием отраслей
сельского хозяйства в условиях рыночной экономики. Геоэкологическое качество таких
территорий определяется не только наличием процессов, совершенно не свойственных их
инварианту, но и мобильным видоизмененным последствиям, происходящим в структуре
геоэкосистемы. К ним относятся необратимые перестройки внутри ландшафтных
связей, изменение газового состава атмосферы, эвтрофикация озер и проточных систем,
уменьшение видового разнообразия растительного и животного мира, увеличение площадей
с геохимическими аномалиями, снижение популяции наземной фауны, исчезновение видов
растений и животных внутри охраняемых территории [6]. Выше перечисленные процессы
характерны для всей территории степной зоны Западно-Казахстанской области, которые
имели в ХVIII, XIX веках высокий природно-ресурсный потенциал (табл.1).
Таблица 1
Пример определения качества геоэкологической системы на основе учета концентрации ингредиентов-загрязнителей
Концентрация выбросов
Качество ГЭС
Газообразные поллютанты
значения
ПДК
регистрируемые
(нормативы ВОЗ)
концентрации
0,14
мг/м3 -длительно;
Ниже ПДК
Устойчивое
0,40
мг/м3
SO2
кратковременно
0,5 ПДК
Неустойчивое
0,8-1 ПДК
Умереннодеградирующее
Более 1 ПДК
Активно-деградирующее
264
Н.Е. Рамазанова
Регистрация выбросов в последние годы показывает, что загрязнение воздуха NO2 и
взвешенными частицами за последние 10 лет сократилось в среднем по региону на 15 и
10% соответственно. В агрогеоэкосистемах избыток азота снижается, но он по-прежнему
остается серьезной проблемой. Из-за высоких доз внесения удобрений и навоза на пашни
и луга аккумуляция тяжелых металлов (особенно свинца, меди и цинка) в почвах за счет
инфильтрации и в грунтовых водах достигает почти критических концентраций. Уникальный
экологический каркас образуют старые русла Урала и их рукавов, а также густая сеть
каналов и искусственных водоемов, пронизывающих всю территорию региона. К естественным
геоэкосистемам относятся старицы, болота, заросли кустарников и береговые приречные валы.
За последние 50 лет их площадь резко сократилась (на 35%) , но в настоящее время они
тщательно охраняются. Их общее предназначение - обеспечивать регулирующие и охотничные
услуги (табл.2).
Таблица 2-Пример оценки геоэкологического качества геоэкосистем степной зоны бассейна р. Урал
Геоэкосистема
Номер
УрбоМорфологическиеТехноКачество
на
сельскохозяйственная
изменения
агрогенные
геоэкосистемы
карте
геоэкосистемы
процессы
Природно10
Сельскохозяйственное 60%
пашня,
Эрозия слабая
Устойчиво
антропогенная.
производство
аулы, села
функционирующие
Волнисто-холмистая
15
Пашня
(зерновые, 40%
пашня,
Закисление
Слабо устойчиво
равнина
временных
кормовые)
10% сенокосы
умеренное
функционирующие
водотоков,сложенная
с
крупными
делювиальноруслами
пролювиальным
материалом
с
27
Сенокосы и заливные 40% заливные
Избыток азота
Слабо
разнотравнолуга
луга, старицы
в почвах
деградирующие,
кустарниковой
слабо
растительностью
на
функционирующие
темнокаштановых почвах
с солонцами
в сочетании с пойменно57
Урбо-экологический
Сельские
Выбросы SO2
Умеренно
луговыми почвами под
агломерации
деградирующие,
сильные
влиянием техногенеза
средне
функционирующие
58
АнтропогенноВысокий
Выбросы SO2
Активно
смешанный
процент
деградирующие
фрагментарности;
не
охраняемые
функционирующие
объекты
Заключение. Изучение комплексного состояния геоэкологической среды степной зоны
Западно-Казахстанской области на основе разработанной модели для использования ГИС технологий (ArgGIS) необходимо для определения степени интенсивности развития негативных
природно-антропогенных процессов (эрозии, смыва и др.). Градация степени интенсивности
антропогенных процессов зависит от устойчивости и процессов саморегуляции геоэкосистем,
что определяют оценку экологических услуг.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исаченко А.Г. Ресурсный потенциал ландшафтов и природно-ресурсные зоны//с 219-232,
№3, 1992.
2. Солнцев Н.А. Естественно-геогрфические ландшафты и его основные законы//
Географический конгресс, Москва, 1948.
3. Джаналеева Г.М. Теоретические и методологические проблемы географии, стр. 298,
Астана, 2008
4. Хорошев А.В., Пузаченко Ю.Г., Дьяконов К.Н. Современное состояние ландшафтной
экологии// Изв. РАН. Сер.геогр. 2006.№5. С. 12-21.
265
Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршысы - Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2012, №4
5. Villennium Ecosystem Assessment. Ecosystem and Human Well-being: Synthesis. Washington,
2005.
6. Джаналеева Г.М., Рамазанова Н.Е. Ural river basin steppe zone geoecosystems naturalresources potential assessment//Journal Ecology and Safety ISP:ES, Bulgaria, Burgas. 2012.
Рамазанова Н.Е.
Дала зонасындағы Орал өзенi алабының геоэкожүйесiн кешендi бағалау проблемалары
Табиғи кешендi геоэкологиялық бағалау жүргiзудегi методологиялық көзқарас қарастырылады. Геоэкологиялық
кешендi құратын табиғи және антропогендiк талдаудың өзара карым-қатынасы және оларды басқару кеңiстiктiк-уақытта
өзгеретiн табиғи-ресурстiк потенциал есебiне негiзделген. Әр түрлi рангтегi геоэкологиялық жүйелердi анықтау және
картаға түсiру принциптерi анықталған. Антропогендiк трансформация нәтижесiнде туындайтын құрылымдық өзгерiс
геоэкожүйенiң сапасын анықтауға мүмкiндiк бередi.
Ramazanova N. Y.
Problems of integrated assessment of geo-ecosystems of steppe zone of Ural river basin
Methodological approaches to the assessment of natural geo-ecological systems are being researched. Analysis of the interaction of natural and anthropogenic components of the geo-ecological systems and their management is based on the consideration
of natural-resource potential in the changing spatial and temporal connection. The principles of identification and mapping of
geo-ecological systems of various ranks. Structural changes resulting from anthropogenic transformation, and allow to establish
the quality of geo-ecosystems and rank them according to the degree of self-realization and sustainability.
Поступила в редакцию 11.05.2012
Рекомендована к печати 30.05.2012
266