2 Озерно – речные системы как составная часть структуры
advertisement
Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКОТОННЫХ ГЕОКОМПЛЕКСОВ ОЗЕРНО-РЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Павлодар 3 Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Факультет химических технологий и естествознания Кафедра географии и туризма ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКОТОННЫХ ГЕОКОМПЛЕКСОВ ОЗЕРНО-РЕЧНОЙ СИСТЕМЫ Учебно-методическое пособие для студентов и магистрантов естественно-научных специальностей высших учебных заведений Павлодар Кереку 2012 4 УДК504.45(07) ББК 20.1я7 Ц 12 Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом факультета химических технологий и естествознания Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова Рецензенты: Г. З. Химич – кандидат биологических наук, профессор, заведующий кафедрой биологии Инновационного Евразийского университета г.Павлодара; А. В. Ермиенко – кандидат биологических наук, доцент. Царегородцева А. Г., Сидорова И. В. Ц12 Геоэкологические особенности экотонных геокомплексов озерно-речной cистемы: учебно-методическое пособие для естественно - научных специальностей высших учебных заведений / А. Г. Царегородцева, И. В. Сидорова – Павлодар: Кереку, 2012. – 67 с. В учебно-методическое пособие даются основные понятия в области изучения экотонов, методологические принципы изучения типологии экотонов, рассматриваются озерно–речные системы как составная часть структуры долины, экотоны природно-техногенных водоемов и поймы р. Иртыша, приводится прогностическая модель стратегий развития экотонных геокомплексов озерно–речной системы. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов и магистрантов естественно-научного направления подготовки, а также специалистов интересующихся региональными проблемами. УДК504.45(07) ББК 20.1я7 © Царегородцева А. Г., Сидорова И. В., 2012 © ПГУ им. С. Торайгырова, 2012 За достоверность материалов, грамматические и орфографические ошибки ответственность несут авторы и составители 5 Введение В настоящее время, когда в результате деятельности человека появляются антропогенные и природно-антропогенные экосистемы, процесс возникновения новых экотонов получает все большее распространение. В зонах экотонов формируются особые экотонные биотические сообщества и соответствующие им экотонные системы. Экотоны отражают континуальность биогеоценотического покрова и осуществляют функцию соединения различных природных, или природных и антропогенных систем, и одновременно выполняют буферную функцию, а также функцию рефугиумов для ряда видов организмов (Hansen et al., 1988). Изучение структуры, функционирования, географического распространения экотонов является одной из важных задач сохранения биологического разнообразия, что связано с большой уязвимостью комплексов экотонов к антропогенному воздействию. В современных условиях в связи с глобальным ростом дефицита пресных природных вод особую важность приобретает проблема рационального использования водных объектов, охраны и их восстановления. Особую значимость при этом принадлежит изучение функционирования экотонной системы во взаимодействии с водной поверхностью. Интенсивное антропогенное воздействие на гидросферу вызвало дестабилизацию аквальных экосистем и прилегающих к ним территорий. Процессы взаимодействия водной и наземной среды формируют экотонную зону, размеры которой зависят от свойств грунтов, гидрологического и гидрогеологического режимов суши, особенностей состава и динамики биокомплексов. Научный интерес представляет выявление структурных и функциональных особенностей прибрежных экотонов, обусловленных адаптивными свойствами компонентов биоты к различным условиям водного режима. Одной из важнейших характеристик переходных территорий оказывается повышенная флуктуация и неустойчивость параметров абиотической среды, которые еще не достаточно изучены. Познание закономерностей развития экотонных экосистем природнотехнических водоемов актуально в связи с экологическими проблемами речных бассейнов, нарушением естественного режима, качества вод и сокращением биоразнообразия. В связи с этим рассматриваемая в настоящей работе проблема геоэкологического состояния экотонных геокомплексов озерно-речной системы является актуальной. 6 1 Экотоны и проблемы их изучения Интерес к изучению прибрежно-водных растений начал появляться еще в ХУ111 веке в Европе в связи с развитием рыбоводства. Однако планомерные исследования начались только с конца Х1Х века. В России изучение экотонов водоемов было связано с организацией ряда гидробиологических станций на территории страны, с целью разработки методов и способов эффективной эксплуатации природных ресурсов водоемов. К началу ХХ века уже были опубликованы многочисленные исследования прибрежноводной растительности. В России были изданы определители водных растений отдельных регионов страны: Ростовского уезда (Григорьев, 1903), Уральских озер (Исполитов, 1910) средней полосы России (Федченко, 1913) и др. В ряде работ рассматривались биологические и экологические особенности растений озер и рек (Золотницкий, 1890; Танфильев, 1890; Кропачев, 1901; Флеров, 1908; Савенков, 1910). Начиная с 20-х годов ХХ века для решения вопросов, связанных с ведением рыбного хозяйства, водоснабжения и очистки сточных вод, начались исследования биологических процессов в водоемах. Большое внимание стали уделять вопросам классификации и экологии прибрежно-водной растительности (Аржанов, 1920). В связи с этим появилось значительное количество работ, посвященных прибрежно-водной растительности различных регионов России: отдельных водоемов Европейской части страны (Никитский, 1925), озер Алтайского края (Верещагин, 1925), Кончезерской группы озер Карелии (Лепилова, 1930), поймы Дона и Волги (Фурсаев, 1933), описание растительности плавней, лиманов и морских побережий (Косенко, 1924; Пачосский, 1927). Одновременно издаются определители прибрежно-водных растений (Федченко, 1928, 1949; Рычин, Сергеева, 1939; Чернов, 1949; и др.). Параллельно осуществляется систематизация методик исследования прибрежно-водной растительности, разрабатывается классификация сообществ (Лепилова, 1934; Раменский, 1938; Катанская, 1956; Камышев, 1960, 1962; Распопов, 1968; Белавская, 1977). Ряд работ, опубликованных в 50-х годах, связан с решением проблем, возникших при создании крупных водохранилищ, и в частности, их зарастанием водной растительностью. Эти исследования положили начало новому направлению в современной гидроботанике (Зеров, 1949, 1976; Богачев, 1950, 1952; Кутова, 1957; Корелякова, Белавская, 1958, 1966, 1969; Экзерцев, 1966; Потапов, 1960; и др.). 7 Начиная с 50-х годов, большое внимание начали уделять изучению продуктивности прибрежно-водной растительности (Воронихин, 1953; Катанская, 1954, 1960; Таубаев, 1958, 1959, 1963; Довбня, 1978, 1979; и др.). Исследуется кормовая ценность прибрежно-водных растений (Розанов, 1954; Хабибуллин, 1974). Появился интерес к изучению влияния прибрежно-водной растительности на рыбопродуктивность водоемов, так как заросли растений являются местом нереста и средой обитания молоди и взрослых рыб (Веригин, 1961; Чарыев, Канода, 1977). Изучается возможность использования водных растений в качестве корма для сельскохозяйственных животных. Рассматриваются вопросы распространения растений, условия их произрастания, кормовая ценность, способы заготовки, хранения, культивирования (Мушкет, 1960; Пашкевич, Юдин, 1978). Исследуется роль и значение прибрежно-водной растительности для охотохозяйственных целей. В ряде статей рассматривается необходимость создания искусственных растительных сообществ, которые должны служить естественной кормовой базой для диких животных и птиц, местом гнездовий и укрытий (Барсегян, 1961; Таубаев, 1963; Нечаев, Сапаев, 1973; Пашкевич, Юдин, 1978). В гидроботанике, связанное с использованием прибрежно-водной растительности в качестве биологического фильтра для очистки загрязненных вод. Это объясняется недостаточной производительностью существующих в то время очистных сооружений и их дороговизной. В ряде работ (Кокин, 1961, 1962, 1963; Кроткевич, 1970, 1976; Комиссаров, Сай, 1972) указывается на возможность использования прибрежно-водной растительности в очистке водоемов от органической и минеральной взвеси. В их зарослях задерживается и разрушается значительная часть взвешенных веществ, поступающих в водоемы с различными стоками. Отмечена существенная роль прибрежно-водной растительности в очистке вод от ряда биогенных макро- и микросоединений: фосфатов, нитратов, сульфатов, органических кислот (Кокин, 1962; Дексбах, 1965; Кордаков, 1971; Мережко, 1977; Врочинский, 1977). Исследована возможность использования некоторых видов растений для удаления из промышленных сточных вод тяжелых металлов и радиоактивных элементов (Кордаков, 1971; Смирнов и др., 1975; Соболев, 1983). Показано, что водная растительность принимает активное участие в детоксикации многих опасных загрязнений, таких как фенолы, нефтепродукты, пестициды, поверхностно-активные вещества (Петров, 1969; Николаев, 1977; Петрова, 1977; Морозов, 2001, 2003). В 8 связи с этим признается рациональным культивирование водных растений для очистки бытовых и промышленных стоков с последующим их удалением (Францев, 1961). Конкуренция за биогенные элементы и антагонизм прибрежно-водной растительности с водорослями признается действенным способом борьбы с цветением водоемов (Францев, 1961). Кроме того, прибрежно-водная растительность снижает и бактериальное загрязнение водоемов (Гусева, 1959). Смыв в водоемы минеральных удобрений с сельскохозяйственных угодий, поступление бытовых и промышленных стоков способствуют интенсивному развитию прибрежно-водной растительности. Это приводит к вторичному загрязнению вод гниющими растительными остатками и эвтрофированию водоемов (Корелякова, 1958; Кабанов, 1961; Потапов, 1961). Краткий обзор работ показывает, что прибрежноводная растительность является важным звеном пресноводного биоценоза; растения вносят свою долю участия в круговорот вещества и энергии, и создают особую среду для обитателей водоемов. В 60-х годах ХХ века были обозначены основные направления гидроботанических исследований (Распопов, 1963): геоботаническое, экологическое, анатомо-морфологическое, физиологическое, систематическое, продукционное и хозяйственное. В дальнейшем некоторые из этих направлений были детализированы (Белавская, Корелякова, 1988; Кузьмичев и др., 1992; Кузьмичев, 1998). Эти направления объединили все те работы, которые проводились в стране и послужили своеобразным вектором в дальнейших исследованиях. Исследователи отмечали, что для изучения взаимосвязей прибрежно-водных растений с другими компонентами биоценозов, выяснения их структурных и функциональных особенностей необходим комплексный подход – исследование связей растений с организмами других трофических уровней, их влияния на водоем в целом. Систематическое направление начало развиваться с 50-х годах ХХ века, что связано с необходимостью знаний таксономии видов при изучении экотонных группировок (Кузьмичев и др., 1992). На второй всесоюзной конференции по прибрежно-водным растениям в 1988 г. высказывалось мнение, что многие таксоны водных растений требуют систематической ревизии, что связано с широкой изменчивостью видов внутри рода и отсутствием четкой систематической границы между отдельными видами (Тихомиров, 1988; Кузьмичев, Краснова, Карасева, 1992). 9 Экотон – переходная полоса между легко физиологически отличимыми сообществами. Проблема переходных пространств в ландшафтах - экотонов и границ продолжает оставаться актуальной, несмотря на вековую историю (Clements, 1928; Сочава, 1978, 1986; Walter, Box, 1976; Арманд, 1976; 1983; [62]; Зайцев, 1997; Новикова, 1983, 1985; Коломыц, 1987; 1997; Naiman, 1988; Holland, 1988; Hansen et al, 1988; Gibert at all, 1990 и др.). Экотоны обладают особым составом, структурой и механизмами устойчивости (Миркин, Наумова, 1998). Такие сообщества отличаются от зональных, представляет одну из главных особенностей экотонных территорий среды повышенная флуктуационная активность факторов [62]. Изучение динамики развития геокомплексов и оценка их современного состояния – важная научная проблема, от которой, во многом, зависят подходы к решению вопросов рационального природопользования. Прибрежно - водные биогеоценозы являются наиболее динамичными природными структурами. Они включают наземные и аквальные биогеоценозы, которые способны замещать друг друга вследствие изменчивости уровня воды и смещения береговой линии. Вопросы динамики прибрежно-водных биогеоценозов на сегодняшний день изучены недостаточно. Известно, что пограничная зона между соседними биоценозами, как правило, более богата жизнью, чем каждое из этих сообществ, что особенно наглядно, представлено в прибрежно-водных биогеоценозах озёр и рек. Эти переходные зоны (или экотоны) характеризуются наибольшей интенсивностью биологических процессов и оказывают большое влияние на всю озёрно-речную систему. Разнообразие экотонов и форм экотонных систем - огромно. Они различаются по масштабам, возрасту, компонентам, составу биотических комплексов, обладают общими особенностями структурной организации, принципиально отличающими их от зональных экосистем, и высокой активностью биотических комплексов. Растущие антропогенные нагрузки всё более дестабилизируют природную среду и вызывают заметное увеличение контрастности и мозаичности ландшафтной структуры крупных территорий. В свою очередь это сопровождается появлением новых природноантропогенных и антропогенных границ, геохимических и энергетических потоков, путей миграции и расселения организмов и, следовательно, формированием новых экотонных геосистем разного ранга. 10 1.1 Структурная организация экотонов В первичном понимании по Ф. Клементсу (Clements, 1928), экотоны представляют собой контактные «микрозоны» между pacтительными сообществами или между соседними экосистемами. Они отличаются выраженным краевым эффектом – повышенной численностью организмов и проявлением пертиненции в виде разнообразных влияний сообществ организмов на физическое состояние среды собственного и соседних биоценозов (Быков, 1983). Они не образуют самостоятельных элементарных экосистем и являются объектом фитоценологического изучения [1]. Понятие «экотон» применялось Н. Б. Сочавой (1979) для обозначения буферного сообщества (например, амурской подтайги), а позже определялось как «переходная полоса между двумя регионами или двумя выделами геомеров» с замечанием, что «понятие уместно в учении о геосистемах» (Сочава, 1978). Г.Вальтер и Г. Бокс (Walter, Box, 1976) ввели понятие «зональный экотон», обозначая им переходное состояние растительности целой природной зоны, которое характеризуется смешением элементов двух различных формаций, либо равномерным, либо в форме макромозаичного покрова. Термин «зональный экотон», по нашему мнению, вполне применим в геоэкологии для обозначения совмещения элементов разных фаунистических комплексов. Однако, наряду с исследованием экотонов как специфических переходных пространств различных рангов и масштабов, чрезвычайный интерес представляют исследования организации и функционального своеобразия особых лабильных экотонных систем на переходных экотонных территориях. Одной из важнейших характеристик переходных территорий оказывается повышенная флуктуационность, неустойчивость параметров абиотической среды. Именно к этому ее свойству должны быть адаптированы экотонные системы [2]. Экотонные экосистемы, в отличие от экотонов Клементса, представляют собой сложившиеся целостные элементарные экосистемы, обладающие географической специфичностью организации, занимают географически выделяемые территории и в этом смысле могут рассматриваться как географическое явление и объект биогеографического и геоэкологического изучения. В отличие от зональных экосистем мы называем лабильные экосистемы переходных территорий географическими экотонными экосистемами, или геоэкотонами. 