Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические предпосылки для изучения почв гидроморфных геосистем 14
1.1. Сущность системного анализа и его применимость в решении экологических проблем агропочвоведения и мелиоративного земледелия...18
1.2. Болота, заболоченные земли и их почвы как элементы биосферы и физико-географической среды 29
1.3. Генезис болот и механизмы заболачивания 35
1.4. Типология болотных геосистем 60
1.5. Экологическое значение болот, заболоченных земель и их почв 71
2. Методика создания информационной базы для системного анализа почв осваиваемых болот 80
2.1. Необходимость и научно-практическая значимость организации агроэко-логического и его части - мелиоративного мониторинга агрогеосистем 80
2.2. Содержание и пути осуществления экологического мониторинга земель мелиорируемых геосистем 88
3. Условия существования, развития и оценки функций болотных комплексов 105
4. Экологические проблемы освоения почв болотных геосистем 141
4.1. Эмиссия газов из органогенных почв 142
4.2. Влияние осушаемых почв на водоприемники 144
4.3. Изменение плодородия почв при осушении болот 152
4.4. Биопродуктивность болотных земель и влияние осушения на прилегающие территории 165
5. Стационарные исследования агрогеосистем .. 175
5.1.Материал и методика исследований 175
5.2. Оценка общих изменений 197
5.2.1. Исследование особенностей гидродинамики осушаемых торфяных почв 197
5.2.2. Оценка степени засоления целинных торфяных почв 212
5.2.3. Воздействие осушения болот на прилегающие территории 218
6. Оптимизация гидро-и агротехнического воздействия .226
6.1 .Трансформация качества вод 226
6.2. Трансформация плодородия почв при осушении 240
6.3. Исследования по оптимизации гидро и агротехники 253
7. Интегративныи анализ болотных геосистем на примере умеренного пояса и тропиков : 272
7.1. Тарманский лесоозерно-болотный террасовый комплекс лесостепи умеренного пояса 272
7.2. Лесоозерно-болотная геосистема Сьенага де Салата приморских тропических равнин 283
8. Системный анализ и прогнозирование развития ситуаций в природных объектах 296
Выводы 309
Рекомендации производству 315
Литература 318
Приложения 372
- Болота, заболоченные земли и их почвы как элементы биосферы и физико-географической среды
- Экологическое значение болот, заболоченных земель и их почв
- Содержание и пути осуществления экологического мониторинга земель мелиорируемых геосистем
- Условия существования, развития и оценки функций болотных комплексов
Введение к работе
экологически приемлемых гидро-, лесо- и агромелиоративных мероприятий.
Цель исследований: выработать методы оптимизации экологической ситуации средствами гидро- и агротехники, а также установить основные критерии оценки и прогнозирования динамики трансформаций почв гидроморфных геосистем при их сельскохозяйственном освоении.
Достижение выбранной цели потребовало решения следующих задач: - проанализировать и обобщить теоретические и экспериментальные материалы о природе болот (генезису, типологии, свойствам основных компонентов), их экологической роли, об использовании почв этих геосистем в разных отраслях хозяйства в нашей стране и в зарубежье; - определить возможность применения системного анализа - методологической базы современных дисциплин точной науки - для изучения функционирования почв гидроморфных геосистем при осушении и освоении; - разработать концептуальные модели: а) преддроектного анализа объектов осушения и последующих адаптационных этапов, б) осуществления агроэкологического мониторинга, включая и модель мониторинга мелиорируемых земель, в уже действующих геотехносистемах; - определить критерии, по которым одна часть гидроморфных геосистем относится к болотам (а их почвы - к болотным), а другая - соответствует заболоченным землям с болотистыми почвами; - выработать критерии оценки по отнесению органогенных почв к засоленным или же незасоленным разновидностям; * - определить природу содообразования в торфяных почвах; установить основные причины деградации почв гидроморфных геосистем и их отрицательного влияния на водную среду; выявить в целом влияние осушения органогенных почв болот на сопредельные среды; разработать способы и методы оптимизации экологической ситуации при осушении и освоении почв болотных геосистем; определить наиболее приемлемые в современных условиях методы прогнозирования эволюции почв и болотных геосистем в целом. Материал и методика исследований. Настоящая работа по ее содержанию является теоретической и научно-прикладной. Исходная информация получена путем анализа "большого массива фондово-монографических отечественных и зарубежных данных с последующей авторской интерпретацией и подтверждением правомочности теоретических построений комплексом полевых и лабораторных экспериментов. Экспериментальные данные получены по наиболее заболоченному региону Земли - природному феномену относительно болотообразования, - Западно-Сибирской равнине, находящейся в умеренном поясе, а также по тропическим болотам и заболоченным землям Кубы. Полевые исследования осуществлялись повсеместно маршрутно-ключевым методом с использованием материалов дистанционного зондирования, а также путем полустационарных и стационарных экспериментов. Они проведены на П болотных массивах в Западной Сибири, польдере «Пилото», построенном голландскими специалистами, а также полуинженерной системе польдера «В» на болотах Сьенага де Сапата в Республике Куба.