11 Экотоны – переходные, граничные пространства между различными природными системами (экосистемами, ландшафтами), между природными и антропогенными системами, между различными средами (вода-суша) и между различными природными зонами оказались значительно менее исследованными. Вместе с тем, распространенность экотонов в природе огромна, а роль весьма существенна. Эти переходные пространства имеют специфическую структуру и служат местом формирования и сохранения видового и биологического разнообразия. На экотонных территориях образуются экотонные биотические сообщества и экотонные системы. Они обладают особым составом, структурой и механизмами устойчивости, отличающимися от таковых в зональных экосистемах. Повышенная флуктуационная активность факторов среды представляет одну из главных особенностей экотонных территорий и акваторий, что определяет специфические экотонные структуру, режим функционирования, механизмы устойчивости и условия развития экотонных систем. Экотоны определяют возможность континуальности биогеоценотического покрова, осуществляя функцию соединения. Собственно, они играют роль «швов» между различными природными или природными и агро-техноприродными системами. Одновременно, экотоны исполняют роль природных мембран и буферную функцию) а также функцию рефугиумов для ряда видов организмов. Кроме того, повышенная активность экологических и географических процессов на переходных территориях обеспечивает экотонам особо важную роль в эволюционном процессе, в развитии особенно быстротекущих процессов адаптациогенеза организмов, развития спонтанной гибридизации и симпатрического формообразования [3,4,5]. Прежде, чем рассмотреть проблему динамики и развития экотонов в связи с особенностями их структурной организации, необходимо выявить основные классы экотонов: древних, эволюционно сложившихся экотонов - геоэкотонов, и класс молодых экотонов, в том числе антропогенного происхождения. С одной стороны, это проблема пространственной дифференциации территории, на которой распространен комплекс экотонных сообществ, с другой – это проблема анализа структуры самих природных или природно-антропогенных экотонных биотических сообществ или экотонных систем, существующих на этих переходных территориях. 12 Попутно необходимо отметить, что уточнение основных понятий и идентификация терминов является одной из частных, но необходимых задач. Особый предмет исследования составляет анализ свойств экотонов. Мембранные, буферные, контактные свойства экотонных систем по-разному реализуются при разных типах их структурной организации, что, соответственно, требует дифференцированных способов управления [6]. Экотоны – это не только границы или «швы» - соединения, но и русла геохимических и энергетических потоков и каналы расселения организмов. Эти процессы экологически активны, несут с собой потенциальную угрозу глубоких и быстрых трансформаций природных систем и потому должны тщательно контролироваться. 1.1.1 Методологические принципы изучения типологии экотонов До настоящего времени не выработано общих методических принципов к решению проблемы пространственного выделения экотонов. Различные подходы к изучению экотонов привели к возникновению ряда терминов, дополняющих это понятие. Классиками фитоценологии и современными исследователями других областей знаний предлагаются разные классификации экотонов: генетическая, морфологическая, динамическая и т.д. Знание их содержания и принципиальных различий имеет важное методологическое и методическое значение при проведении исследований [7]. Рассмотрим методологические принципы изучения экотонов. Одним из принципом является сопряженность. Согласно этому принципу критерием выделения экотонов в природе является не столько растительность, сколько сопряженный контакт смежных участков, испытывающих частое стрессовое воздействие экологических факторов на среду. В этих контактных зонах происходит вещественно-энергетический межэкосистемный обмен смежных территориальных единиц. Следующий принцип – системность, применяемый для познания закономерностей изменений условий среды и реакции компонентов экосистем на эти изменения, необходимо изучение экосистем, в зависимости от комплекса факторов с целью выявления ведущих и второстепенных. Проводя исследования вдоль градиента среды, мы получаем возможность изучать растительность и ландшафты как целостное образование (континуум) или «сцепление» подсистем в 13 зависимости от физико-географических и экологических факторов в экосистемном ряду [8]. Наряду с интенсивностью вещественно-энергетического обмена важным признаком экотонной экосистемы является динамичность среды. В связи с этим немаловажным в научном исследовании играет роль принцип динамичности. Динамичность проявляется в разнообразии ландшафтных условий, появлении здесь специфичных видов биоты, не свойственных смежным экосистемам и служащих индикаторами экотона или маркерами границ экотона. При исследовании устойчивости и изменчивости среды большое значение приобретают динамические свойства каждого компонента экосистемы. Это подчеркивает необходимость изучения экотонных явлений различного генезиса (климатогенного, эдафогенного, фитогенного и др.). Используя принцип разнообразия можно проследить эволюцию экотонов и нестабильность среды в целом. При постоянно варьирующем от года к году климате с чередованием более благоприятных и менее благоприятных условий специализация в отношении к этим колебаниям становится главным фактором дифференциации экологических ниш [9]. Разнообразие ландшафтных условий как результат многообразия системообразующих факторов (литогенных, геоморфологических, гидрогеологических, почвенно-растительных), включая изменения климата, находят отражение в развитии уникальной биоты экотонов. Показатели изменений видового разнообразия в экотонной зоне можно использовать для оценки устойчивости экосистем к антропогенному воздействию, а также стадий их развития или деградации. Ниже рассмотрим экологическую типологию и критерии выделения прибрежно-водных экотонов. Комплексный подход к изучению экотонов ведет к полному и всестороннему познанию экотонных систем и интеграции научных достижений различных областей знаний в рамках экотональной экологии (рисунок 1). Одной их важнейших задач изучения мировой сети экотонов является создание типологии экотонных систем. В Международной классификации ветландов, принятой VI конференцией сторон Рамсарской конвенции учтено все разнообразие водно-болотных угодий, включая прудовые экосистемы. Рассматривая ветланды как один из вариантов экотонов, В.Г. Папченков (1995, 1999) разработал экологическую типологию внутриконтинентальных переувлажненных земель (ветландов). 14 На основании исследований многих авторов и собственных результатов М. В. Ермохин (1997) предлагает шесть критериев выделения прибрежно-водных экотонов: 1) критерий переходных форм; 2) функционального контакта; 3) преобладания по биомассе амфибионтных и гетеротопных форм; 4) полидоминантности; 5) краевого эффекта; 6) количества структурообразующих форм. Разработка критериев выделения экотонов разного уровня имеет фундаментальное и прикладное значение [10,11]. Фундаментальная динамическая экология Экотональная экология Факторальная экология Аутэкология Демэкология Синэкология Экотонные системы элементарные системы организм популяция среда Геоботаника среда Глобальная экология биоценоз среда ассоциация, формация и т.д. Биосфера геосистемы Антропогенное воздействие фация, урочище и т.д. Ландшафтоведение Геоэкология Геосфера Рисунок 1 – Экотональная экология в системе фундаментальных наук Ниже приведено обоснование структурно-функциональной модели экотонной экосистемы. Водно-наземный экотон представляет собой пространство, структура которого включает несколько блоковпоясов, различающихся степенью влияния водного объекта, с одной стороны, и процессами на водораздельных территориях, с другой. 15 Структурные блоки отличаются величиной и периодичностью увлажнения, рельефом местности, составом биоты, динамикой и скоростью реакции биокомплексов на изменения режима водного объекта, грунтовых вод и качества воды. На основании различий растительных сообществ, их состава и характера динамики построена модульно-блочная структурно-функциональная модель экотонной системы (рисунок 2). 4 3 2 1 5 Рисунок 2 – Структурно-функциональная модель экотонной экосистемы Условные обозначения: – амфибиальный блок прямого контакта воды и суши с динстантной (немедленной) динамикой: водная растительность с доминированием гидрофитов; воздушно - водная растительность с доминированием гелофитов; – блок с флуктуационной динамикой и доминированием гигрогелофитов; – блок с дистантной (запаздывающей) динамикой и доминированием гигрофитов; – маргинальный блок с дистантной динамикой и доминированием гигромезофитов и мезофитов; – аквальный блок с дистантной динамикой и водной растительностью. Стрелки показывают направления и скорость динамических процессов, толщина линий – силу воздействия на смежные экосистемы. Переходный характер растительности экотонных экосистем обеспечивает динамическое равновесие и поддержание разнообразия гидробионтов. Индикатором динамических тенденций и маркером относительных границ пространственной структуры экотона служит растительность. Предложенная функциональная структура является лишь моделью водно - наземного экотона. В природных условиях экологические ниши сообществ водных и прибрежно - водных 16 растений часто пересекаются. Могут существовать различные варианты гидроморфных экосистем, поэтому важно изучать все разнообразие сочетаний фитоценозов в системе вода - суша, диагностировать происходящие изменения по локальным очаговым проявлениям и изменениям экосистем [12]. 1.1.2 Свойства экотонов в зависимости от их структурной организации Экотонные системы в большей мере, чем зональные экосистемы поддаются управляющим воздействиям в силу адаптированности древних экотонных структур к переменному режиму факторов среды, а также в связи с особенностями их состава, слагаемого нередко пластичными вилами организмов. Молодые экотонные биотические сообщества и формирующиеся экотонные системы также доступны управлению, поскольку их структурно-функциональная организация, находящаяся в процессе становления, еще не создала системы жестких облигатных связей и коадаптации организмов. Неполночленность молодых экотонных биотических сообществ на фоне больших ресурсных возможностей, представляемых организмам средой жизни, и их упрощенная структурная организация дают хорошую возможность: – улучшать набор видов в экотонных сообществах путем введения в их состав дополнительных полезных видов или вытеснения нежелательных; – усложнять структурную организацию экотонной системы как путем введения в сообщество вида - ценообразователя, способного создавать узлы дополнительных биогеоценотических связей, так и путем мелиорации среды обитания жизни методами технических и химических воздействий, в особенности, средствами гидромелиорации [13]. Искусственные воздействия на экотонные биотические сообщества и на экотонные системы, использующие принципы более полной реализации естественных потенций среды обитания, когда изменения в экотонной системе не превосходят пределы ее естественных флуктуаций, но оптимизируют режим функционирования, правомерно называть "корректирующим управлением". Концепция "корректирующего управления", которое как бы раскрывает и ускоряет естественные тенденции развития экотонной системы, обеспечивает щадящий способ искусственного совершенствования организации экотона и дает хорошие 17 практические результаты. Это осуществлено, например, при улучшении пустынных пастбищ в Средней Азии [14,15]. Среди принципов корректирующего управления следует выделить: – принцип создания системы функциональной дополнительности видов организмов в сообществе (при этом всегда следует избегать вселения агрессивного сорного вида растения или животногохищника), – принцип усложнения структурной организации экотона, в том числе на основе создания более сложной вертикальной (ярусной) структуры сообщества – принцип дробления биогеоценотического континуума, когда на каждой искусственно созданной границе возникает возможность самопроизвольного формирования очага активных средообразующих процессов и где введение в экотонные сообщества новых видов (в том числе их акклиматизация и последующая натурализация) оказывается наиболее эффективной акцией, ибо система конкурентных взаимодействий видов здесь может быть существенно подавленной. Названные принципы управления экотонными биотическими сообществами и экотонными системами имеют универсальный характер, однако их применение должно быть соотнесено с особенностями структурной организации различных классов экотонных систем. Так, принцип улучшения и пополнения видового состава экотонных сообществ организмов на основе создания системы функциональной дополнительности видов и принцип усложнения вертикальной структуры сообществ наиболее эффективно могут быть применены для неполночленных по составу и несовершенных по своей структурной организации молодых экотонов. При этом возникает возможность искусственно повысить видовое разнообразие на экотонной территории и биологическое разнообразие формирующихся экотонных систем, что создает импульс к дальнейшему спонтанному возрастанию числа видов в сообществах за счет расселения, как животных, так и растений. На аридных территориях при этом число видов в экотоне может возрастать в 3 - 7 раз. Принцип дробления биоценотического континуума применим на территориях "зональных экотонов" и древних геоэкотонов, где таким путем создается мозаика разновозрастных экотонных сообществ и систем, что также содействует повышению видового и биологического разнообразия и биологической продуктивности сообществ в 3 - 6 и даже в 10 раз. 18 Дробление биогеоценотического континуума может осуществляться следующими методами: - геоморфологических новообразования (борозды, каналы, механическое закрепление песчаного участка и т.п.) с последующей биомелиорацией территории, – химических воздействий (создание полимерных пленов на поверхности песка, нефтевание песков и др.) – управления гидрологическим режимом водоемов и гидрогеологическим режимом территории. Управления гидрологическим режимом водоемов и гидрогеологическим режимом территории особенно важно на маргинальных участках культурных земель: на приоазисных песках, краевых частях массивов орошения, в зонах влияния на природную среду каналов и водохранилищ. Управление составом и структурной организацией "омолаживающихся", транзитных экотонных систем дельт и пойм рек осуществляется зарегулированием стока, созданием дамб и проток и с помощью изменения режима и объема попусков воды из водохранилищ и регулированием уровня стояния воды на пойме. Изменения в составе экотонных систем поймы рек с зарегулированным стоком и островных экотонных систем на русловых водохранилищах обычно приводят к сокращению численности и видового разнообразия наземно живущих животных и в экотоне "суша-вода" – водных организмов, в особенности прикрепленных и мало подвижных животных, к гибели предимагинальных стадий гетеротопных видов насекомых. Так, например на Волге, на островах Волгоградского водохранилища за 30 лет снизилась численность или выпали из состава экотонных сообществ 48% видов, обитающих в пойме, а что касается реки Иртыш, то численность экотонов снизилась на 31 % [16]. Изменения режима половодья и сокращения водности рек существенно нарушают состав, структуру и функционирование экотонных систем пойм и дельт рек. Особенно катастрофично проявляются такие изменения в "транзитных" экотонных системах речных долин в аридных и семнарнаных зонах, где снижение обводняемости территории и общий увлажненности среды сразу же влекут за собой аридизацию условий обитания и комплекс процессов, определяемых как опустынивание. На примере зарегулирования стока Амударьи двумя гидроузлами, создания Тахиаташского и ТюяМуюнского водохранилищ и нерегламентированного разбора воды для орошаемого земледелия можно наблюдать картину резкой 19 деградации такого уникально богатого своим видовым разнообразием типа экосистемы, свойственного пойменному экотону, как экосистема тугайного леса. Она включает в низовьях Амударьи 576 видов высших растений, в том числе 29 видов эндемиков, что в 6-8 раз превышает видовое разнообразие в зональных древесно-кустарниковых сообществах соседней пустыни. В настоящею время 54 вида растений тугайных сообществ, относящихся к 26 семействам и 46 родам, находятся на грани исчезновения. Процесс деградации тугайных лесов в результате антропогенных изменений режима функционирования пойменного экотона развивается столь быстро и зашел настолько далеко, что возникла угроза потери этого уникального типа экотонной системы. Если в начале 30-х гг. тугайные леса занимали в низовьях Амударьи 300 тыс. га, то к 1986 г. их площадь составляла около 33 тыс. га. Это означает, что за 50 лет площадь, занимаемая тугайными сообществами, сократилась почти на 90 %. В 80-х гг., в условиях усыхания Аральского моря и опустынивания дельтовой равнины, темп гибели тугайных экосистем был особенно высоким и определялся потерей 5778 га тугаев в год. В настоящее время тугайные леса составляют менее 3 % от обшей площади древеснокустарниковых сообществ на территории Каракалпакской части региона Аральского моря. Для сохранения уцелевших массивов и восстановления тугайных экосистем в пойме и дельте Амударьи необходимо возвращение к нормальному режиму функционирования транзитного пойменного экотона, для чего потребуется подача воды из водохранилищ в соответствующие естественному половодью сезоны для заливания межрусловых понижений не менее, чем на 30 дней, а прирусловых валов на 10-12 дней. Для этого необходимо 2.5 - 3 куб.км воды, а для обводнения лугов и сенокосов в приморской части дельты на 0.2-0.5 млн. га потребуется подача еще 5 куб.км воды. Колебания уровня водоемов, приводящее то к осушению мелководий, то к затоплению их, а также части береговой суши, существенно нарушают нормальное функционирование экотона "суша-вода", где организмы производят значительную биопродукцию и осуществляют роль биофильтров и регуляторов потоков вещества между сушей и водоемом. Управление уровнем водоемов, а также состоянием биокомплекса мелководий имеет особое значение в связи с тем, что на мелководьях идут активные процессы аккумуляции загрязняющих веществ и токсинов, а также процессы биологического очищения 20 воды. Нарушения этих процессов сказываются как на функционировании водных экосистем всего водоема, так и на состоянии биотических компонентов наземных экосистем побережья. Поэтому управление режимом уровня естественных и искусственных водоемов и водотоков требует разработки экологически обоснованных программ и сезонного графика контролируемых попусков воды с учетом времени и длительности репродуктивных циклов водных и наземных организмов, в том числе гнездования птиц-обитателей побережий. От несвоевременных весенне-летних сбросов воды на реках Средней Азии страдают в первую очередь гнезда куликов: морского зуйка - Charadrius alexandrinus, куликасороки - Haematopus ostrafegus, а на орошаемых массивах земель гнезда травника - Tringa tetanus, ходулочника - Wmantopus hi'mantopus луговой тиркушки - Glareola pratincola и белохвостой пигалицы VaneHochettusia kucura, что приводит к удлинению периода размножения за счет повторных кладок яиц и, в итоге, к сокращению числа молодых птиц в выводке и снижению численности популяций этих видов. Управление прибрежными наземными экотонными сообществами может осуществляться: – прямым воздействием на состав растительного сообщества, путем посева растений тех видов, которые соответствуют условиям среды (например, галофитов и т.п.); – воздействием на состав и структуру сообщества путем изменения гидрогеологического режима территории, что существенно изменяет состояние влагообеспеченности местообитаний и засоленность почв; –подбором экологически эффективного способа природопользования, воздействующего на популяцию видаценообразователя в определенную фенофазу его развития (например, до плодоношения). Подбор экологически эффективного способа природопользования, воздействующего на популяцию видаценообразователя можно рассмотреть на примере практически моновидового сообщества Salsota pelucida (S. раичет), возникающего местами у ирригационных каналов в аридных районах юга Средней Азии. Это сообщество создает плотную заросль колючих растений, затрудняющую подход к воде и выпас овец. Если же солянка выкашивается весной до ее цветения и до высыхания, то зеленая масса может быть использована для силосования на корм скоту, а возобновление сообщества, лишенного полноценного плодоношения, становится затрудненным, чем снижается его устойчивость [17,18,19,20]. 21 1.2 Функционирование экотонов озёрно-речных систем и их изменчивость под влиянием природных и антропогенных факторов В настоящее время сложилось четкое представление об экотоне как о переходе между двумя сообществами. Эта пограничная зона или зона "напряжения", которая имеет значительную линейную протяженность, всегда уже территорий соседних сообществ. В состав экотопа входят как виды каждого из прерывающихся, так и виды, характерные только для экотопа. Поэтому число видов и плотность популяций некоторых из них в экотопе бывает выше, чем в лежащих по обе стороны от него сообществах. Экотопы являются уникальной средой существования многих видов растений, отсутствующих на прилежащих территориях. Анализ условий местообитаний экотонных видов позволяет достоверно объяснить причины редкости многих видов. В прошлом экотонные виды не имели больших ареалов. Их ареалы были ленточными (линейными). Вырубки деревьев, разработки горных пород в местообитаниях видов обуславливают трансформацию линейных популяций в локальные. Очагами повышенной концентрации биологического разнообразия на видово - популяционном и ценотическом уровнях являются ландшафтные экотопы. В условиях сильного антропогенного прессинга на природную среду экотопы подвержены более мощной деградации по сравнению с прилежащими экосистемами. В связи с этим становится очевидной необходимость охраны всего разнообразия экотонных сообществ и видов. Изучение динамики развития геокомплексов и оценка их современного состояния – важная научная проблема, от которой, во многом, зависят подходы к решению вопросов рационального природопользования. Прибрежно-водные биогеоценозы являются наиболее динамичными природными структурами. Они включают наземные и аквальные биогеоценозы, которые способны замещать друг друга вследствие изменчивости уровня воды и смещения береговой линии. Известно, что пограничная зона между соседними биоценозами, как правило, более богата жизнью, чем каждое из этих сообществ, что особенно наглядно, представлено в прибрежно-водных биогеоценозах озёр. Эти переходные зоны (или экотоны) характеризуются наибольшей интенсивностью биологических процессов и оказывают большое влияние на всю озёрно- речную систему. Разнообразие экотонов и форм экотонных систем - огромно. Они различаются по масштабам, возрасту, компонентам, составу 22 биотических комплексов, обладают общими особенностями структурной организации, принципиально отличающими их от зональных экосистем, и высокой активностью биотических комплексов. Растущие антропогенные нагрузки всё более дестабилизируют природную среду и вызывают заметное увеличение контрастности и мозаичности ландшафтной структуры крупных территорий. В свою очередь это сопровождается появлением новых природноантропогенных и антропогенных границ, геохимических и энергетических потоков, путей миграции и расселения организмов и, следовательно, формированием новых экотонных геосистем разного ранга. Выделяют класс древних, эволюционно сложившихся экотонов - геоэкотонов, и класс молодых экотонов, в том числе антропогенного происхождения. В результате антропогенной деятельности эта сложившаяся система в крупных долинах рек была выведена из равновесия. Резкое подтопление территории, прилегающей суши вызвало подъем уровня грунтовых вод. Как следствие, произошло изменение структуры экосистем прибрежной зоны озер и рек, увеличился процент заболоченности прилегающих территорий у озер. В условиях усиления антропогенного пресса на природные экосистемы возрастает значение заповедных территорий, которые могут служить эталонами структурно-функциональной организации различных экосистем. В этом ряду природоохранных территорий, расположенные на границах природных зон, приобретают все большее значение, поскольку, находясь в условиях влияния широкого диапазона факторов внешней среды, они являются прекрасными природными моделями [21,22]. 1.3 Научные подходы и методы в исследовании экотонных геокомплексов озерно - речной системы Множественные нарушения структуры и условий нормального функционирования элементарных экосистем и целостности и континуальности биогеоценотического покрова paзнообразной антропогенной деятельностью приводит к образованию очагов структурно-функциональных перестроек экосистем, с одной стороны, и к возникновению новых граничных условий, с другой. При этом изменения организации элементарных экосистем происходят в повышенном темпе, разрушаются внутрисистемные связи, но видовое разнообразие при этом может возрастать за счет вселения новых видов растений и животных. Нарушенная экосистема приобретает упрощенную структуру особенности молодой экотонной системы, 23 хаотичность внутрисистемных связей, повышенную реактивность на внешние воздействия, ослабление устойчивости системы, хотя биологическая продукция экотонного сообщества может при определенных условиях возрастать [23]. Территория, в пределах которой происходят активные перегруппировки видов в сообществах и расселение организмов, может приобрести характер экотона, с которым соседствуют коренные зональные экосистемы, их фрагменты и новообразованные экотонные сообщества и системы, находящиеся на разных стадиях развития, а также агропромышленные и техноприродные системы. Такой очаг или полоса нарушений обычно имеет тенденцию к пространственной экспансии и захвату все большей территории в результате возникновения новых биогеоценотических связей и активного дальнейшего расселения видов-вселенцев, участие которых в перестройках связей внутри биотических сообществ создает затем эндогенный механизм поддержания внутрисистемного дисбаланса. Одновременно нарушается и схема межэкосистемных связей. В результате весь ландшафт утрачивает устойчивость и вовлекается в орбиту достаточно быстрых трансформаций. Этот агрессивный процесс, в основе которого лежит образование многочисленных новых границ между экосистемами и возникновение экотонных сообществ, мы называем "процессом экотонизации биогеоценотического и ландшафтного покрова". Широкое распространение экотонизации в различных природных зонах ставит задачи: – детальное изучение механизмов, стадий развития, темпов, масштаба и ареала проявлении экотонов; – организация специального мониторинга процесса экотонизации с картографическим отражением его распространения; – прогноз, контроль и управление развитием экотонизации; –определение значения экотонизации в региональных и глобальных процессах. Сложность управления процессом экотонизации заключается в том, что изменения в экосистемах с какой-либо определенной стадии становятся необратимыми. Это хорошо прослеживается на примере развития ирригационного опустынивания и его экологических последствий. В связи с этим важнейшими путями ограничения развития процесса экотонизации следует признать усилия по сбалансированному развитию природы и хозяйства на основе обновленной стратегии природопользования и применения комплекса специальных мелиораций в природоохранных целях. 24 2 Озерно – речные системы как составная часть структуры долины Долины рек, ручьев, озер в значительной степени формируют индивидуальный облик ландшафта. В настоящее время эстетическое и экологическое состояние рек ухудшается. В связи с этим возникает необходимость комплексного подхода к охране ландшафта долин и энергичных действий в этом направлении. Долина (речная) – речные долины представляют собой очень сложную, разветвленную и в то же время связанную между собой единую систему ландшафтов. Они четко обособлены в физикогеографическом отношении и резко контрастируют по своей морфологии с окружающими материковыми ландшафтами. Постоянно меняющий направление, блуждающий речной поток приводит к большой изменчивости долинного ландшафта, к его непрерывной и глубокой перестройке. Речные долины постоянно омолаживаются, в них всегда можно наблюдать как самые начальные стадии формирования рельефа и развития биогеоценозов, так и более поздние [24,25]. Специфичны для речных долин и не имеют аналогов среди зональных типов ландшафтов гидрологические особенности: весеннелетние половодья, дождевые и ветровые паводки. Единство речных долин проявляется в большой синхронности разливов на всем продольном профиле долины. Поймы равнинных рек служат хорошими сенокосными угодьями; в безопасных от эрозии местах распахиваются, террасы также используются под посев всевозможных сельскохозяйственных культур, часто служат местом расположения населённых пунктов. Зачаточными формами речных долин являются промоины, балки, овраги, создаваемые непостоянными (периодическими) водотоками. Долины обычно образуют целые системы; одна долина открывается в другую, эта, в свою очередь, в третью и т. д., пока их сливающиеся водотоки одним общим руслом не впадут в какой-либо водоём. У долины различают склоны и дно. У молодых долин дно бывает неразвито, а склоны подходят к самой реке, являясь одновременно берегами текущей в ней реки. Склоны долины могут быть высокими или низкими, крутыми или пологими. По крутизне оба склона долины бывают одинаковыми либо различными (асимметричными). У асимметричных долин Северного полушария более крутым чаще бывает правый, а в Южном полушарии – левый склон. Различаются горные и равнинные долины. 25 Для первых характерна значительная глубина при относительно небольшой ширине и неравномерное падение продольного профиля. Вторые, как правило, широки, имеют незначительную глубину и крутизну склонов, небольшие уклоны и т. п. В своём верховье долина чаще всего начинается водосборной воронкой или ледниковым цирком. Реже встречаются долины с открытыми верховьями. Устьевая (нижняя) часть долины часто сопровождается дельтой или конусом выноса, либо представляет залив водоёма, в который впадает река, в виде губы или эстуария [26]. Долина, кроме флювиальной, то есть сформированной действием текучей воды, также может быть тектонической, если её появление связано с геологическим строением рельефа. К таковым относятся Алайская долина в Средней Азии и Калифорнийская долина в Северной Америке. Горные долины отличаются от равнинных большей глубиной и крутизной склонов при значительно меньшей ширине и с более узким, нередко ступенчатым днищем. Дно равнинных древних долин состоит из русла и поймы, изрытой старицами. Склоны более молодых долин обрывистые или выпуклые, а более древних – вогнутые, а чаще ступенчатые. Ступени склонов называются террасами, переходящими в коренной склон к междуречным пространствам. Молодые речные долины часто не имеют террас, а пойма встречается не везде. Их поперечный профиль принимает V-образную форму. Дно речных долин, по которым проходил некогда ледник, принимает корытообразную форму. Долины в податливых к размыву горных породах значительно шире, чем в породах кристаллических. В ландшафтных зонах с избыточной влажностью долины встречаются значительно чаще, чем в аридных зонах, а ширина их больше. К устьям долины расширяют их террасы, а склоны выполаживаются [27]. Долина реки по природным и ландшафтным характеристикам подразделяется на три основные зоны (рисунок 3 а, б): – берег, узкая полоса суши вдоль русла реки; – пойма, часть долины, ежегодно затапливаемая речной водой в период половодья; – склон, коренные берега долины. 26 а) б) Рисунок 3 – Структура долины реки (а, б) Экологическая устойчивость долины реки определяется следующими признаками: для берега – литологический состав, уровень и объем стока реки (процессы размыва и аккумуляции), наличие и степень покрытия травянистым покровом (устойчивость берега от эрозии); для поймы – ежегодное затопление во время половодий и попусков, сохранение древесной растительности и травянистого покрова (укрепление почвы), сохранение поверхностного стока (отсутствие больших площадей, покрытых водонепроницаемой поверхностью), отсутствие антропогенных объектов; для склона – отсутствие выхода ключей и растущих оврагов, покрытие почвы дерном и древесным кустарником, степень хозяйственной деятельности. В соответствии с этими признаками можно путем визуальных наблюдений определить экологическое состояние ландшафта долины и принять меры по его улучшению [28,29]. 