Основные материалы диссертации опираются на теоретические исследования и данные по углубленному анализу геосистем Тарманского лесоозерно-болотного комплекса и Сьенага де Сапата, а также #-и болотных стационаров и полустационаров, где автором проводился (по апробированным во ВНИИГиМе, ВНИИВО и РосНИИВХе методикам) комплекс агротехнических, гидрохимических, гидродинамических, почвенно-геохимических и микробиологических работ. Он включал и опыты с меченым азотом ( N). Здесь осуществлялись: снегосъемки, повторные солевые съемки, замеры модулей и объемов стока, влажности и промерзания почв, режимов УТВ. Проводился отбор гидрохимических проб жидких и твердых (снег) атмосферных осадков, поверхностно-склоновых (по 23-м стоковым площадкам размером 100 м2 каждая, расположенным в подтайге и лесостепи), дренажно-коллекторньгх, болотных и грунтовых (в приболотном поясе) вод и вод водоприемников (в 500 м выше и ниже устья магистральных каналов), почвенных и растительных образцов. По промерзанию и влажности почв, режиму УГВ, модулям дренажного стока привлечены также материалы лаборатории осушения Западно-Сибирского филиала ВНИИГиМа.
Изучение текущего почвенно-геохимического и агрохимического режимов на осушительных системах осуществлялось автором на 9-ти вариантах дренажа, динамики объемной массы торфяных почв - на 15 -ти точках, а на 4-х вариантах дренажа — дополнительно — зольности и агрохимических показателей с задачами изучения трансформации почв от осушения и освоения в исторической ретроспективе. Влияние осушения на динамику: УГВ, минерализации грунтовых вод и засоления почв приболотного поясе изучено на 5-ти осушаемых болотах. Изучение сработки і органогенных горизонтов почв осуществлялось на динамических площадках
9-ти вариантов дренажа объекта «Решетниково», а также на 9-ти профилях по трем рисовым чекам на польдере «Пилото» с их повторной нивелировкой и бурением скважин. На 8-й стоковых площадках изучено влияние доз, а на
15-ти - сроков внесения удобрений на вынос водорастворимых веществ с поверхностно-склоновым стоком и урожайность многолетних трав. Влияние интенсивности осушения, доз и сроков внесения удобрений на вынос водорастворимых веществ с дренажным стоком (и его качество), определялись на 10-и вариантах в подтайге, северной и южной лесостепи на водораздельных и террасовых болотах с разными типами водного питания.
Особенности движения влаги в осушаемых длительно-сезонно-мерзлотных торфяных почвах в весенний период изучались на 4-х вариантах дренажа, функционирующего в режиме интенсивного осушения (закрытый гончарный дренаж с параметрами: №=1,2 и 1,5 м; В=8 и 24 м на фоне открытых осушителей через 200 м). Повторная солевая съемка МЛ :10000 проведена в 1984 г. на площади 1500 га, а в 1992 г. - на площади 200 га. Опыты по выявлению потерь азота почвы или же удобрений с помощью изотопа 15N проводились в шестикратной повторности на почвенных изолированных колонках при разных сроках и дозах применения минеральных удобрений.
На стоковых площадках, которые одновременно выполняли функции учетных делянок, определялся двумя укосами урожай многолетних трав. В установленные программой и методиками исследований сроки вносились определенные дозы удобрений. Аналитические работы осуществлялись по аттестованным методикам вд аккредитованных лабораториях: гидрохимической лаборатории - Нижне-Обского бассейнового водохозяйственного управления, почвенно-мелиоративной лаборатории Западно-Сибирского филиала ВНИИГиМа, аналитической лаборатории НИИСХ Северного Зауралья СО РАСХН (микробиология) и Центральной геологической лаборатории г. Тюмени. Анализы почв и растительности на содержание N выполнены в ИПА СО РАН (г. Новосибирск). Гидрохимические и почвенные анализы по болотам и заболоченным землям тропиков выполнены (на средства контракта Советского Союза по оценке водно-земельных ресурсов провинций Гавана, Матансас и Сьего де Авила) в филиале Национального института водных ресурсов Республики Куба (г. Колон, провинция Матансас). Аналитические работы осуществлялись в соответствии с: «Унифицированными методами анализа вод» (под ред. Ю.А. Лурье, 1973), «Агрохимическими методами исследований почв» (1965), «Руководством по химическому анализу почв» (Аринушкина,1970) и ОСТ 10
152-88. Микробиологические анализы выполнялись в соответствие с методическими рекомендациями «Основные микробиологические и биохимические методы, исследования почвы» (1987). Были использованы і фондовые материалы Главтюменьгеологии, Гидрометеослужбы,
Тюменьоблохоты, институтов ЗапСибНИИГипрозем, Тюменьгилроводхоз и
Нефтегазпроект, данные Геологического фонда и архивов Национального института водных ресурсов Республики Куба.