27 Река Иртыш – самый крупный приток Оби (рисунок 4). Длина его составляет 4250 км, площадь бассейна 1643 тысячи км. Берёт начало в горах Китая, где протекает под названием Чёрный Иртыш, а после впадения в озеро Зайсан – Белый Иртыш. Питание реки смешанное, преобладает снеговое, в верховьях – ледниковое. Половодье в верхнем течении с апреля до октября, в нижнем с мая до сентября. Средний расход воды около 3000 м/с. Часть воды поступает в канал Иртыш – Караганда. Замерзает в верховьях в конце ноября, в низовьях – в начале ноября, вскрывается в апреле. Иртыш орошает часть территории Китая, затем обширную Семипалатинскую область, Тюменскую область. Иртыш может быть разделен на следующие 4 участка: Черный Иртыш – от истока до озера Зайсан включительно, от озера Зайсан до Семипалатинска, от Семипалатинска до Омска и от Омска до устья. Черный Иртыш, образующийся из трех источников, протекает сначала к югу, в горной теснине, потом довольно круто поворачивает к западу и, выйдя на широкую степную долину, удерживает западное направление. Рисунок 4 – Река Иртыш 28 Несколько ниже Иртыш уклоняется к северо-западу, а затем описывает значительной величины дугу, выпуклостью обращенную к северу. Далее река поворачивает к юго-западу и впадает в озеро Зайсан. Вся длина этой части Черного Иртыша составляет около 650км. Несколько ниже впадения Кальджира Черный Иртыш разделяется на два рукава, которые вместе с несколькими протоками образуют довольно обширную дельту, далеко вдающуюся в озеро. Во время весенних разливов все это береговое пространство, от 2 до 5 км в ширину, затопляется водой, и при спаде ее образуется ряд болотистых мест, ильменей и озер. Берега озера чрезвычайно низменны, и потому величина его изменяется с каждым незначительным колебанием горизонта воды [30]. В участке от озера Зайсан до Семипалатинска Иртыш протекает в северном направлении. Затем он описывает дугу, выпуклостью обращенную к северо-востоку, круто поворачивает к северо-западу и удерживает это направление до Усть-Каменогорска и Семипалатинска. Вся длина этого участка составляет 700 км, прямое же расстояние между конечными пунктами участка около 300 км, следовательно, на каждую версту прямого течения приходится свыше версты извилин. В районе города Усть-Каменогорск скалистые берега, стеснявшие русло Иртыша, расходятся, а долина его начинает постепенно расширяться, но боковые холмы, которыми она ограничена, местами подходят к самому руслу и ниспадают к реке гранитными скалами. На всем протяжении от Усть-Каменогорска до Семипалатинска река часто разделяется на рукава, которые образуют значительное число островов. До устья Курчума скорость течения весьма незначительна, далее же величина его постепенно увеличивается. Между Усть-Каменогорском и Семипалатинском скорость течения хотя и уменьшается, но все - таки остается весьма значительной. На участке от Семипалатинска до Омска при общем северо-северо-западном направлении река течет весьма извилисто, а на каждую километр прямого течения приходится свыше полукилометра извилин. Этот участок характеризуется отсутствием сколько-нибудь значительных притоков, частым разделением на рукава, довольно большим числом островов и значительным числом мелей, перекатов и порожистых мест. Почти на всем протяжении этого участка Иртыш протекает в сухой песчаной степи. От Семипалатинска, расположенного на возвышенном правом берегу, на протяжении около 75 км, Иртыш протекает весьма извилисто в глинисто-песчаных берегах, причем, переходя часто от 29 одного берега к другому и отделяя от себя рукава, образует ряд лук с узкими перешейками и множество больших и малых островов. При ширине долины от 4 до 8 км ширина русла обычно изменяется от 100 до 200 м. Глубина в свободных плесах изменяется от 2 до 5 метров. Эта часть Иртыша (рисунок 5) отличается наибольшим падением и наибольшей скоростью течения, которая местами достигает 2 м/с [31]. Далее Иртыш протекает в сравнительно узкой долине, ширина которой местами не достигает одного километра, между отлогими каменистыми холмами, представляющими последние отроги горных хребтов. Эта часть реки отличается прямым направлением и однообразием ширины русла. В русле встречаются отдельные камни и сплошные каменные гряды, образующие порожистые места. Далее Иртыш течёт в песчаном ложе с легко размываемыми берегами, в низменной долине, шириной от 10 до 20 км, извиваясь и переходя то к одной, то к другой ее стороне, образует множество островов, мелей и перекатов. Ниже по течению ширина речного русла изменяется от 200 до 1000 метров, а затем постепенно уменьшается. Рисунок 5 – Река Иртыш 30 В участке от Омска до устья Иртыша сохраняет прежнее северозападное направление на протяжении только около 50 км, далее описывает значительной величины дугу, выпуклостью обращенную к востоку, а затем снова принимает северо-западное направление. Затем Иртыш извилисто протекает до города Тобольска, где принимает свой приток Тобол, а затем круто поворачивает к северо-северо-востоку, делая на пути значительные повороты и изгибы. Иртыш удерживает это общее направление до устья реки Конды, несколько ниже которой уклоняется к северо-северо-западу и впадает в реку Обь. Вся длина криволинейного течения Иртыша от Омска до устья около 1800 км прямое же расстояние между сказанными пунктами составляет около 700 км [32,33]. Классификация водоемов по трофности предусматривает деление их на четыре основные группы: олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и дистрофные. Впервые эти термины были использованы С.Вебером при изучении флоры торфяных болот Германии для характеристики растений, развивающихся при низкой, средней и высокой концентрации элементов питания. Позднее, в 1919 г. Е.Науманн, изучая фитопланктон шведских озер, применил их для классификации отдельных водоемов в соответствии с содержанием в них фосфора, азота и кальция. В дальнейшем, А.Тинеманн, работая на озерах Германии, в качестве критериев их трофности предложил использовать и другие показатели – содержание в воде кислорода, наличие индикаторных организмов, суммарное количество фитопланктона (Винберг, 1960; Бульон, 1983; Паутова, Номоконова, 1994). В гидробиологии такая типизация водоемов получила самое широкое распространение (Naumann,1919; Thienemann,1921). В ее основу положены интегральные показатели, объединяющие большое количество факторов. Первоначально эти авторы выделили два типа озер – олиготрофные и эвтрофные, а затем – дистрофный тип. В дальнейшем были выделены озера с промежуточными показателями – мезотрофные. Разработанная для озер типизация применяется и для водохранилищ (Abdin, 1949). В качестве показателя степени трофности предлагались различные критерии: содержание в толще воды растворенного кислорода, биогенных элементов, присутствие индикаторных организмов, количество фитопланктона и др. Однако, основным показателем все же следует считать первичную продукцию (Винберг, 1960). Развитие организмов в водоемах определяется условиями среды: прозрачностью воды, содержанием биогенных 31 элементов (прежде всего азота и фосфора), концентрацией кислорода, температурным режимом, величинами рН и др. Поэтому по количеству и видовому составу организмов, интенсивности продукционных и деструкционных процессов можно определить тип водоема (Винберг, 1960; Романенко, 1985). Развитие водной растительности тесно связано с гидрологическими особенностями водоема, размерами и морфометрией котловины, химическим составом вод, характером и распределением донных отложений и рядом других факторов. Степень трофности водоемов дает полное представление об экологических условиях существования организмов и характеризуется набором ряда признаков. Водная растительность развивается главным образом в литорали и сублиторали, образуя сплошную или прерывистую полосу различной ширины вдоль берега, вокруг островов и мелей, реже покрывает все ложе озера. Глубина распространения водных растений зависит от величины прозрачности воды, изменяясь от 2 до 4 метров, а в редких случаях – до 8 метров. Олиготрофные водоемы отличаются большой глубиной, высокой прозрачностью (по диску Секки до 4–20 м и более), присутствием кислорода во всей толще воды в течение всего года. Эти водоемы занимают глубокие тектонические и эрозионные впадины со слабо выраженной литоральной зоной. Донные отложения бедны органическим веществом. В озерах такого типа жизнь водных растений ограничена недостатком биогенных соединений и низкой температурой воды, недостаточной литоральной зоной. Низкоминерализованные водоемы имеют бедный видовой состав прибрежно-водной растительности: общее число видов чаще всего не превышает десятка. Преобладают водяной мох (фонтиналис), полушник озерный, тростник обыкновенный и др. Биомасса прибрежно-водных растений низкая. К олиготрофному типу озер относятся Байкал, Ладожское и Онежское озера, Иссык-Куль, Кара-Куль, Тургояк, Севан, многие водоемы в горных районах и в северных областях. Мезотрофные водоемы характеризуются промежуточным набором признаков, между олиготрофными и эвтрофными. Они наиболее многочисленны на подзолистых почвах лесной и лесостепной зон; в то же время встречаются во всех природноклиматических и географических зонах. В мезотрофных водоемах преобладают серые, глинистые или песчаные донные отложения с детритным наилком. Как правило, это водоемы глубиной до 5–30 м и прозрачностью воды 1 – 4 м. Очень часто дефицит кислорода 32 наблюдается в самых придонных слоях воды, иногда он охватывает всю зону гиполимниона. Дефицит кислорода в толще воды наиболее сильно проявляется в зимнее время. Озера мезотрофного типа зарастают в среднем на 35 (очень часто на 60 %). В растительном покрове достаточно высок процент площадей, занятых полупогруженной растительностью (в основном тростником), богаче видовой состав флоры; количество видов увеличивается до 40-60. Очень часто доминируют погруженные растения, представленные преимущественно харовыми водорослями. Часто в больших количествах встречаются рдесты, роголистник, телорез. Широкому распространению водной растительности способствуют относительно высокая прозрачность воды (до 4 м), слабощелочная реакция среды (рН 8), невысокая минерализация (около 180 мг/л) и наличие в сублиторальной зоне карбонатных сапропелей (с содержанием до 35 % органического вещества). С возрастанием трофности водоемов происходит обогащение видового состава водной флоры. В растительных сообществах доминирующими становятся элодея, широколистные рдесты, роголистник, харовые водоросли. В мезотрофных озерах со следами эвтрофии характерна высокая биомасса прибрежно-водной растительности и относительно богатый видовой состав. К мезотрофным водоемам относится Рыбинское, Иваньковское, Куйбышевское, Бухтарминское, Шульбинское водохранилища, озера Плещеево, Глубокое, Нарочь и др. Водоемы, характеризующиеся высокой биологической продуктивностью, получили название эвтрофные (синоним – евтрофные). Чаще всего это неглубокие водоемы с обильным поступлением биогенных соединений с водосборной площади. Они располагаются в равнинной или слабохолмистой местности при наличии рыхлых пород. В хорошо освещенном и прогреваемом эпилимнионе водоемов наблюдается интенсивное развитие фитопланктона. Его бурное развитие в летние месяцы достаточно часто приводит к “цветению” водоема. Донные отложения богаты органическим веществом и биогенными соединениями. Прозрачность в таких водоемах составляет 0,5-2 м. Растворенный в воде кислород чаще всего наблюдается лишь в поверхностном слое воды; в гиполимнионе, начиная со второй половины лета, появляется бескислородная зона. Зимой, особенно в мелких водоемах, очень часто наблюдаются заморные явления. Постепенное увеличение глубины и хорошо выраженная литораль создают благоприятные условия для развития прибрежно-водной растительности, причем в водоеме преобладают 33 все экологические группы растений – надводные, наводные и погруженные. В слабоэвтрофных в относительно глубоких водоемах с воронкообразными котловинами преимущественное развитие получают полупогруженные растения (тростник, рогоз, камыш). Низкая прозрачность (около 2 м) сдерживает развитие подводных растений. Такие озера зарастают в среднем на 20 %. Степень зарастания слабоэвтрофных водоемов глубиной до 4 м и наличием мелководий составляет около 35 %. Она определяется морфометрией котловины, долей мелководий в общей площади водоема и средней его глубиной. Наряду с полупогруженными растениями в них значительное развитие получают и подводные растения. В таких водоемах чаще всего доминируют тростник, рогоз, камыш, элодея, роголистник, рдесты и др. Лимнические условия мелководных высокотрофных озер наиболее благоприятны для произрастания прибрежно-водной растительности, что выражается в значительном зарастании этих озер (до 40–100 %) и более высокими биомассами (в среднем 350 г/м2 зарослей). Среди этой группы водоемов наиболее заросшими являются мелководные и прозрачные озера. Они зарастают практически на 100 %. В этих озерах доминируют погруженные макрофиты (в основном рдесты). В гипертрофных водоемах слабое развитие подводной растительности зависит в первую очередь от низкой прозрачности и высокой биомассы фитопланктона – конкурента за биогенные вещества. К крупным эвтрофным водоемам относятся озера Ильмень, Чудское, Неро, Чаны, Мястро, Цимлянское водохранилище и др. В северных районах лесотундры и лесной зоны располагаются озера, берега которых сложены из торфяных сфагновых мхов, вода слабо минерализована и богата гуминовыми веществами. За счет этого она чаще всего окрашена в темные цвета. Прозрачность воды в таких озерах не превышает 2–4 м, рН – в пределах 4 – 6,5. Водоемы богаты органическим веществом, однако деструкционные процессы протекают в них очень слабо. Донные отложения часто представлены торфяниками, песками или обедненными почвами подзолистого типа. Такие водоемы получили название дистрофные. Эти озера отличаются широким распространением зарослей прибрежной растительности и почти полным отсутствием настоящих гидрофитов. Среди дистрофных распространены водоемы с широким спектром зарастания прибрежной растительностью от слабо – до почти полностью заросших. Кислая реакция среды (рН 4–7) и низкая 34 минерализация (15–150 мг/л) является основным фактором, формирующим видовой состав макрофитов. В дистрофных водоемах видовой состав растений крайне беден, 5–10 видов, причем доминирующими являются в основном мхи (Гигевич, Власов, Вынаев, 2001). В водоемах разной трофности скорость круговорота органического вещества различна. В олиготрофных водоемах отмершие организмы в основном минерализуются в толще воды, из-за чего донные отложения крайне бедны органическим веществом. В эвтрофных водах несмотря на высокую скорость минерализации, донные отложения постоянно пополняются органическим веществом. В дистрофных водоемах органический материал разлагается очень медленно; в основном консервируется в донных отложениях. Границы между отдельными типами водоемов в какой-то мере условны, так как обнаружено огромное разнообразие переходных форм, которые достаточно трудно ранжировать по каким-то количественным показателям. Даже в пределах одного и того же водоема можно наблюдать признаки разнотипных водоемов. Поэтому понятие «олиготрофия» и «эвтрофия» имеет смысл не в качестве основы классификации, а как общие понятия, характеризующие водоем в смысле богатства жизни, экологические условия существования организмов и специфики физико-химических показателей вод (Горленко, Дубинина, Кузнецов, 1977). В экологически оптимальных условиях эвтрофных водоемов сообщество прибрежно-водной растительности достигает наибольшего разнообразия и высоких биомасс, чего никогда не наблюдается в иных по трофности водоемах или нарушенных биотопах. Наибольшей устойчивостью по отношению к возрастающей антропогенной нагрузке характеризуются озера с развитой погруженной растительностью (в основном элодея, рдесты, роголистник, уруть и др.).Озера этой группы имеют самый богатый и в то же время однородный состав гидрофитов (индекс видового сходства Жаккара 50–75%; индекс сапробности составляет 1,6–1,8) [34]. Менее устойчивыми к увеличению антропогенной нагрузки являются водоемы с преобладанием в растительном покрове харовых водорослей. Это, как правило, слабо минерализованные озера с признаками олиготрофии (индекс сапробности 1,5–1,6; коэффициент видового сходства 25–50 %). Слабо минерализованные озера с доминированием олигосапробных видов (полушник озерный, водные мхи) отличаются 35 бедностью и специфичностью видового состава растений (индекс сапробности низкий –1,2, а коэффициент видового сходства до 25 %). С увеличение биогенной нагрузки (среднегодовая концентрация общего фосфора в пределах 0,05–0,15 мг Р/л) фитопланктон способен конкурировать с погруженными гидрофитами и вызывает «цветение» воды. Это приводит к уменьшению прозрачности, и в результате – исчезновению отдельных видов растений и сокращению площади зарастания. Удельный вес погруженной растительности снижается до 20–40 % массы гидрофитов. Индекс сапробности возрастает до 1,8– 2,0 за счет исчезновения β–мезосапробных видов (роголистник, уруть, элодея, широколистный рдест) и появления α–мезосапробных видов (штукения гребенчатая, рдест курчавый и др.). В таких озерах преобладает воздушно-водная растительность и растения с плавающими листьями. В озерах, подверженных антропогенному эвтрофированию, погруженная растительность почти полностью отсутствует. Средняя концентрация общего фосфора в них превышает 0,15 мг Р/л, что приводит к интенсивному развитию фитопланктона. Индекс сапробности, рассчитанный по гидрофитам, составляет 2,0–2,3 (Гигевич, Власов, Вынаев, 2001). Рассмотрим геоэкологические особенности устойчивости к антропогенной нагрузке экотонную систему природно-технического водоема Былкыдак (рисунок 6). Рисунок 6 – Озеро Былкылдак 36 В геоморфологическом отношении испаритель - накопитель Былкылдак – глубоко врезанная озерная котловина бывшего соленого озера Былкылдак, расположенная в тыловой части первой надпойменной террасы р. Иртыш. Расстояние до поймы 4,5 км. В естественном состоянии отметка уреза воды в озере равнялась 101,2 м. (1960 г.). Озеро (рисунок 7) служило очагом разгрузки первых от поверхности водоносных горизонтов на прилегающей к нему территории. После строительства испарителя и сброса в него сточных промышленных вод уровень отметки в нем поднялся до отметки 107,5 м. (1976 г.), а в 1986 – 110,8 м. В 1991 году уровень был на отметке 110,06 м, что на 0,56 м., выше проектной. В результате озеро Былкылдак из области разгрузки грунтовых вод перешло в область их питания, в результате чего произошел уровень подъема грунтовых вод на всей прилегающей территории. Созданию купола растекания способствовал общий подъем уровня грунтовых вод в районе г. Павлодара [34,35,36,37]. Рисунок 7 – Озеро Былкылдак (космоснимок) 37 По литературным источникам выделяют три водоносных горизонта. Первый от поверхности горизонта приурочен к верхнечетвертичным отложениям. Второй водоносный горизонт приурочен к отложениям павлодарской свиты неогена и имеет распространение среди глин, в которых имеются водоносыщенные линзы песков на глубине 20–30 м. Мощность водоносного горизонта колеблется от 1,1 до 6,0 м. Воды напорные, величина напора достигает 10–15 м. и зависит от глубины залегания линз песков. Третий водоносный горизонт приурочен к низам калкаманской свиты и к верхам некрасовской серии. Залегает он на глубине 48-54 м. Наиболее широким распространением пользуется водоносный горизонт аллювиальных верхнечетвертичных отложений. Глубина залегания 1-10 м. В настоящее время подробных данных о флоре оз. Былкылдак в доступной нам литературе не обнаружено. Имеются отрывочные данные о флоре Павлодарской области в целом, которые выглядят весьма противоречивыми. В пределах Павлодарской области встречается 5 видов растений, занесенных в Красную книгу Казахстана. Это Башмачок пятнистый (Cypripedium guttatum Sw.) – сем. Орхидные (Orchidaceae), Ольха клейкая (Alnus glutinosa (L.) Gaertn.) – сем. Березовые (Betulaceae), Шиповник Павлова (Rosa pavlovii Chrshan.) – сем. Розоцветные (Rosaceae), Горицвет весенний (Adonis vernalis) – сем. Лютиковые (Ranunculaceae), Пион степной (Paeonia hybrida) – сем. Пионовые (Paeoniaceae). Первые три вида не произрастают на обследуемой территории в силу естественноисторических причин – несоответствие экологии и типа исходного фитоценоза, нахождение двух последних также весьма проблематично из-за большой редкости и фрагментарности местообитаний, близких к фоновым. Из числа редких видов, предложенных для включения во второе издание Красной Книги, на обследуемой территории возможно нахождение Цмина (бессмертника) песчаного (Helychrisum arenarium) – сем. Сложноцветные (Asteraceae), Адониса волжского (Adonis wolgensis Stev.) и Прострела раскрытого (Pulsatilla patens (L.) Mill.) – сем. Лютиковые (Ranunculaceae), хотя вероятность обнаружения этих видов очень низка из-за высокой степени трансформации растительности в результате хозяйственной деятельности человека. С целью изучения геоэкологической обстановки на территории оз. Былкылдак в радиусе 1 км проводились полевые обследования. На каждой точке обследования по выделенным экосистемам проводились геоботанические описания растительности. Отмечалось 38 местоположение и размер площади описания, характеристика микрорельефа, тип и видовой состав растительного сообщества. По каждому виду определялись степень обилия, высота (ярус), фенологическая фаза и жизненное состояние (включая повреждаемость животными и интенсивность возобновления). Особое внимание уделялось изучению экологии доминирующих видов и оценке состояния фитоценозов. Всего за период обследования описано 20 пробных площадок. В нарушенных экосистемах особое внимание уделялось изучению флористического состава, поскольку коренные фитоценозы здесь практически не сохранились. Флора этих участков составлена двумя основными элементами: сохранившиеся виды природных местообитаний и сорные виды, появившиеся в результате хозяйственной деятельности человека. [37,38,39,40]. Так же ртуть оказывает большое воздействия и на водные растения, на берегу встречаются относительно устойчивые к высыханию грунта болотные растения (осока, тростник и др). Водные растения можно разделить на четыре группы: 1. У самого берега поселяются воздушно - водные растения, корни которых находятся покрытой водой грунте, а листья и цветоносы располагаются высоко над поверхностью воды (рогоз, тростник, касатик). 2. Дальше от берега располагаются прикрепляющиеся корнями ко дну растения с плавающими листьями (например, кувшинка). 3. Есть и свободно плавающие растения, корни которых погружены в воду, но не касаются дна (например, ряска, телорез). 4. В тех местах, где свет достигает дна, обитают полностью погруженные растения, корни которых закреплены в грунте водоема, листья располагаются под водой, а цветоносы могут подняться над водой (например, элодея канадская, роголистник, шелковник). Полупогруженные и погруженные в воду макрофиты, вместе с прикрепленным к ним перифитоном, эффективно извлекают питательные и загрязняющие вещества (поллютанты) из окружающей воды. Таким образом, макрофиты уменьшают концентрацию этих веществ в воде и служат для озера защитным барьером или биологическим фильтром. Питательные вещества, накопившиеся в макрофитах, после их отмирания частично отлагаются в илах литорали, образуя эндогенный (внутренний) источник биогенных вещества, и частично поступают в воду озера. При увеличении стока в озеро биогенных веществ в результате хозяйственной деятельности наблюдается активный рост всех видов водорослей до тех пор, пока свет не становится лимитирующим 39 фактором для погруженных в воду макрофитов. На начальных этапах эвтрофирования сокращение макрофитов происходит из-за повышения фитомассы перифитона и нитчатых водорослей, препятствующих проникновению света на глубину произрастания макрофитов. Супрессия (подавление) макрофитов перифитоном приводит к тому, что макрофиты перестают быть перехватчиком биогенного стока с водосбора, в результате чего в открытом озере резко увеличивается продуктивность фитопланктона[41,42,43]. 2.1 Ландшафтный фактор формирования экотонов природных водоемов Слово "ландшафт", давшее название целой отрасли географической науки, первоначально употреблялось для обозначения идеи о взаимосвязанном сочетании различных явлений на земной поверхности, и долгое время понятие о ландшафте не имело однозначного научного толкования со строго ограниченным объемом. Ландшафт можно кратко определить как генетически единую геосистему, однородную по зональным и азональным признакам и заключающую в себе специфический набор сопряженных локальных геосистем. Так, согласно Н.А.Солнцеву, для обособления самостоятельного ландшафта необходимы следующие основные условия: 1) территория, на которой формируется ландшафт, должна иметь однородный геологический фундамент; 2) после образования фундамента последующая история развития ландшафта на всем его пространстве должна была протекать одинаково (в единый ландшафт, например, нельзя объединять два участка, из которых один покрывался ледником, а другой нет, или один подвергался морской трансгрессии, а другой оставался вне ее); 3) климат одинаков на всем пространстве ландшафта и при любых сменах климатических условий он остается однообразным (внутри ландшафта наблюдается лишь изменение местных климатов - по урочищам и микроклиматов - по фациям) [44]. По геоморфологическим признакам изучаемая территория расположена в пределах плоской озерно-аллювиальной Кулундинской равнины, Западно-Сибирской низменности, и характеризуется преобладанием озерной и речной аккумуляции протекавшей на фоне неотектонических относительных опусканий. Геоморфологическая область делится на две части: Северную и Южную. Северная часть, известная под названием Барабинской низменности, расположена на абсолютных отметках 110-120 м; разрез её отложений включает большие мощности плиоценовых (до 40 50 м), нижнечетвертичных и среднечетвертичных (до 70 м) отложений. Современные процессы в пределах этой части области представлены аккумуляцией и суффозией. Южная часть представленная Кулундинской впадиной является крупным понижением, частично занятым озерными ваннами, тектонического происхождения. С поверхности впадина сложена покровными песчаными отложениями, частично перевиваемыми. Абсолютные отметки южной части варьируют от 120 до 140 м, а уровень озер понижается до 79 м. В геологическом строении принимают участие отложения четвертичного и неогенового возраста, геологический разрез характеризуется как многослойная толща горизонтально залегающих, не выдержанных в общем, плане по мощности и простиранию отложений. На исследованной территории по генетическим и стратиграфическим признакам выделяются: - современные отложения (QIV); -эолово-делювиальные отложения верхнечетвертичного и современного возраста (v-d QIII-IV); -озёрно-аллювиальные отложения нижне-среднечетвертичного возраста кулундинской свиты (а QI-II kln); -озёрно-аллювиальные отложения неогенового возраста павлодарской свиты (N1-2pv) [45]. Современные отложения – представлены растительным слоем, супесью темно- коричневой, гумусированной, с корнями растений. Встречен повсеместно, залегает с поверхности земли до глубины 0,3 м. Эолово-делювиальные отложения – залегают непосредственно под почвой, имеют повсеместное распространение и представлены однообразной толщей коричневых карбонатизированных супесей. Супеси легкие, с частыми прослойками песка разной крупности мощности от 1 до 3 см. Наибольшая мощность отложений до 9,0-9,7 м. В северной части территории мощность супесей, в среднем, составляет 3-5 м, в южной 1.4-2.5 м. Озёрно-аллювиальные отложения – вскрыты в подошве эоловоделювиальных отложений, представлены: глинами, суглинками, супесями, песками мелкими, средней крупности и крупными. Мощность отложений колеблется от 16.0 до 17.0 м. Глины – по литологическому описанию преимущественно коричневого цвета, полутвердые, реже тугопластичные, с единичными включениями мергеля. Широкого распространения на исследуемой 41 территории не имеют, выработками вскрыты в основном в южной части, залегают в виде линз и прослоев мощностью от 0.2 до 5.0 м, средняя мощность 2-3 м. Суглинки – вскрыты единичными скважинами в подошве глин виде линз и карманов мощностью от 1.0 до 4.8 м. По описанию коричневые, серо-желто-коричневые, от твердой до туго пластичной консистенции, переслаиваются с песком пылеватым, слюдистым и супесью. Мощность прослоев от 0,5-1 до 10-20 см, встречается включения мергеля в виде гнёзд. Супеси аллювиального происхождения – представляют зону переслаивания супеси, песка пылеватого, суглинка, мощность прослоев от 0,5-2 до 10-20 см, грунт по описанию серо-желтокоричневый, до уровня грунтовых вод твердый, ниже текучей консистенции. По лабораторным исследованиям наибольшее количество глинистых частиц отмечено в кровле слоя (40-50 %), с глубиной содержание глинистых частиц уменьшается до 10-20 % и супесь переходит в пылеватый, а затем мелкий песок. Отложение имеет широкое распространение, залегает в подошве глин и суглинков, там, где не размыты не посредственно под эоловоделювиальными отложениями. Вскрытая мощность слоя варьирует в широких пределах от 1.0 до 8.0 м. Пески мелкие, средней крупности и крупные – вскрыты на разных глубинах от 5.0 до 14.0 м, в северной части площадки непосредственно под эолово-делювиальными отложениями. Преимущественно распространение имеют мелко зернистые пески, замещающиеся местами средне зернистыми и реже крупными. Пески крупные чаще встречаются в кровле четвертичных глин в виде небольших линз мощностью от 0.3 до 2.7 м. По составу пески полимиктовые, с преобладанием кварца. По цвету пёстроцветные от черного до ржаво-бурого. По степени влажности от мало влажных до водонасыщенных. Неогеновые отложения – подстилают аллювиальные отложения на глубине 14.5−19.9 м на абсолютных отметках 129.61−127.49 м, представлены глиной коричневого цвета жирной, агрегативной, твёрдой консистенции, с пятнами ожелезнения и омарганцевания, вскрытая мощность глин составляет 5.0 −10.5 м. Территория входит в область ковыльно-типчаковых степей. Зональными почвами являются каштановые, тёмно - каштановые супесчаные и легкосуглинистые, в достаточной степени плодородные почвы. Растительность бедна и представлена типичными степными травами. [46,47,48]. 42 Рельеф изучаемой территории ровный, абсолютные отметки поверхности колеблются в пределах 136−140 м. Характерным элементом ландшафта являются соленые озера небольшого размера, расположенные, примерно 2-2,5 км восточнее изучаемой территории. По степени потенциальной подтопляемости исследуемая территория классифицируется как подтопляемая. Исследуемая территория по климатическому районированию относится к I – климатическому району, IB – подрайону с резко выраженным континентальным режимом, коротким жарким летом и активной ветровой деятельностью. По климатическим условиям район расположения Павлодарского завода относится к умереннозасушливой степной зоне с резко-континентальным климатом. Павлодарская область, располагаясь в центре Азиатского материка, открыта влиянию воздушных масс из арктических, умеренных и южных широт. Под влиянием этих воздушных масс здесь формируется тип континентального климата, для которого свойственны засушливость весенне-летнего периода, высокие летние и низкие зимние температуры, недостаточное и неустойчивое по годам количество атмосферных осадков с летним их максимумом и значительная ветровая деятельность в течение всего года. Основная черта климата исследуемой территории – резкая континентальность: продолжительная и холодная зима (5-5.5 месяца), жаркое и короткое лето (3 месяца). Среднегодовое количество осадков колеблется от 200 мм (на юге) до 310 (на севере). Больше всего осадков выпадает в период с 15 июня по 15 августа. Резко выражен максимум осадков в июле по северным районам области и с 20 июня по 20 июля на остальной территории региона, однако в отдельные годы он может приходится на май, что наблюдается один раз в 9-12 лет. Среднегодовая температура воздуха по всей области положительная и закономерно повышается к югу. Так, средняя годовая температура в умеренно-засушливой подзоне составляет 0.01.00, сухостепной – 1.0-2.00 и пустынно-степной зоне – более 2.50. Самым теплым месяцем является июль (20-220), самым холодным – январь (-17-200). При температуре от зимы к весне и от весны к лету отмечается резкое нарастание температур. Первые осенние заморозки в большинстве случаев отмечаются в середине и в конце сентября, а последние весенние – в середине и в конце мая. Безморозный период продолжается в среднем 110–135 дней, с мая по сентябрь включительно. Продолжительность периода со средней 43 температурой выше 100 составляет 135–145 дней при сумме емператур за это время 2200-26000, с возрастанием к югу. Снежный покров появляется в последней декаде октября, местами в начале ноября. Примерно 10–15 ноября образуется устойчивый снежный покров, который держится в северных районах до 5–10 апреля, на юге – до конца марта. Число дней со снежным покровом составляет 130–155. В последних числах ноября – первых числах декабря мощность снежного покрова достигает 10 см, в это время можно приступать к снегозадержанию. Наибольшую толщину он имеет в конце февраля – начале марта и составляет 15–25 см, что соответствует 29–36 мм продуктивной влаги, в центральных и южных районах – 12–14 см или 18–20 мм влаги. В зимний период преобладают ветры западного и югозападного направлений. Часто отмечаются ветры со скоростью более 15 м/с вызывающие сильные поземки и метели. Число дней с метелями может достигать за зиму 30 –35, а в отдельные годы – до 50 – 60. Как правило, метели бывают сильными и затяжного характера – до 3 – 5 дней подряд. Весна характеризуется наибольшими в году скоростями ветра (около 5 м/с), иссушающими почву. Самые ветреные месяцы – март, апрель, май, иногда июнь. Из характеристики климата области можно сделать следующие выводы: – основными неблагоприятными климатическими факторами являются часто повторяющиеся сильные ветры, морозы, пыльные бури, ветровые эрозии, недостаточное обеспечение осадками, низкие температуры и летняя жара; – для изменения скорости ветра желательно проводить озеленение территории высокоствольными деревьями, а также необходимо дернование почв, которые подвержены ветровой эрозии; – градостроительные комплексы необходимо защищать со стороны неблагоприятных западных и юго-западных ветров; – в целях подавления возникновения пыльных бурь в летний период необходимо применять мероприятия по закреплению грунтов и отвалов; – по условиям проживания вся территория характеризуется как относительно благоприятная [20,21,48,49]. Водные ресурсы по территории области распределены неравномерно. Наиболее крупным поверхностным водоисточником является р. Иртыш со среднегодовым многолетним расходом 800-900 м3 /сек. Территория области характеризуется обилием озер. По своим размерам, глубине, составу солей, также по происхождению они 44 весьма разнообразны. Большинство озер области находится в замкнутых бессточных котловинах. Многие озера располагаются здесь в древних ложбинах стока. Размеры озерных котловин на территории области изменяются в широких пределах – от мелких водоемов с площадью в 10–20 га до громадных озер, площадь которых превышает 100–200 км2 . Глубина озер, как правило, незначительна и редко достигает 1–1.5 м. В большинстве случаев они имеют глубину 40–50 см. Многие озера летом высыхают, превращаясь в соры и солончаки. Чаще всего это небольшие озера, питание которых осуществляется исключительно за счет талых вод. Более крупные по площади и глубоковрезанные озера, питающиеся как атмосферными, так и грунтовыми водами, длительное время сохраняют на поверхности соленую воду [50,51]. Подытоживая природноклиматические характеристики области в районе расположения ПХЗ, можно сделать вывод, что это территория с высокой ветровой активностью, благодаря которой пары ртути, попавшие в атмосферу могут перемещаться на большие расстояния. Почвы легкого механического состава подвержены ветровому переносу, что способствует достаточно свободному переносу соединений ртути, выпавших на поверхность. Незначительное количество гумуса в почве не способствует созданию прочных комплексов ртути в почве. Наличие большого количества водоемов с небольшой глубиной и пересыхающих летом может способствовать биотическому превращению ртути в органическую форму с последующим ветровым переносом. Что касается почвенно-растительного покров, согласно схеме ботанико-географического районирования, территория предприятия ПХЗ относится к Евроазиатской степной области, Причерноморско-Казахстанской подобласти, ЗаволжскоКазахстанской провинции, Восточно-Казахстанской подпровинции. Равнинная часть данной территории расположена в степной зоне, в подзоне сухих типчаково-ковыльных степей на тёмно-каштановых почвах, в Западно-Кулундинской равнинной сухостепной области на тёмно-каштановых супесчаных почвах в Северном подрайоне Маралдинского района. Одним из главнейших индикаторов физико-географических условий является растительность, которая разнообразна по характеру структурно-динамических особенностей на территории Павлодарской области. Естественная травянистая растительность расположена в двух зонах – степной и полупустынной. Степная зона объединяет подзоны умеренно засушливых богато разнообразных 45 красноковыльных степей на южных черноземах, засушливых разнотравно-ковыльных и ковыльно-типчаковых степей на темнокаштановых почвах, сухих типчаково-ковыльных степей на каштановых почвах [52,53]. Подзона сухих типчаково-ковыльных степей занимает центральную часть области с каштановыми почвами. Значительное распространение здесь получили ксерофиты – ковыль волосатый, типчак, овсец пустынный, карагана, на сильноэродированных супесчаных и песчаных почвах – тмин песчаный, волоснец гигантский, ковыль песчаный, эбелек и др. При дефиците влаги, продолжительных засухах с высокими температурами воздуха в период вегетации разнотравье почти полностью выпадает из травостоя. Пойменные леса распространены на всем протяжении реки Иртыш на первой и второй террасах поймы и на островах. Здесь преобладают тополь черный (осокорь) и белый, ива белая. Из деревьев третьей величины и кустарников – калина, черемуха, крушина, различные ивы, шиповник и лох узколистный [54,55]. 