Классификация геосистем изученных болот проведена на основе: а) обобщения разнообразного рода опубликованных сведений о болотах, б) применения личного опыта исследований в Западной Сибири и за рубежом (включая участие автора в проекте комплексной оценки водно-земельных ресурсов некоторых провинций Республики Кубы).
Научная новизна. 1. Впервые показана важная роль междисциплинарного научного обоснования для системного анализа трансформируемых почв гидроморфных образований.
2. Впервые разработана полноценная генетическая классификация почв болот и заболоченных земель Кубы (ТелицынД995). Осуществлено на этой основе почвенное картографирование и почвенно-мелиоративное районирование переувлажненных земель провинции Матансас М. 1:100000 и
М. 1:250000 (Telitsyn,Rodriguez,1989; Telitsyn у ot.,1991).
3. Впервые осуществлено гидрогеолого-мелиоративное районирование болот и заболоченных земель Кубы (Telitsyn, 1989; Телицын,1991).
4. Разработаны (в качестве оригинальных версий): а). «Принципиальная схема предпроектного анализа объектов осушения и последующих адаптационных этапов» и б). «Концептуальная модель мониторинга мелиорируемых земель» - руководств по созданию информационной базы для системного подхода к анализу мелиорируемых геосистем и их почв.
5. Систематизированы сведения, касающиеся экологической роли болот в биосфере, и оценено влияние осушения и освоения почв этих геосистем на изменение экологического статуса болотных образований.
6. Установлена системообразующая роль всего комплекса зональных и региональных условий в функционировании естественных и трансформируемых болотных комплексов, особенно в динамике почв и вод. Показано, что зона активного влияния осушительных систем на приболотный пояс в типичных литолого-геоморфологических для большинства осушаемых низинных болот условиях составляет в среднем 200-300 м, что согласуется с данными других исследователей (Маслов, Минаев, 1985; Дьяконов, 1992; КалининД995).
7. Впервые установлены новые критерии в оценке степени засоления торфяных почв. Подтверждена биогеохимическая природа содообразования в торфяных почвах.
8. Впервые почвенно-гидрохимическими методами установлено плановое положение трансрегионального тектонического нарушения, где сельскохозяйственное освоение затруднительно или невозможно.
9. Впервые определена региональная специфика весеннего перераспределения и миграции влаги в осушаемых длительно-сезонно- мерзлотных торфяных почвах. Она уточняет схему гидродинамики, при описании природных процессов в болотных геосистемах, и должна использоваться специалистами-гидротехниками для коррекции расчетных, формул по удалению избытков влаги из почв.
10. Выявлены ограничения, разработаны принципы реорганизации и методические подходы к повышению эффективности технологических приемов осушения и сельскохозяйственного освоения почв, экологически приемлемых для геосистем болот, локальных понижений и динамически с ними взаимосвязанных территорий и акваторий.
11. Показано, что прогнозирование трансформаций осушаемых гидроморфных геосистем и их почв с целью последующего внесения управляющих корректив наиболее предпочтительно пока осуществлять методом физико-географических аналогий (ігри условии типологического сходства геосистем и идентичности применения гидро- и агротехнологий).
На защиту выдвигаются: 1. Принципиальная схема предпроектного анализа объектов осушения и последующих адаптационных этапов, концептуальная модель мониторинга мелиорируемых земель - теоретическая основа по созданию информационной базы для системного анализа трансформированных и развивающихся под нагрузками почв, других компонентов и геосистем в целом.
Обоснование экологической приемлемости технологий осушения и освоения почв болотных геосистем.
Выбор наиболее эффективных по достоверности и приемлемости в условиях современности методов анализа и прогнозирования динамики развития почв осушаемых гидроморфных геосистем болот для последующего внесения управляющих корректив.
Практическая ценность и реализация научно-исследовательских данных. Изученные природно-экологические особенности болотных геосистем позволяют дифференцировать подходы к их рациональному использованию соответственно реальным масштабам заболачивания территорий, применять специальные инженерные решения в зависимости от их зональных и региональных особенностей, вносить корригирующие организационно-хозяйственные подходы, а также агротехничеокие приемы окультуривания почв агрогеосистем.
Результаты исследований нашли реализацию в картографическом материале Национального института водных ресурсов Республики Куба, методических рекомендациях по природоохранным мероприятиям при осушении низинных торфяников в Тюменской области. Автор принял участие в разработке Б СИ «Мелиоративные системы и сооружения. Охрана природы». Отдельные положения разработок вошли в «Пособие к СНиП 2.06.03.85 по проектированию осушительных систем», подготовленному В/О «Союзводпроект» совместно с ВНИИГиМ. Все это реализуется на десятках тысяч га осушительных и ос>тяитеііьно-увла>кнительньіх систем б различных регионах госсии и других. Стран СНГ. Данные используются при строительстве и эксплуатации водохозяйственных и мелиоративных объектов й Тюменской области институтом Тюменьгипроводхоз. Нижне- Обским бассейновым водохозяйственным управлением, областным комитетом «Тюменшелиоводхоз». Они также применяются при почвенных исследованиях, разработке разделов ОВОС и проведении экологической Экспертизы проектов Тюменским областным и городским комитетами но охране природы, проекти о-изыскательским предприятием
ЗамСибНИИГиирозема, институтом «Нсфтеї азироекг». Кроме того, результаты научных разработок реализованы в проекте обустройства зеленой Зины г. Тюмени (с ее общей площадью 2,3 млн. га), разработанном РосНИПИУрбанис'і ики (С.-Петербург, 1993). Они воплощены в экологически приемлемые условия строительства завода готовых лекарственных препаратов и корпусов сборки завода АТЭ с необходимым комплексом очистных сооружений в восточном промузле города.
Теоретические разработки автора внедряются при создании информационного банка Центром по мониторингу природных ресурсов Ханты-Мансийского автономного округа.
Апробация работы. Основные теоретические положения и прикладные результаты диссертации изложены в монографии: «Болота Восточного Зауралья: Геоэкологические основы оптимизации природопользования».- Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002.-197 с. Они также О'і ражены в монографиях: «Эффекты геОпатОгенёЗа и промышленное освоение территорий. Гипотезы, реальность, методы прогнозирования». Изд. 2-е (дополненное и переработан ное).- Тюмень: Поиек,2001,- 208 с. и «Esludio geograilco especial de la Cienaga de Zapaia" - La Habana: Edicion del Tnsiiiuio Cubano de Geodesia у Cart ografia, 1991.- 80, p. Материалы исследований и основные положения диссертации докладывались на 20 региональных. Всесоюзных, Всероссийских и Международного статуса научных конференциях и совещаниях, проводившихся в городах Москва, Горки, Оренбург, Немчииовка, Смоленск. Челябинск, Нижневартовск. Иркутск. Тюмень, Саратов, Пущине. Отдельные положения получили освещение на научно-технических советах в Западно-Сибирском филиале ВНИИГиМа, в НИИСХ Северного Зауралья СО РАСХН, Тюменьгипроводхозе и в Национальном Институте Водных Ресурсов Республики Куба.
Публикации. По теме диссертации актором опубликовано 70 научных работ в отечественных и зарубежных изданиях, включая 3 монографии, одна из которых выдержала 2 издания, методические рекомендации и изобретение (в соавторстве). Общее количество публикаций авіОра 81.
Структура и обтьем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводе»;, рекомендаций производству, списка литературы и приложений; изложена на 237 страницах, содержит 43 рисунка, 45 таблиц и 12 приложений. Список литературы включает 611 наименований. В их числе 134 работы зарубежных авторов, включая 94 на языках оригиналов.
Автор выражает глубокую признательность за ценные консультации заслуженному деятелю науки РФ, д.б.п. И .Д. Комиссарову іЯ д.б.н. О.Т. Ермолаеву, д.г.н. Е.Г. Нечаевой и B.Tvl. Калинину, заслуженному деятелю науки и техники РФ, академику РАСХН Б.С. Мае лову, д.с.-х.н. Н.В. Абрамову и Л.Н. Скииину, к.х.н. Е.С. Ел и ну, чл.-кор. РАСХН Л.И. Инишеаой, д.г.-м.н. Н,3, Евзикхшой и профессору ЮНЕСКО Н.М, Давиденко.
Болота, заболоченные земли и их почвы как элементы биосферы и физико-географической среды
Болота, как и другие природно-территориальные комплексы, составляющие биосферу, а также превышающую ее в размерах физико-географическую оболочку Земли, служат важными элементами в системе взаимосвязи, взаимодействия и взаимообусловленности отдельных их компонентов: литогенной основы, климата, почв, вод и т.д. Оригинальную оценку болотам дал А.Д. Дубах (1944), характеризуя их или как озера, но со связанной водой, или как сушу, содержащую обычно 90% воды и лишь 10% сухого вещества. Следовательно, болота - это аккумуляторы влаги и, одновременно, бассейны концентрации необиогенного вещества: пород из разряда каустобиолитов (сапропеля, торфа, нефти и др.). «Они являют индивидуальность и неповторяемость в геологическом времени и представляют собой историческое явление. В каустобиолитах мы видим ясное проявление эволюционного процесса» (Вернадский, 1965, с.269). На этом примере, когда углеродосодержащие породы «являются частью огромного физико-географического процесса, связанного с геологическим временем и с жизненным циклом живой природы» (Вернадский, 1983, с.241), подчеркивалась неполная обратимость жизненного цикла (при динамическом равновесии угольной кислоты и живого вещества). Это - отличительное замечательное свойство живых, а также и биокосных систем, - их неравновесность и, следовательно, термодинамическая открытость.