2.2 Экотоны природно-техногенных водоемов Экономически оправданным считается объем водохранилищ не менее 2 млн. м3 при оптимальной плотности их размещения – 1 водоем на 100 км2. Анализ развития прудового хозяйства в зоне неустойчивого увлажнения дает основание считать, что необходимо строго планировать размещение прудов, сочетая прудовое хозяйство с интересами всей системы комплексного использования водноземельных ресурсов и орошаемого земледелия (Петрова, Петров, 1981). В каждом конкретном случае необходимо выбирать такой объем пруда, который позволит обеспечить потребности в воде без значительных затоплений. Природные и антропогенные изменения (колебание гидротермических условий, зарегулирование стока, увеличение или снижение водопотребления и т.д.) отражаются на механизме формирования экологической среды. Гидрологические процессы развиваются под влиянием двух категорий экологических факторов, различных по своей природе и воздействию на сток рек и существование искусственных водоемов. Первая группа – осадки, температура, испарение, водопотребление, создают половодье и паводки и определяют характер колебания уровня воды. Вторая группа – рельеф, почвы, геологическое строение, обеспечивают устойчивость средних величин стока в различные его фазы. Управление уровнем водоемов, а также состоянием биокомплекса 46 мелководий имеет особое значение в связи с тем, что на мелководьях идут активные процессы аккумуляции загрязняющих веществ и токсинов, а также процессы биологического очищения воды. Нарушения этих процессов сказываются как на функционировании водных экосистем всего водоема, так и на состоянии биотических компонентов наземных экосистем побережья. Таким образом, управление прибрежными наземными экотонными сообществами может осуществляться: 1. Прямым воздействием на состав растительного сообщества, путем посева растений тех видов, которые соответствуют условиям среды (например, галофитов и т.п.); 2. Воздействием на состав и структуру сообщества путем изменения гидрогеологического режима территории, что существенно изменяет состояние влагообеспеченности местообитаний и засоленность почв; 3.Подбором экологически эффективного способа природопользования, воздействующего на популяцию видаценообразователя в определенную фенофазу его развития, например, до плодоношения. Последнее можно рассмотреть на примере практически моновидового сообщества Salsota pelucida (S. рачок), возникающего местами у ирригационных каналов в аридных районах юга Средней Азии. Это сообщество создает плотную заросль колючих растений, затрудняющую подход к воде и выпас овец. Если же солянка выкашивается весной до ее цветения и до высыхания, то зеленая масса может быть использована для силосования на корм скоту, а возобновление сообщества, лишенного полноценного плодоношения, становится затрудненным, чем снижается его устойчивость. Помехи размножению - один из важных способов борьбы с распространением сообществ сорных, вредных видов. Пространственная организация биотического покрова аридных зон характеризуется наличием биогеоценотических узлов, дисперсно распределенных и образующих подобие сети, решетки или системы "островков" биогенно мелиорированной среды [56,57]. Этот каркас оказывается окруженным системой экотонных "бордюрных" сообществ фитоценотического уровня организации, где отмечается наибольшее видовое разнообразие. Так в бордюрной парцелле сообщества черного саксаула – Hatoxyfon aphilimn отмечается 32–34 вида растений, 6–7 видов рептилий, 5–6 видов млекопитающих. Парцелла – экотон характеризуется повышенноактивным биопродукционным процессом и аккумуляцией органического вещества. Эта структурная схема 47 особенно характерна для разреженных лесов из черного саксаула Heioxyloii aphUlum в пустыне Каракум, принадлежащей к зоне южных субтропических пустынь аридного пояса Палеарктики и в пустыне Кызылкум, принадлежащей к Туранской подзоне. Форму управления формированием экотонных систем назвали "биогеоценотической мелиорацией", поскольку она основывается на принципе экспериментального моделирования естественной схемы структурной организации экотонной системы, включая все ее основные функциональные элементы. При этом в пространственную структуру зонального биотического покрова искусственно вносится каркас экотонной системы. Это представляет собой таким образом, наиболее полную реализацию принципа дробления биогеоценотического континуума.В основу типологии экотонов положена классификационная система ветландов (Папченков, 1995, 1999). Надсистема прибрежных экотонов природно-технических экосистем содержит 5 таксономических подразделений: 2 системы, 3 класса, 4 подкласса, 7 групп типов, 11 типов и более 50 вариантов (Таблица 1). 2.3 Пойменные экотоны Пойма в географо-геоморфологическом понимании - это часть речной долины, заливаемая в половодье. Поймы - сложившиеся ландшафтные образования, среди основных факторов их формирования и функционирования рассматриваются «поемность» и «аллювиальность». Пойменные массивы, помимо основного русла, могут быть отделены друг от друга множеством проток и вторичных водотоков, имеющих целую сеть русловых образований: островов, осередков, останцов обтекания и т.д. (Ильина, 1997). Большинство геоботанических работ в пойме посвящено картографированию и выявлению закономерностей зарастания луговой и древесной растительностью различных элементов рельефа (Невидомов , 1994; Нечаев, 1956, Матвеева, 1963; Восточно-европейские..., 2004; Шенников, 1941; Van Splunder, 1998; Everitt, 1968, Hickin & Nanson, 1975, Shelford, 1954, Drury, 1956 и др.). Часто роль паводкового заливания приводится как ведущий фактор формирования пойменной растительности и подробно рассматривается в ряде работ (Бяллович, 1957; Белькевич, 1960; Работнов, 1984; Hall & Smith, 1955; Chambless & Nixon, 1975; Bell & Moral, 1977; Nixon,Willet & Cox, 1977; Yanosky, 1982; Lugo et al., 1990; Hupp & Ostercamp, 1985; Van Splunder, 1998), Л.Г. Раменский (1938) разделял луговую растительность по длительности заливания (поемности) на краткопоемные, средне- и долгопоемные луга. Для каждого из выделенных типов характерен свой видовой состав, продуктивность и хозяйственная ценность. [58,59,60]. Гидрологический режим пойм анализируется с учетом 48 того, что степень влияния затопления на растительность пойм определяется длительностью того периода, когда оно продолжается. 49 Таблица 1 – Классификация прибрежных экотонов Таксоны Признаки таксонов Названия таксономических подразделений Надсистема По типу ландшафта А. Прибрежные экотоны Cистема По типу объектов I. Экотоны водоемов гидросферы II. Экотоны водотоков Класс По генезису и 1. Экотоны искусственных водоемов овражного происхождения приуроченности 2. Экотоны искусственных водоемов долинно-речного объектов гидросферы к происхождения элементам мезорельефа 3. Экотоны искусственных водотоков (каналы сточных вод, местности оросительные каналы) (водоразделам, овражнобалочным системам или речным долинам) Подкласс По генезису и 1. Прибрежные зоны водоемов размерности 2. Мелководные зоны водохранилищ 3. Мелководные зоны прудов 4. Мелководные зоны каналов Группа По характеру 1. Подтопляемые берега типов водообмена, 2. Мелководья у открытых берегов ветроволнового и 3. Заостровные мелководья теплового режима в 4. Протоки, разных зонах водоема 5. Открытые заливы, 6. Заливы в верховьях водоемов, 7.Заливы озеровидного района 50 Продолжение таблицы 1 Типы По условиям обитания, общности гидрологических, гидрохимических и грунтово-почвенных характеристик Варианты Локальные участки экосистем по характеру зарастания, со сходным набором абиотических факторов и фитоценозов 1) абразионные берега 2) пляжи 3) обсохшие отмели 4) обсыхающие мелководья 5) прибрежные мелководья у открытых берегов 6) заостровные мелководья 7) заболоченные открытые берега 8) закустаренные берега 9) заболоченные берега заливов 10) заболоченные луга и кустарники 11) влажные луга и кустарники более 50 вариантов (зарастающие или незарастающие обсыхающие мелководья; прибрежные мелководья с воздушноводной растительностью или водной растительностью, разные варианты заболоченных и влажных лугов и т.д.) 51 Продолжительность затопления пойм зависит как от режима речного стока, так и от условий ее дренажа, что в свою очередь, связано с рельефом поймы и механическим составом ее почв, поэтому различные участки поймы неодинаковы по поемности, что создает разнообразие экологических ниш для развития растительных сообществ (Еленевский, 1936; Раменский, 1938; Шанцер, 1951). Поскольку известно, что между территориально удаленными друг от друга частями поймы не наблюдается сходства по срокам прохождения паводка (Еленевский, 1936; Шенников, 1941), то за критерий при разграничении целостных территориальных выделов в пойме (пойменных массивов) принимается однообразие гидрологического режима (Попов, 1968). Типологическая процедура опирается на корректные представления о генезисе пойменных территорий (Шанцер, 1951; Попов, 1968), поскольку это является основой прогнозирования их будущего. А.А. Линдсей и др. (Lindsey, 1961) подчеркивают роль первичных элементов рельефа в поймообразовательном процессе и выделяют экотопы в зоне аллювиального максимума, рассматривают систему вода-суша на побочнях и осередках как экотонную. Особое значение придается ими распределению аллювия, хотя и не указывается роль гидрологического фактора в этом процессе на теле побочней и пляжей. По нашему мнению этим работам недостает комплексности и системности в рассмотрении развития растительности на первичных пойменных образованиях, древесная растительность рассматривается только как стадия, следующая за луговой во временном аспекте. Особое место в такого рода исследованиях занимает изучение закономерностей зарастания новых отложений древесно-кустарниковой растительностью. Так Д. Нансон и Г. Бич (1977) на примере реки Беатон (Колумбия) изучили сукцессию древесной растительности по шкале времени до 550 летнего возраста. Они подробно описали метод дендрохроноиндикации на примере бальзамического тополя, выявив анатомические особенности каждого класса возраста. При этом происходят существенные изменения сомкнутости крон во времени в зависимости от возраста отложений, которые могут быть использованы в качестве индикаторов возраста. Однако в этой работе в качестве факторов формирования ландшафтов приводится только седиментация и возраст морфологических элементов рельефа и не рассмотрены другие факторы: биологический, антропогенный. Помимо природных факторов в настоящее время все большее воздействие на развитие пойменных комплексов оказывает 52 хозяйственная деятельность человека (Новикова, 1983, 1985; Рязанов, 1980, Мехтиева, 1985). При этом увеличивается не только непосредственное воздействие на поймы (выпас скота, рубка леса, распашка наиболее повышенных пойменных участков и др.), но и косвенное, связанное с инженерными мероприятиями в руслах рек, и с разнообразной деятельностью на склонах речных долин. В работах, посвященных оценке хозяйственной деятельности человека по степени ее воздействия на поймы рек (Полянская, 1989, 1990; Огарь, 1985; Сурков, 1998; Барышников, 1984 и др.), показано, что на поймы, особенно в сильно освоенных районах, воздействуют как правило, несколько видов хозяйственной деятельности одновременно, поэтому необходим комплексный подход к оценке их влияния при решении вопросов рационального использования пойм. [61,62,63]. Ландшафтное районирование пойм представляется важным для оптимизации использования пойменных экосистем в различных отраслях сельского хозяйства. Важно знание структуры и закономерностей развития пойм и в строительстве. Во-первых, есть много объектов, которые люди вынуждены возводить на поймах, - это опоры мостов через реки и насыпи для подходящих к ним дорог, трубопроводы, речные порты, водозаборы. Во-вторых, в некоторых горных районах речные поймы являются единственными ровными площадками для строительства и сельского хозяйства. Возведение объектов и освоение пойм требует от проектировщиков знания как геологического строения пойм, прочности и водопроницаемости пойменных грунтов, гидравлических особенностей потока половодья, текущего через затопленную пойму (Чернов, 1999), так и закономерностей формирования структуры пойменных ландшафтов и, в особенности, его первичных элементов на основе русловых образований. В отличие от пойменных ландшафтов, где представлены полночленные природные комплексы, и доминируют биотические процессы, первичные элементы пойменного ландшафта не всегда имеют полный набор компонентов, и отличаются повышенной динамикой. В их формировании преобладают абиотические процессы. Динамическое равновесие биотического и абиотического компонентов в экосистеме определяет устойчивость функционирования природных комплексов пойм и их полночленное развитие. Роль антропогенного фактора проявляется через изменение устойчивости этой системы, смещая равновесие в ту или иную сторону. Исследователи русловых процессов рассматривают пойму как продукт взаимодействия водных потоков и геологических пород, 53 ограничиваясь тем самым изучением лишь абиотического компонента экосистемы. Факторами формирования речной поймы при этом выступают геологические процессы, производимые деятельностью водного потока: глубинная эрозия (врезание), боковая эрозия (размыв берегов) и аккумуляция аллювия (Маккавеев, 1986; Чалов, 1979). Экотонная система представляет собой предмет специального исследования, включающего не только анализ особенностей переходной территории, а более всего имеющего целью установление закономерностей биогеоценотических взаимосвязей внутри системы, определяющих ее функциональную целостность, тип организации и механизмы устойчивости. По особенностям структурной организации экотонные системы принципиально отличаются от зональных экосистем, поскольку стратегия жизни биотических комплексов экотонов должна обеспечивать экотонной системе устойчивое существование в неустойчивой среде, характеризующейся, как правило, повышенной частотой и широким диапазоном флуктуаций ее показателей. Поэтому следует четко различать понятия "структура экотонной территории (пространства)" и "структура экотонной системы" (хотя последняя имеет также пространственное выражение). Так, территориальная структура экотона маргинальных участков оазисов или ирригационных районов обычно представлена контрастным чередованием заросших рудеральной растительностью участков и оголенных заселяющихся территорий, полос заброшенных полей на землях древнего орошения, где почва постепенно расселяется, и на этой же территории могут встречаться мозаично разбросанные фрагменты естественного экосистемного покрова в виде "островов" зональных экосистем и "островов" современных полей с агросистемами. Здесь же располагаются водоемы-накопители дренажных засоленных вод. Таким образом, пространственная структура гетерогенной экотонной территории показывает картину взаиморасположения различных биотических сообществ и экосистем как зональных, так и разных экотонных. Структура же экотонных сообществ и экотонных систем на той же территории отражает схему взаимодействия составляющих сообщества организмов и схему функциональных взаимосвязей компонентов экотонной экосистемы. Главным предметом се анализа является установление облигатных функциональных связей, обеспечивающих целостность системы как природного объекта, се устойчивость, саморегуляцию и возобновимость [64]. 