Фактор, обеспечивающий концентрацию необиогенного вещества в геосистемах, которые рассматриваются нами в качестве многоуровневых экосистем (Телицын,1996,]997а,2000а), называют эко-фактором (Лапо, 1977). В его компетенцию можно отнести и те условия, которые исключают привнос в болотные ландшафты, значительных количеств терригенного материала: выровненный с малыми уклонами рельеф окружающего водосборного бассейна, эрозионную и дефляционную устойчивость почв и пород, незначительную неотектоническую деятельность со слабыми эпейрогеническими колебаниями. Все выше изложенное справедливо только для стадии седиментогенеза, происходящего в биосфере.
Переход необиогенного вещества в палеобиогенное определяется уже другим фактором - геологическим (тафо-фактором). Перейти в ископаемое состояние торфяники могут при захоронении, например, в прибрежно-морских зонах тектонической активности со значительными амплитудами скоротечных прогибаний земной коры. Здесь органические остатки могут быть исключены из биологического круговорота и вовлечены в геологический круговорот веществ. При этом первоначальные осадки органического вещества подвергаются значительным трансформациям в результате эндогенных процессов диагенеза и катагенеза (в условиях высоких давлений и температур), приобретая внешние признаки и внутренние свойства, резко отличные от исходных, и становятся геологическими породами.
Органическое вещество болот, не вовлеченное в геологический круговорот, также (кроме процессов синтеза, аккумуляции и седиментации) испытывает существенные преобразования вплоть до его разрушения преимущественно сапротрофными микроорганизмами, которые расщепляют органику до минеральных соединений: углекислого газа, воды, азота и минеральных солей. По сведениям Н.И. Пьявченко (1978) с торфом консервируется в среднем 16,5% исходного количества отмирающей растительной массы. Остальная часть органики минерализуется и расходуется на газообмен, прирост новой биомассы и вынос с поверхностным, внутрипочвенным и подземным стоками. Однако условия застойного водного режима, анаэробиоза и неблагоприятного для деятельности целлюлозоразлагающих микроорганизмов соотношения углерода и азота в отложившейся растительной массе (отношение С к N 20-25) также выступают в качестве эко-фактора, сдерживающего процесс разрушения органики до простых соединений и их удаление из этих относительно дискретных геосистем. Тем самым обеспечиваются условия существования болот.
Целостность и функционирование любого современного болотного комплекса поддерживается и контролируется условиями биогенной и гидрогенной миграции органики и химических элементов, а «ландшафтно-геохимические процессы можно рассматривать как одну" из частей метаболизма геосистем, понимая под ним передвижение вещества и энергии. Энергия - первопричина всех земных явлений, поэтому ландшафтно-геохимические процессы (метаболизм вещества) зависят от метаболизма энергии» (СныткоД978,с.7). Следовательно, с энергетических позиций накопление в болотах нео биогенного органического вещества представляет собой ассимиляцию солнечной и корпускулярной космической энергии через растительность посредством процессов фотосинтеза.
Экологическое значение болот, заболоченных земель и их почв
Необходимо отметить, что относительно среды обитания человека переувлажненные земли, включая болота, - это наименее благоприятные с медико-биологических позиций для жизни геосистемы. В то же время болота, например, зачастую выступают в виде экологических ниш и экологических коридоров (при миграционных процессах) представителей животного мира, обеспечивая сохранение генофонда редких, в том числе эндемичных, животных, птиц и растений. На неосушенных болотах произрастают редкие и целебные лекарственные растения и ягодники. Имеются наблюдения, что осушение и использование верховых болот оказывается часто экономически менее выгодно, чем сохранение их в естественном состоянии для использования при добыче ягод, лекарственных трав, водоплавающей дичи и диких животных (Иванов, 1977). Болота выступают в качестве противоэрозионного покрытия, способствуют меньшему ионному стоку и служат регуляторами увлажнения в сопредельных территориях.