54 Природная среда и актуальные процессы, происходящие в ней, исследуются с различных позиций, однако генеральной целью всегда остается познание организации экосистемного (биогеоценотического) покрова Земли, его функционального единства и роли в поддержании гомеостаза биосферы. Много сделано для этого в области изучения экологии зональных экосистем различных природных зон Земли. Однако, экотоны - переходные, граничные пространства между различными природными системами (экосистемами, ландшафтами), между природными и антропогенными системами, между различными средами (вода-суша) и между различными природными зонами оказались значительно менее исследованными. Вместе с тем, распространенность экотонов в природе огромна, а роль весьма существенна. Эти переходные пространства имеют специфическую структуру и служат местом формирования и сохранения видового и биологического разнообразия. На экотонных территориях образуются экотонные биотические сообщества и экотонные системы. Они обладают особым составом, структурой и механизмами устойчивости, отличающимися от таковых в зональных экосистемах. Повышенная флуктуационная активность факторов среды представляет одну из главных особенностей экотонных территорий и акваторий, что определяет специфические экотонные структуру, режим функционирования, механизмы устойчивости и условия развития экотонных систем. Экотоны определяют возможность континуальности биогеоценотического покрова, осуществляя функцию соединения, собственно, они играют роль «швов» между различными природными или природными и агро-техноприродными системами и, одновременно, исполняют роль природных мембран и буферную функцию) а также функцию рефугиумов для ряда видов организмов. Кроме того, повышенная активность экологических и географических процессов на переходных территориях обеспечивает экотонам особо важную роль в эволюционном процессе, в развитии особенно быстротекущих процессов адаптациогенеза организмов, развития спонтанной гибридизации и симпатрического формообразования [65]. Наблюдения во многих природных зонах показывают, что процесс возникновения новых экотонов различного уровня сложности организации быстро прогрессирует. Например, на аридных территориях Средней Азии и Казахстана в частности, экотоны занимают уже около одной трети площади региона (70-80 млн.га). Этот процесс получил название «экотонизации биогеоценотического (экосистемного) и ландшафтного покровов» [62]. 55 Сохранение этой тенденции образования новых экотонов позволяет предположить, что природная среда планеты в будущем это сфера господства экотопов. Именно поэтому столь важна проблема изучения экотонов, их организации, динамики, закономерностей развития (включая формирование и деградацию), их типологии и возможности контролировать процесс экотонизации и управлять развитием и динамикой экотонных систем. Прежде, чем рассмотреть проблему динамики и развития экотонов в связи с особенностями их структурной организации, необходимо выявить основные типы экотонов. С одной стороны, - это проблема пространственной дифференциации территории, на которой распространен комплекс экотонных сообществ, с другой - это проблема анализа структуры самих природных или природно-антропогенных экотонных биотических сообществ или экотонных систем, существующих на этих переходных территориях. Попутно необходимо отметить, что уточнение основных понятий и идентификация терминов является одной из частных, но необходимых задач. Особый предмет исследования составляет анализ свойств экотонов. Мембранные, буферные, контактные свойства экотонных систем по-разному реализуются при разных типах их структурной организации, что, соответственно, требует дифференцированных способов управления[66,67,68]. Экотоны – это не только границы или «швы»-соединения, но и русла геохимических и энергетических потоков и каналы расселения организмов. Эти процессы экологически активны, несут с собой потенциальную угрозу глубоких и быстрых трансформаций природных систем и потому должны тщательно контролироваться. В связи с этим целесообразна организация специальной службы «мониторинга экотонов». Экотонные системы в большей мере, чем зональные экосистемы поддаются управляющим воздействиям в силу адаптированности древних экотонных структур к переменному режиму факторов среды, а также в связи с особенностями их состава, слагаемого нередко пластичными вилами организмов. Молодые экотонные биотические сообщества и формирующиеся экотонные системы также доступны управлению, поскольку их структурно-функциональная организация, находящаяся в процессе становления, еще не создала системы жестких облигатных связей и коадаптации организмов. Неполночленность молодых экотонных биотических сообществ на фоне больших ресурсных возможностей, представляемых организмам 56 средой жизни, и их упрощенная структурная организация дают хорошую возможность 1) улучшать набор видов в экотонных сообществах путем введения в их состав дополнительных полезных видов или вытеснения нежелательных и 2) усложнять структурную организацию экотонной системы как путем введения в сообщество вида-ценообразователя, способного создавать узлы дополнительных биогеоценотических связей, так и путем мелиорации среды обитания жизни методами технических и химических воздействий, в особенности, средствами гидромелиорации. 2.4 Ландшафтные экотоны долины реки Иртыш Внимание ряда ландшафтоведов привлекает в последнее время проблема ландшафтных экотонов. Исследования авторов пойменной части реки Иртыш позволили составить классификацию прибрежных экотонов ее долины (таблица 2) Таблица 2 – Классификация прибрежных экотонов долины реки Иртыш (составлена Сидоровой И.В., 2010) Таксоны Признаки таксонов Надсистема По типу ландшафта Cистема По типу объектов Экотоны водоемов гидросферы По генезису и Экотоны генетического приуроченности происхождения (овражные, объектов гидросферы балочные, старичные, плесы, к элементам островки) мезорельефа местности (водоразделам, овражно-балочным системам или речным долинам) По генезису и Прибрежные зоны водоемов размерности Мелководные зоны отдельных стариц По характеру Подтопляемые берега пойменной водообмена, части реки Иртыш ветроволнового и Заостровные мелководья теплового режима в Протоки разных зонах водоема Изменение характера и скорости реки в зависимости от рельефа Класс Подкласс Группа типов Названия таксономических подразделений Прибрежные экотоны 57 Продолжение таблицы 2 Типы По условиям обитания, общности гидрологических, гидрохимических и грунтово-почвенных характеристик Варианты Локальные участки экосистем по характеру зарастания, со сходным набором абиотических факторов и фитоценозов Абразионные берега Пляжи Обсыхающие мелководья Прибрежные мелководья у открытых берегов Заболоченные луга и кустарники влажные луга и кустарники Наземный Водный Экотоны представляют собой переходные буферные зоны (полосы) между смежными, достаточно контрастными по своей природе геосистемами. Им свойственно повышенное разнообразие ландшафтных структур, интенсивное проявление латеральных вещественно-энергетических потоков, особая динамичность флуктуаций и трендов. Исследования показали, что ландшафтные экотоны долины реки Иртыш имеют генетическое происхождение и приурочены к оврагам, балкам, большая часть к многочисленным пойменным старицам. По условиям обитания, общности гидрологических, гидрохимических и грунтово-почвенных характеристик выделены доминирующие таксономические структуры: абразионные берега, пляжи и заболоченные луга и кустарники. Искусственные воздействия на экотонные биотические сообщества и на экотонные системы, использующие принципы более полной реализации естественных потенций среды обитания, когда изменения в экотонной системе не превосходят пределы ее естественных флуктуаций, но оптимизируют режим функционирования, правомерно называть "корректирующим управлением". 58 3 Прогностическая модель стратегий развития экотонных геокомплексов озерно–речной системы Изучение динамики развития геокомплексов и оценка их современного состояния – важная научная проблема от которой, во многом, зависят подходы к решению вопросов рационального природопользования. Прибрежно – водные биогеоценозы являются наиболее динамичными природными структурами. Они включают наземные и аквальные биогеоценозы, которые способны замещать друг друга вследствие изменчивости уровня воды и смещения береговой линии. Вопросы динамики прибрежно-водных биогеоценозов на сегодняшний день изучены недостаточно. Известно, что пограничная зона между соседними биоценозами, как правило, более богата жизнью, чем каждое из этих сообществ, что особенно наглядно, представлено в прибрежно-водных биогеоценозах озёр. Эти переходные зоны (или экотоны) характеризуются наибольшей интенсивностью биологических процессов и оказывают большое влияние на всю озёрную систему. Экотоны различаются по масштабам, возрасту, компонентам, составу биотических комплексов, обладают общими особенностями структурной организации, принципиально отличающими их от зональных экосистем, и высокой активностью биотических комплексов. Растущие антропогенные нагрузки всё более дестабилизируют природную среду и вызывают заметное увеличение контрастности и мозаичности ландшафтной структуры крупных территорий. В свою очередь это сопровождается появлением новых природноантропогенных и антропогенных границ, геохимических и энергетических потоков, путей миграции и расселения организмов и, следовательно, формированием новых экотонных геосистем разного ранга. Выделяют класс древних, эволюционно сложившихся экотонов – геоэкотонов, и класс молодых экотонов, в том числе антропогенного происхождения. 3.1 Пространственно - временная самоорганизация экотонных геокомплексов Рациональное природопользование предполагает необходимость научно-обоснованного прогнозирования экологических процессов. В связи с этим знание структуры и функциональной роли экотонных экосистем имеет большое значение для понимания механизмов устойчивости экосистем. Процессы взаимодействия водной и наземной среды формируют экотонную зону. Определяющим 59 фактором, оказывающим существенное влияние на формирование растительного покрова прибрежных экотонов, является колебание уровня воды. На водоемах в связи с неустойчивостью гидрорежима, растительный покров экотонов имеет динамичный характер, его экоморфный спектр образуют 6 групп экотипов и разнообразные жизненные формы растений. Сочетание различных гигроморфных растений, входящих в состав экотонных растительных сообществ, обеспечивает их устойчивость при чередующихся условиях обводнения. Изучение динамики флоры экотонных экосистем показало относительную устойчивость гелофитов и гигрогелофитов. Они поддерживают гомеостаз фитосреды в различных условиях уровневого режима. Таким образом, переменность экологической среды является важным фактором, повышающим видовое богатство экотопа или α- разнообразие экосистемы. Благодаря механизму обратной связи, создается возможная гомеостатичность и жизнеспособность экосистемы, в результате чего она может не только сопротивляться внешним нагрузкам, но и восстанавливаться, после разрушения структуры, когда внешняя нагрузка снята. Способность экосистемы противостоять изменениям внешних условий характеризует ее выносливость. В настоящее время водоемы находятся на различных стадиях развития, являясь слабо заросшими, умеренно заросшими и значительно заросшими, степень зарастания составляет от 10 до 32 %. Управление природно-техническими водоемами обуславливает переменность и импульсивность флуктуирующей среды. Если представить модель управляемой экотонной системы в виде допустимых дискретных единиц (условных экотипов растений и их сообществ), то для реализации динамичного равновесия и природных функций экотона необходимо обеспечить его экологическую гибкость. Это возможно при условии видового богатства, разнообразия экоморф, экотипов, жизненных форм, дифференциации биотопа и экотопа, то есть α-, β-, γ- разнообразия экосистемы. Формируется сложная открытая система, в которой под динамичным действием природных факторов (физико-географических и биотических) с одной стороны и антропогенных (управление в процессе использования) с другой стороны, возникают неоднородность экологической среды, нелинейные обратные связи, повышается видовое разнообразие, наблюдается смыкание и перекрывание экологических ниш, отражением которого является континуум. 60 При стабилизации экологического режима отмечается дискретность растительного покрова, формирование четких поясов растительности, образованных конкурирующими доминирующими видами (гелофитами и гигрогелофитами). Они занимают центральное положение в экотоне, устойчивы к изменению среды и способны занимать эту нишу неопределенно долго. В условиях «оптимумпессимум» высокая конкурентная способность ценозообразователей (виолентов и виолентов-патиентов) нарушает дискретность биоценоза, происходит изменение фитосреды. Это приводит к «диффузии» дискретных единиц. Сглаживание градиента среды обуславливает постепенный переход биоценозов или континуум растительного покрова [69,70]. Функциональное свойство экосистемы, противоположно дискретности континуума, выступает как не организующий, а рассеивающий фактор, как способ переходного состояния экосистемы от одного режима экологической среды к другому. В то же время, это и фактор когерентности, сохраняющий связи, обеспечивающий согласованность структурных единиц с разными экологическими оптимумами в единое целое – «экотон». Функционирование экотонной экосистемы в асинхронных динамичных условиях среды происходит благодаря свойству экологической гибкости. При этом под экологической гибкостью понимается свойство экосистемы легко изменяться в ответ на внешнее управление и восстанавливаться, когда внешняя нагрузка снята. Таким образом, экотонная экосистема не простая совокупность элементов смежных подсистем (наземной и водной), а система с качественно новыми, эмерджентными свойствами. При пессимальных условиях водного режима сохранятся только виоленты и стресс - толеранты (гелофиты и гигрогелофиты). В критических условиях, когда накопленные количественные изменения среды приведут к качественным изменениям структуры экосистемы (переход на новый уровень в точках бифуркации), останутся наиболее конкурентоспособные и выносливые виды – виоленты. Несмотря на нарушение и смену экологического режима экосистемы, сохраняя «память» прошлой среды, они смогут существовать определенное время в новых условиях. В конечном итоге разнообразие экотона «угаснет» и в ходе автогенных и аллогенных сукцессий экотонная система постепенно перейдет к состоянию экоклина, с едва заметным градиентом среды, обширной протяженностью и бедным видовом составом. 61 Структурно-функциональная модульно-блочная модель экотонной системы (рисунок 8) построена для оптимальных условий флуктуирующей среды или стадии динамического равновесия экосистемы искусственного водоема. Поскольку в природе биоценозы существуют в пространстве и во времени, которые взаимосвязаны, то структуры моделей экотонов для конкретного экологического режима (крайних точек пессимума) на определенных стадиях развития экосистемы будут отличаться. Экотон – это детерминированный объект: точно зная его текущее состояние, можно предсказать его будущее, но в течение ограниченного времени. Структурное состояние экотонов позволяет прогнозировать стратегии развития экосистем. 2 1 3 II Система экологического менеджмента 2 2 3 1 1 3 III I Рисунок 8 – Модель стратегий развития управляемых экосистем Условные обозначения: типы стратегий: I – развивающийся; II – устойчивого развития; Ш – стареющий; стадии развития экосистем: 1) становления, 2) динамического равновесия, 3) отмирания или перерождения. На рисунке 8 изображена пространственная модель возможных вариантов развития управляемых экосистем, или типов стратегий. Они отражают стадии и направления изменений экосистемы в 62 пространстве и во времени. Различают три типа стратегий, I – развивающийся, II – устойчивого развития, III – стареющий. Ведущим фактором функционирования прибрежных экотонных систем является гидрорежим. В условиях динамичности факторов среды, при резком изменении уровня воды в сторону максимума (высокий уровень воды) не создаются условия для развития всех структурных элементов, обеспечивающих необходимую устойчивость экосистемы. Такая экосистема, в силу своей несформированности, будет длительное время сохранять развивающееся состояние (I), неопределенно долго находясь «в пути». Этот, «развивающийся», тип стратегии легче управляем, в виду низкого видового разнообразия и слабых экологических связей экосистемы. При оптимальных условиях (сбалансированном режиме природопользования, при гибком изменении системы управления в зависимости от развития природных условий) модель стратегии устойчивого развития будет представлена равносторонним треугольником, на вершине которого экосистема, находящаяся длительное время на стадии динамического равновесия (II). Структура такой экотонной системы и стратегия развития экосистемы в целом (водоем + переходная зона) симметричная, с обратными связями, обеспечивающими экологическое равновесие. Для нее характерна импульсивность, сбалансированность биологической продуктивности, энергетических потоков и круговорота биогенных веществ. Высокое гео- и биоразнообразие, экологическая гибкость экотонной системы обеспечивают максимально-возможную стабильность в изменяющихся условиях среды, поддерживая состояние экосистемы на оптимальном, то есть устойчивом уровне развития. Третий вариант эволюции связан с доминированием сукцессий над флуктуационной динамикой. В силу интенсивных процессов зарастания и высоких темпов заиления экосистема прекратит свое существование. Эта «стареющая» стратегия развития экосистемы (III), самая бесперспективная в отношении водных ресурсов, поскольку не в состоянии долгое время выполнять водохозяйственную функцию. Структура экотонных систем будет асимметричной, т.е. соотношение структурных компонентов в них не сбалансировано. Модульно-блочную модель экотонной системы и модель стратегий развития экосистем можно дополнять, анализируя параметры других компонентов экосистемы, но именно фитоценотический подход наглядно иллюстрирует возможные сценарии процессов, происходящих в экосистемах, так как растительность выполняет в них главную продукционную, 63 энергетическую, структурирующую и средообразующую роль (Алимов, 1994; Распопов, Доценко, 1998 и др.). Предложенные модели позволяют: определить пространственно-временную структуру экосистемы на различных этапах эволюции; выявить эволюционную иерархию системы и роль промежуточных сообществ; предвидеть возможные сбои в функционировании экотонных экосистем в результате нарушения симметрии и обратных связей; оценить все оптимально возможное разнообразие экотипов гидробионтов и биоценозов; проектировать и создавать экотонные экосистемы с оптимальной структурой соединяемых модулей. Детальное изучение структуры и функционирования экотонов, возможно, позволит сформулировать правила и законы управления природно-техническими экосистемами [69,70]. Для динамично развивающихся экосистем необходимо управление и допустима доля случайности, нерегулярности и непредсказуемости (аномалии погодных условий, скачки в темпах водопотребления). При этом фактор случайности или неустойчивости экосреды одновременно выступает фактором стабильности, поскольку он приводит к отбору адаптаций гидробионтов к изменчивым условиям среды через морфологическую и генетическую вариабельность (водных, наземных, земноводных, стерильных, миниатюрных, гибридных форм). Внешнее управление, без учета изменений биотического компонента экосистем в процессе коэволюции может привести к деградации и отмиранию экосистемы, возникновению экологических проблем и даже к непредвиденным и стихийным экологическим последствиям. Управляемость и саморазвитие должны быть сбалансированы и прогнозируемы. Управляемые экосистемы нуждаются в экологических менеджерах, вооруженных новейшими информационными технологиями, способных на всех этапах создаваемых экосистем от виртуального проекта до реализации его в природе, предвидеть изменения их развития, как на мониторе ЭВМ, так и в природных условиях. 3.2 Антропогенная трансформация природных комплексов долины Иртыш Проблемы взаимодействия общества и природы в последние десятилетия находятся в центре внимания мировой науки. Экологическая безопасность признана главным компонентом национальной безопасности в Республике Казахстан. В Восточном Казахстане многочисленные предприятия минерально-сырьевого 64 комплекса, транспортная сеть, и селитебные ландшафты изменили первоначальный облик геосистем - местами вплоть до техногенных форм рельефа. Актуальность изучения антропогенной трансформации окружающей среды не вызывает сомнений. На стыке зон каледонского времени (девон) развивался Иртышский глубинный линеамент, где в геосинклинальный этап формировалась зона Беньоффа, а в орогенный этап – зона смятия. Эта зона представляет собой линзовидно – пластинчато – чешуйчато блоковую горстантиклинорную структуру, ограниченную с югозапада Калба-Нарымским, а с северо-востока Иртышским региональными разломами, сложенную породами разного литологофациального состава, подверженными интенсивному рассланциванию, динамометаморфизму. Рельеф территории исследования представляет собой слабоволнистые предгорные равнины с абсолютными высотами 250500 метров, а также долины крупных рек и их притоков. Относительные превышения варьируют в пределах 5-30 метров. Территория характеризуется развитой гидрографической сетью, представленной рекой Иртыш и её правыми притоками: Ульба, Глубочанка, Красноярка, Березовка, ручей Маячный. Подземные воды на рассматриваемой территории формируются за счет инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод. Роль атмосферных осадков в формировании естественных ресурсов вдали от реки оценивается в количестве 10-20 %, роль поверхностных вод – 80-90 %. При формировании эксплуатационных запасов подземных вод вблизи реки роль поверхностных вод 95-99 %. В связи с этим большая роль в загрязнении подземных вод принадлежат загрязненным речным водам. Значительное влияние оказывает р.Ульба, она подвержена наибольшим сезонным колебаниям уровней и более загрязненная, чем р.Иртыш [71,72,73]. Преобладающий тип почвообразовательного процесса – черноземный. В пределах горных территорий формируются маломощные щебенистые горностепные почвы, на пологоволнистых междуречьях и террасах – черноземы обыкновенные суглинистые, в разной степени выщелоченные, в пределах тыловой части I террасы – солонцеватые, а также черноземно–луговые почвы. На пойменных поверхностях сформированы молодые дерновые глееватые, а также перегнойно–глеевые почвы на аллювиальных слоистых отложениях. По механическому составу эти почвы средне, тяжёлосуглинистые и глинистые. Мощность гумусового горизонта колеблется в пределах 45-120 см. Содержания гумуса в пахотном горизонте составляет 3-8 %. Данные почвы имеют комковато – 65 пылеватую структуру. В средней части Прииртышского рудного района размещены основные колчеданно-полиметаллические месторождения, образующие Березовско-Белоусовское рудное поле, протягивающееся в северо-западном направлении на 45 километров при ширине рудоносной зоны 2-4 километра. В его пределах расположены Березовское, Ново-Березовское, Иртышское, Белоусовское, Прогнозное, Карьерное месторождения цинка, свинца, меди, золота, серебра и около 30 рудопроявлений. В Республике Казахстан с каждым годом становится все больше регионов, где состояние окружающей природной среды приближается к зоне экологического риска, что делает жизнь людей крайне опасной. Более полвека тому назад академик А.Е. Ферсман писал: "Там поставлено правильно производство, где не пропадает ни одного грамма добытой горной породы, где нет ни грамма отбросов, где ничто не улетает в воздух и не смывается водами". Все это особенно актуально в наше время. Ведь в нашей стране ежегодно поступает в отвалы свыше 2 млрд. м3 всевозможных "хвостов" обогащения руд и до 100 млн. тонн металлургических шлаков. Механизм воздействия промышленности на природную среду необходимо знать, чтобы предвидеть экологические последствия. Такие отрасли промышленности, как черная, цветная металлургия и теплоэнергетика служат источниками токсичного потока химического загрязненная в атмосферу, термического и химического – в природные воды, происходит и химическое загрязнение почвы – главной депонирующей системы. Под антропогенными воздействиями мы понимаем деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных, культурных и других интересов человека, вносящую физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду. При изучении социально-экономических карт данного района (карты природопользования, функциональных зон, землеустройства, автомобильных дорог) и маршрутного обхода территории стало возможным установление объектов хозяйственной деятельности и систем расселения в пределах изучаемого антропогенно-природного объекта. На изучаемой территории можно выделить 5 классов антропогенных воздействий: техногенный, перерабатывающий, сельскохозяйственный, транспортный, селитебный. Современный облик описанных выше геосистем трансформирован и далек от своего естественного состояния в результате разнообразного спектра антропогенных воздействий, вызванных структурой современного хозяйства. 66 Литература 1 Ахмедсафин Н. М. Ресурсы и использование подземных вод Казахстана. − Алматы : Наука, 1972. − 155 с. 2 Баранов А. Вода должна получить статус стратегического ресурса // Новая газета, 2002. – 21 август. – С.4 3 Васильченко Г. Использование водных ресурсов. − Минск, 1969.– 125 с. 4 Ведухина В. Г. Картографическое моделирование водноэкологической обстановки бассейна р.Алей // М: Вестник, 2006. – № 2 – 4. – С. 28 5 Ветошкин А. Г. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. – Москва: Высшая школа, 2008. – 639 с. 6 Водный кодекс РК (от 9.07.03 г. №481 – II). Алматы: БИКО, 2003. 7 Воейков А. Город солнечного камня: коротко о Караганде. – Алматы : Наука, 1977. – 94 с. 8 География и природопользование Сибири: сборник статей под ред. Барышникова Г. Я. – Барнаул, 2003. – 303 с. 9 Гидрологические, гидрогеологические и водохозяйственные аспекты освоения стока сибирских рек: сборник научных трудов / Бейзель А. Л., Васильев О. Ф., Савкин В. М./ Новосибирск, 1982. – 90 с. 10 Жандаев М. Ж. Речные долины. – Алматы: Казахстан, 1984. −124 с. 11 Зырьянов И. С. Верхний Иртыш. – Алматы: Казахстан, 1991. – 142 с. 12 Ибатулин С. Р. Экономишь каплю – получишь море. – Алматы: Казахстанская правда, 2007. – 3 марта. – С. 6 13 Изучение реки Оби и ее притоков в связи с хозяйственным освоением Западной Сибири //под ред. Брусиной И.Н. – Ленинград, 1989. −58с. 14 Иношин В. Кластер для воды. – Алматы: Казахстанская правда, 2006. – 24 февраля. – С.6 15 Проблемы рек Обь-Иртышского бассейна. Материалы международной конф. – Усть-Каменогорск, 2003. – 80 с. 16 Михайлов В. Н. Гидрология для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 2005.− 315 с. 17 Пальгов Н. Н. Реки Казахстана (физико-географический очерк). – Алма-Ата: Недра, 1959. – 100 с. 67 18 Правила использования водных ресурсов ВерхнеИртышского каскада водохранилищ. – Алматы: Казгидропроект, 2002. – 59 с. 19 Проблемы гидроэнергетики и водного хозяйства. Выпуск 6. – Алматы: Казахстан, 1970. − 72 с. 20 Проблемы управления и рационального использования водных ресурсов бассейна р.Иртыш. Материалы международной научно-практической конференции. – Омск: Наука, 2004. − С. 23 21 Проект водоохранных зон и полос реки Иртыш в границах Павлодарской области. – Алматы: Павлодар, 2007. – 195 с. 22 Рябцев А. Для устойчивого водопользования. – Алматы: Казахстанская правда, 2003. – 21 март. – С. 4 23 Сельское, лесное и рыбное хозяйство Казахстана в 20012005 гг. Сборник статей. Статистика РК. 24 Современные проблемы Иртышского бассейна. Информационный бюллетень. – Семипалатинск, 2006. – 215 с. 25 Соколов А. А. Вода: проблемы на рубеже XXI века. Гидрометеоиздат, 1986. – 136 с. 26 Тюменев С.Д. Гидроэкологические проблемы водных ресурсов РК и пути их решения. – Москва: Водные ресурсы и водопользование, 2006. − № 10. − С. 41– 46 27 Укрепление нормы водопотребления и водоотведения для различных отраслей промышленности. – Москва, −1988. – 215 с. 28 О’Хара C. Водопользователи о воде. – Москва: Водные ресурсы // Устойчивое развитие Казахстана, 2005. – № 110. – С. 27 29 Царегородцева А. Г. Гидрология пойменных ландшафтов (Павлодарское Прииртышье). – Павлодар: ПГУ, 2005. – 248 с. 30 Цхай А. А. Мониторинг и управление качеством вод речного бассейна. Модели и информационные системы. – Барнаул: Алтайская кн. изд., 1995. – 175 с. 31 Чокин Ш. И. Энергетика и электрофикация Северного и Центрального Казахстана. – Алматы: Наука, 1988. – 336 с. 32 Чокин Ш. Ч. Комплексное использование водных ресурсов бассейна рек Оби и Иртыша: сборник научных трудов КазНИИ энергетики. – Алма-ата: Наука, 1989. – 141 с. 33 Шаймерденов Н. Р. Водные ресурсы Павлодарской области. – Павлодар: Эко, 2002. – 102 с. 34 Экологические проблемы долины р.Иртыш на территории Павлодарской области // Вестник ПГУ им.С.Торайгырова, сер. Химико-биологическая, 2007. – №1. – С. 23 35 Агаджанян Н. А., Трошин В. И. Экология человека. – М.: 68 КРУК, 1992. – 255 с. 36 Географические проблемы конца ХХ века. – СанктПетербург: РГО, 1998. – 250 с. 37 Герасимов И. П. Экологические проблемы в прошлой, настоящей и будущей географии мира. – М.: Наука, 1985. – 239 с. 38 Голубев Г. Н. Геоэкология. – М.: ГЕОС, 1999. – 338 с. 39 Гродзинский М. Д. Основы ландшафтной экологии. – Киев: Вища школа, 1993. – 222 с. 40 Келлер А. А., Кувакин В. И. Медицинская экология. – Санкт-Петербург: Петроградский и К˚, 1998. – 256 с. 41 Логинов В. Ф. Основы экологии и природопользования.– Полоцк: ПГУ, 1998. – 322 с. 42 Мазур И. И., Молдаванов О. И. Курс инженерной экологии. – М.: Высшая школа, 1999. – 447 с. 43 Максаковский В. П. Географическая культура. – М.: ГМЦ Владос, 1998. – 416 с. 44 Миланова Е. В., Рябчиков А. М. Использование природных ресурсов и охрана природы. – М.: Высш.шк., 1986. – 278 с. 45 Основы геоэкологии. Под ред. В. Г. Морачевского.– СанктПетербург: Изд-во ЛГУ, 1994.– 352 с. 46 Реймерс Н. Ф. Экология. – М.: Журнал «Россия Молодая», 1994.– 376 с. 47 Романова Э. П. Природные ресурсы мира.– М.: Изд-во МГУ, 1993.– 304 с. 48 Саушкин Ю. Г. История и методология географической науки. – М.: Изд-во Моск.ун-та, 1976. – 421 с. 49 Серов Г. П. Основы экологической безопасности. – М.: Издво МНЭПУ, 1993.–103 с. 50 Трофимов В. Т. Теория и методология экологической геологии. – М.: Изд-во МГУ, 1997. – 368 с. 51 Экономика природопользования. Под. ред. Т. С. Хачатурова. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 270 с. 52 Белов С. В., Ильницкая А. В., Козьяков А. Ф. Безопасность жизнедеятельности. − М.: Высшая школа. − 1999. − 448 с. 53 Бертокс П. География природного риска. – М.: МГУ, 1995. – 224 с. 54 Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера.– М.: Наука, 1989. – 258 с. 55 Винокуров Ю. Е. и др. Охрана окружающей природной среды. Сб. нормативных актов. − Вып. 3, 4. − М.: МНЭПУ, 1995. – 280 с. 69 56 Геоэкология: глобальные проблемы. – Л., 1990. – 457 с. 57 Геоэкология: региональные аспекты. – Л., 1990. – 166 с. 58 Голуб А. А., Струкова Е. Б. Экономика природных ресурсов. – М.: Аспект Пресс, 1999. – 319 с. 59 Одум Ю. Экология. – М.: Мир, 1986. – Т.1. – 328 с., Т.2 . – 376 с. 60 Реймерс Н. Ф. Природопользование. – М.: Мысль, 1990.– 637 с. 61 Черников В. А., Алексахин Р. М., Голубев А. В. и др. Агроэкология. – М.: Колос. - 2000.- 536 с. 62 Экотоны в биосфере/под редакцией д.г.н., проф. В. С. Залетаева. – М.: РАСХН. 1997. – 329 с. 63 А. Б. Фрейберг, и.о. Председателя Комитета охраны окружающей среды МПРООС РК. Задание на разработку ТЭО «Демеркуризация ртути и устранение очага ртутного загрязнения в г. Павлодаре». 16.11.2000 г. 64 Болатбаев Т. Б. О значении дикой флоры Павлодарского Прииртышья для селекции кормовых растений и создания сеяных сенокосов и пастбищ в Павлодарской области //Охрана природы и природопользование в Казахстане. − Целиноград, 1976. – С. 249 −251. 65 Байтенов М. С. Флора Казахстана. Иллюстрированный определитель семейств и родов. − Алматы, 1999. – Т.1. − 400 с. 66 Оразова А. Определитель сорных растений Казахстана. − Алма-Ата, 1972. – 166с. 67 Красная книга Казахской ССР. − Т.2. − Алма-Ата,1981.– 283с. 68 Винтерголлер Б. А. Редкие растения Казахстана. − АлмаАта, 1976.– 198 с. 69 Быков Б. А. Экологический словарь. − Алма-Ата, 1988. – 245 с. 70 Полевая геоботаника. – М., 1959. – Т.1. – 444с.; М. – Л.,1960. − Т.2. − 500 с.; 1964. −Т.3. − 531с.; 1972. − Т.4. − 330 с.; 1976. Т.5. − 320 с. 71 Калинина А. В. Песчаные степи Северного Казахстана //Тр.БИН АНССР. Сер.3. Геоботаника. − Вып. 13. − С. 36−53. 72 Огарь Н. П., Рачковская Е. И. Подходы к созданию экологических карт оценочного и прогнозно-рекомендательного типа. //Геоботаническое картографирование. – Санкт-Петербург, 1999. – С. 14 −27. 73 Биогеохимические и геоботанические исследования.– Ленинград: Недра, 1972. − 280 с. 70 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.3 2 2.1 2.2 2.3 2.4 3 3.1 3.2 Содержание Введение Экотоны и проблемы их изучения Структурная организация экотонов Методологические принципы изучения типологии экотонов Свойства экотонов в зависимости от их структурной организации Функционирование экотонов озёрно-речных систем и их изменчивость под влиянием природных и антропогенных факторов Научные подходы и методы в исследовании экотонных геокомплексов озерно - речной системы Озерно – речные системы как составная часть структуры долины Ландшафтный фактор формирования экотонов природных водоемов Экотоны природно-техногенных водоемов Пойменные экотоны Ландшафтные экотоны долины реки Иртыш Прогностическая модель стратегий развития экотонных геокомплексов озерно–речной системы Пространственно - временная самоорганизация экотонных геокомплексов Антропогенная трансформация природных комплексов долины Иртыш Литература 71 3 4 8 10 14 19 20 22 37 43 45 53 55 55 60 63