Благодаря высоким теплоизоляционным свойствам торфа, естественные болота в северных регионах способствуют консервации мерзлоты. Коэффициент теплопроводности, выраженный в кал/см с. град, изменяется от 0,04 к 0,0047 для сухого и сырого песка, до 0,0011 и 0,00027 для сырого и сухого торфа соответственно (Калинина, 1966). А их нарушения в результате антропогенной деятельности приводит к развитию разнообразных криогенных физико-геологических процессов; термокарста с высокой степенью просадочности и пучинистости грунтов, солифлюкции, термоэрозии с оврагообразованием очень высокой скорости. Исследования Б.Ф.Косова и Г.С.Константинова (1976) показали, что в районе г. Салехарда среднегодовой прирост оврагов по основным стволам за 1949-1967гг. составил от 9 до 15м, а отвершков (за 1958-1967гт.) - от35 до 100м и более. Все это очень отрицательно сказывается как на естественных, условно естественных геосистемах, так и на различных инженерных сооружениях, да геотехнических системах в целом.
В тоже время, благодаря своей высокой обводненности и наличию мерзлоты (многолетней или длительной сезонной в горизонтах торфяных почв), болота препятствуют поступлению нефтяных и солевых загрязнений вглубь почв, грунтов и в водоносные горизонты грунтовых и межпластовых вод, используемых для питьевых, хозяйственно-бытовых и промышленных нужд. Это подтверждается практически всеми исследователями (Walker et al.,1987; Солнцева, 1998; Русанова,2000; Новиков,2000; и др.). В этом случае может усматриваться их высокое положительное экологическое значение. Но, одновременно, эти их изолирующие свойства могут отрицательно сказываться (и сказываются) на поверхностных водоемах открытого (реки, ручьи) и закрытого (озера, болота, пруды) типов, а также на плодородии почв и состоянии фитоценозов. Это происходит, если не применять профилактические меры разнообразного порядка (от технологических до организационно-хозяйственных) и действия по нейтрализации и ликвидации последствий аварий и катастроф. Поэтому в районах нефтегазодобычи с высоким процентом заболоченности водосборов отмечается существенное загрязнение углеводородами (УВ) вод и донных отложений в реках и озерах (Панов и др.Д986; Михайлова, 1995; Давиденко,1998; и др.). Здесь также фиксируется существенное загрязнение поверхности почв (Солнцева, 1998; Русанова,2000; и др.) с повреждением, а иногда и гибелью фито- и зооценозов (Гашев,1992; Казанцева, 1994; и др.).
В условиях современной технократической цивилизации большую озабоченность как научных кругов, так и самой широкой общественности, вызывает проблема парникового эффекта в атмосфере, потепления климата и связанных с этим негативных процессов: таяния ледников и деградации мерзл отьг, затопление плодородных земель прибрежных равнин с одновременной аридизацией суши в основных зерносеющих регионах планеты в результате нарушения тепломассообмена между сушей и океаном, смена направления и интенсивности океанических и атмосферных течений. Основной вклад в прирост парникового эффекта (50%) вносит ССЬ, образующийся в основном при сжигании органического топлива (Коптюг,1992). Болота, консервируя углерод с отмершей растительностью, которая использовала С02 из атмосферы при росте и развитии, играют положительную роль в снижении парникового эффекта. По некоторым данным (Moore, Bellami,1974; Arraentano, 1980) в болотах и заболоченных землях содержится от 10 до 14% углерода наземных экосистем, хотя занимаемая ими площадь не превышает 2-4 % от всей поверхности Земли.
Содержание и пути осуществления экологического мониторинга земель мелиорируемых геосистем
Впервые идея о необходимости создания системы глобального международного мониторинга окружающей среды была, по-видимому, сформулирована специальной комиссией Научного комитета по проблемам окружающей среды Международного Совета научных союзов в 1971 году. В этом же году увидела свет брошюра «Глобальный мониторинг природной среды» (Гольдберг, 1987). Сам термин «мониторинг» известен «достаточно давно и появился не перед проведением Стокгольмской конференции ООН в 1972-м году, как это иногда представляется исследователям (Гашев,2000), а значительно раньше. Происходит он от смыслового сочетания двух слов: английского - «monitoring», которое переводится как «контроль», и французского - «monitore», переводящегося как «обозрение» (круговое). А вот в широкий научный обиход термин «мониторинг» вошел сразу после проведения Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде и развитию (Стокгольм, 5-6 июня 1972 года). Тогда же первоначально было сформулировано основное содержательное значение (как это казалось на первых порах) системы экологического мониторинга, под которым было принято понимать систему повторных наблюдений одного или более элементов окружающей природной среды в пространстве и времени с определенными целями и задачами в соответствии с заранее подготовленной программой (Mann, 1973). Поэтому, даже если только исходить из данной формулировки, то и тогда оказывается, во-первых, что совершенно справедливо Н.Н. Моисеевым (1998) появление и внедрение мониторинга окружающей среды связывается с выработкой ПДК. «Человек и дальше будет менять характеристики окружающей среды. А потом - искать способы приспособиться к ним. Отсюда - одно из главных современных практических направлений деятельности экологии: создание техники, которая мало влияет на среду. Поэтому и родилась концепция ПДК - предельно-допустимых норм концентраций вредных веществ в воздухе, воде, почве... количество загрязняющих веществ необходимо измерять. Это важное направление деятельности принято называть экологическим мониторингом» (Моисеев,, 1998, с.3-4). Во-вторых, все прямые эксперименты, проведенные в сельскохозяйственной науке с землей, с почвой и культурными растениями следует считать связанными с системой мониторинга, если исходить из определения РЕ. Манна (Mann, 1973). Действительно, опыты ставятся в соответствии с отработанными и утвержденными методиками (Доспехов, 1965; и др.), которые предполагают развернутость экспериментов в пространстве и времени. Наблюдения и аналитический контроль большинства параметров изучаемых объектов осуществляется неоднократно за весь вегетационный период и повторяется со сменой полей севооборотов за одну или, чаще, несколько ротаций. На Ротамстедской станции в Англии, например, комплексные исследования динамики параметров изучаемых сред осуществляются в отдельных экспериментах более сотни лет. Так что система осуществления мониторинга природных процессов и явлений в научной среде известна и применяется достаточно давно. Но здесь необходимо сделать уточнение: в рассмотренных случаях система повторных наблюдений и контроля используется на локальных участках. Поэтому экстраполяция полученных в опытах данных может распостраняться на ограниченные территории - только со сходными экспериментальному объекту геоэкологическими характеристиками.
Современная трактовка термина "мониторинг" включает в себя более широкую гамму понятий. В отечественной литературе впервые действительную научную трактовку этому понятию дал видный географ -геоморфолог и почвовед И.П. Герасимов (1975). По его представлению, мониторинг - это система наблюдений, контроля и управления состоянием окружающей среды, осуществляемая в различных масштабах, в том числе и в глобальном. Аналогичный взгляд на задачи и содержание системы мониторинга присутствует и в более поздних работах (Добровольский, 1986; Добровольский и др., 1983; Израэль, 1984; Шишов, Муромцев, 1991; И др.). Естественно, что в этих ранних работах трактовке термина "мониторинг" давалось не совсем свойственное в него изначально заложенному смыслу содержание, а вследствие этого и требования, предъявляемые к мониторинговым исследованиям, были завышены. Экблогический мониторинг, полученные с его помощью данные, не могут сами по себе управлять меняющейся экологической ситуацией в природе. А вот на основании сведений, с помощью системы мониторинга полученных, возможны: а) разработка экологически приемлемых для геосистем технологий, б) применение грамотных организационно-хозяйственных подходов к обустройству и освоению территорий. Поэтому в последующем происходило уточнение целей и задач системы экологического мониторинга целой плеядой исследователей самых разнообразных областей знаний и направлений научной мысли, в том числе и касательно земледельческих проблем. Однако, анализ публикаций последнего времени показал, что все же до настоящего времени нет единого подхода к организации и осуществлению агроэкологического мониторинга, в том числе и мониторинга мелиорируемых земель (Мониторинг состояния...,! 986; Методические...,1991; Научные основы...,1992; Жердев, Постолов, 1994; и др.). Вопросы поиска критериев, которые позволили бы наиболее полно и, одновременно, с разумными ограничениями, соответствующими кругу решаемых задач, осуществлять агроэкологический мониторинг в целом и его составные части как в масштабах страны, так и в отдельных регионах, носят дискуссионный характер. В тоже время экологический кризис и необходимость обеспечения населения качественным (экологически безопасным и биологически полноценным) продовольствием в достаточных объемах требуют незамедлительного решения этой задачи. Это касается и вопросов связанных с осуществлением земельной реформы, где отсутствует научное обеспечение мониторинга, т.к. разнообразный, обширный, но не систематизированный и полученный по разным методикам материал, рассредоточен по многочисленным производственным организациям и НИИ разной ведомственной подчиненности
Условия существования, развития и оценки функций болотных комплексов
Болота не всегда определяли облик Западно-Сибирской равнины и других областей, расположенных в умеренном и холодном поясах Земли. Они сейчас для равнинных областей этих поясов - наследие постледникового периода голоценовой истории. В тропическом и влажном субтропическом климате прошлых геологических эпох предпосылки для их существования сохранялись, очевидно, всегда - на всем протяжении периода жизнедеятельности биоты, продуцирующей органическое вещество. Таким образом, климатический фактор в этом процессе является определяющим для продуцирования и накопления органики. И залежи каустобиолитов - подтверждение этому. Но погребенное органическое вещество в недрах Земли неузнаваемо трансформировано в процессе катагенеза. Правда, при этом никогда не следует забывать весьма важное обстоятельство. С кардинального характера измеменими климата тесно коррелируют крупномасштабные колебания тектоно-магматической деятельности, интенсивности геофизических полей и космоземных взаимосвязей (Марчук, Кондратьев,!992). В результате таких взаимосвязей могут возникать и исчезать или очень существенно трансформироваться части материков и океанов, происходить «блуждание» полюсов и общие переполюсовкії на планете, осуществляться смены морской седиментации отложений на континентальный режим осадконакопления и т.д. Смещения полюсов - объективное явление, прослеживающееся и в близкой геологической истории, вследствие чего физико-географические зоны на планете очень резко меняют свое пространственное положение.
Например, отложения каменного угля (а это объективный показатель геосистем с теплым и влажным климатом, существовавшим ранее) зафиксированы в Антарктиде и Гренландии, они разрабатываются шахтным способом на Шпицбергене и в .Якутии. Все это показывает и на то, что геодинамические и климатические процессы тесно взаимосвязаны. Для Земли же характерны два полярных в глобальном климатическом плане режима: ледниковый и парниковый (межледниковый). Планета Земля, за последние 2,5 млрд. лет ее геологической истории, пятикратно испытывала ледниковый режим. Он существовал в следующих интервалах времени: 2,6 - 2,2 млрд., 770 (940) - 620, 450 - 400, 330 - 240 млн. и в последний раз установился в пределах Антарктиды около 38 млн. лет назад (Зубаков,1986). Гипотетическая і последовательность ледниковии и межледниковии за последний млрд. лет отражена на рисунке 3.1. По сведениям Н.М Чумакова (1986), безледниковый климат с теплой биосферой резко преобладал, составляя суммарно более 80 % фанерозойской геологической истории (последние 540 млн. лет) и более 90 % - протерозойской (от 2500 до 540 млн. лет назад). Возникновение и исчезновение ледников на Земле, а точнее появление и исчезновение криосферы в составе биосферы, приводило к качественному изменению внутренней структуры и связей биосферы, смене хода многих экзогенных процессов в ней, очевидно, в кризисном режиме. Особая роль в создании кризисных режимов в биосфере принадлежит части криосферы - гляциосфере. Весьма существенная для биоты черта гляциосферы - ее неустойчивость и очень резкие, практически скачкообразные, флуктуации разной периодичности и амплитуды. Это находит яркое отражение в гранареесиях и реірессимх океана, в наступлении и отступлении ледников, (рис. 3.2). В тоже время изменения уровня океана - этой своеобразной климатической кухни - связаны не только с глобальными изменениями климата.
Они в существенной степени зависят от геодинамических процессов, изменений скорости вращения Земли, осложняются упругостью и вязкостью земной коры и мантии, изменением формы геоида (Клиге,1978Д982; Клиге, Добровольский, 1982; Бадюков,1982; Дербишир, 1982; Кондратьев, Москаленко, 1984; The Oceans.. ,1991; Никитина,1992). Судьба значительной части болот Земли связана с циклами оледенений, поскольку в каждую ледниковую эпоху они сковываются льдом или погребены под ледяным покровом. Поэтому и географическое распределение топей - болот и заболоченных земель - соответствует очертаниям регионов, подвергшимся оледенению. При этом, мы считаем необходимым отметить важное обстоятельство. Как известно, деятельную толщу болот составляют многочисленные виды мхов - одних из древнейших обитателей земной суши. Оказалось, что некоторые из них способны фотосинтезировать даже при двадцатисантиметровом слое снега и температуре до -20 градусов Цельсия (Рябицев и др., 1991), Это свидетельствует о высоких адаптационных способностях мхов и их пластичности по отношению к меняющимся условиям среды, что было выработано при ледниково-межледниковых циклах. В последние годы получается все больше подтверждений о жизнеспособности микроорганизмов в литосфере до больших глубин. Вечномерзлые осадки полярных областей Земли также содержат значительное количество жизнеспособных микроорганизмов. Общее число бактерий в образцах различного литологического и химического состава, возраста и генезиса колеблется от 10 до 10 колониеобразующих единиц на 1г грунта (КОЕ/г). Для почв их содержание обычно на порядок выше - 10S-10 J КОЕ/г. В мерзлых и немерзлых осадочных породах содержание микроорганизмов одинаково, т.е. устойчиво низкие температуры следует рассматривать не как экстремальный, а как стабилизирующий фактор, обеспечивающий поддержание жизнеспособности клеток (Воробьева и др.,1997). Оказывается, что из составляющих криосферы именно криолитосфера (прочно сцементированные льдом тонкодисперсные осадочные породы и погребенные среди них палеопочвы и торфяники) обладает условиями для сохранения микроорганизмов. Поэтому криолитосфера служит оптимальным природным объектом для биоэволюционных постоений в местообитаниях с отрицательной температурой.
