Введение к работе
Актуальность исследований
В настоящее время соостояние биосферы становится важнейшим эколого-экономическим индикатором макроэкономического развития регионов. Мировое сообщество ориентируется на адекватный учет не только экономических и социальных, но и экологических показателей развития. В связи с возрастающей угрозой деградации природы и полной ассимиляции экономических, социальных и экологических проблем на первый план выдвигается необходимость межгосударственного взаимодействия, учитывающего «экосистемные услуги» некоторых стран, в том числе и России (Тишков, 2005).
В этой связи актуальным становится поиск интегральных мониторинговых показателей оценки биосферных фукнций природных экосистем. С точки зрения эколого-экономических показателей, характеризующих структуру и функционирование экосистем, на первый план выходят параметры почвенного плодородия и продуктивности растительного покрова, которые в течение длительного времени изучались с позиции биосферных и средообразующих функций (Базилевич, 1983, 1993).
Пристальное внимание, которое уделяется сейчас проблеме изменения продуктивности растительного покрова, связано также с глобальной трансформацией климата. В то же время антропогенная трансформация экосистем, связанная в основном с изменениями в структуре землепользования и влиянием человека на плодородие почв, развивается в значительной мере независимо от климатических процессов и способна кардинально повлиять на продуктивность растительного покрова не только на локальном, но на региональном и даже на глобальном уровнях.
Актуальной является комплексная оценка состояния продукционного
потенциала экосистем и их почвенного покрова, которую можно
осуществлять путем обработки космических снимков совместно с
использованием комплексных характеристик функционирования
экосистем, что позволяет обеспечить высокий уровень достоверности, регулярности и оперативности мониторинговых оценок.
Цель работы
Разработка концепции и методологии определения почвенно-продукционного потенциала на основе бассейнового подхода с
использованием данных дистанционного зондирования для сохранения экосистемного разнообразия и рационализации природопользования.
Основные задачи исследований:
1 .Разработать методологию и методику комплексной оценки почвенно-продукционного потенциала речных бассейнов с использованием наземных данных и дистанционного зондирования.
2. Оценить информативность материалов дистанционного
зондирования для определения почвенно-продукционного потенциала при
организации экологического мониторинга.
3. Выявить взаимосвязи структуры землепользования с показателями
продуктивности и запасами фитомассы экосистем речных бассейнов.
4. Дать комплексную сравнительную характеристику почвенно-
продукционного потенциала речных бассейнов различных порядков.
5.Разработать математическую модель стационарных состояний системы «фитоценоз - почва» для определения параметров устойчивых состояний бассейновых экосистем и их потенциальных возможностей.
6.Обосновать выбор малого модельного речного бассейна для почвенно-экологического мониторинга в пределах крупного речного бассейна.
7.Провести сравнительный анализ структуры землепользования и почвенно-продукционного потенциала речных бассейнов Европейской части России.
Научная новизна исследований
Разработана концепция и предложена методика расчета почвенно-продукционного потенциала для оценки состояния бассейновых экосистем с использованием наземных и дистанционных данных. Почвенно-продукционный потенциал позволяет оценить средний многолетний ресурс территории для производства фитомассы естественных и природно-антропогенных экосистем. Обосновано использование вегетационного индекса, определяемого по данным дистанционного зондирования, для мониторинга пространственно-временной изменчивости почвенно-продукционного потенциала и сравнительной оценки состояния экосистем. Вегетационный индекс отражает состояние вегетации на конкретный момент времени с учетом свойств почв. Таким образом, почвенно-продукционный потенциал комплексно характеризует условия воспроизводства растительной продукции в экосистеме.
Выполнен анализ почвенно-продукционного потенциала для речных бассейнов Европейской части территории России. Предложен алгоритм
выбора модельного речного бассейна малой реки для оценки почвенно-продукционного потенциала крупных речных бассейнов.
Показана возможность построения на основе бассейнового подхода
стационарных функциональных моделей, устанавливающих связь между
макропараметрами состояния системы «фитоценоз - почва», а также
определения индекса почвенно-продукционного потенциала,
характеризующего степень использования экосистемой почвенно-биоклиматических условий в рассматриваемый момент времени.
Практическая значимость и реализация работы
Впервые для экологической характеристики и мониторинга экосистем речных бассейнов предлагается использовать комплексный показатель почвенно-продукционного потенциала, который характеризует состояние почвенно-растительного покрова и факторы, на него влияющие, на основе оперативных данных дистанционного мониторинга и обобщения многолетних сведений. В качестве динамичного мониторингового показателя почвенно-продукционного потенциала предложено использовать значение вегетационного индекса (NDVI). Выполнен анализ почвенно-продукционного потенциала для речных бассейнов Европейской части России и показана его пространственно-временная изменчивость. Разработаны рекомендации по выбору наиболее типичных речных бассейнов, которые могут использоваться в качестве ключевых участков в экологическом мониторинге по показателю почвенно-продукционного потенциала бассейна реки Клязьмы.
Защищаемые положения:
1 .Почвенно-продукционный потенциал (111111) количественно характеризует способность природных или антропогенных экосистем в определенных почвенно-биоклиматических условиях воспроизводить продукцию (фитомассу).
2.Для почвенно-продукционной характеристики экосистем в определенный момент времени и для проведения мониторинговых исследований целесообразно использовать показатель вегетационного индекса (NDVI), определяемый по данным дистанционного зондирования.
3.Речные бассейны рассматриваются как фундаментальные биосферные геосистемы, в пределах которых с учетом зональных особенностей определяются и оцениваются параметры почвенно-продукционного потенциала.
4.Предложенные функциональные математические модели позволяют количественно характеризовать соотношения между лесными и луговыми
фитоценозами при определенных стационарных состояниях почвенного и растительного покровов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международных научно-практических конференциях «Экология речных бассейнов», 1999, 2002, 2005, 2007, 2009; Всероссийской научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами» г. Муром, 2001; Fifth Int. Conference On Urban Climate, Lodz, 2003; EUROSOIL 2004 Freiburg Germany, 2004; IV и V съездах Докучаевского общества почвоведов, 2004,2008; Second Workshop of the ERQ Sel SiG on Remote Sensing of Long Use and Long Cover, Bonn, 2006; 4th International Conference on Soils Urban Industrial, Traffic and Mining Areas, Nanjing, China, 2007; Eurosoil 2008. Soil-Society-Environment, 2008, Vienna, Austria; Научно-практической конференции «Экология Владимирского региона», 2008; The Fifth International Conference on Environmental Science and Technology, Houston, USA, 2010; Международной научно-практической конференции «Экология регионов», Владимир, 2010.
Результаты исследований используются на факультете химии и экологии Владимирского государственного университета при чтении лекций по курсам «Аэрокосмические методы в экологических исследованиях», «Экология».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 56 работ, в том числе 2 монографии, 2 свидетельства о государственной регистрации базы данных.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 363 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, заключения и приложений, включает 31 таблицу и 79 рисунков. Список цитируемой литературы насчитывает 415 наименований, из которых 64 на иностранных языках.
Благодарности. Автор выражает особую признательность своему научному консультанту доктору биологических наук, профессору Татьяне Анатольевне Трифоновой за ценные советы, рекомендации и постоянное пристальное внимание к работе. Автор признателен за поддержку идей, методическую помощь и обсуждение результатов к.т.н, профессору Селивановой Нине Васильевне, к.х.н., доценту Ширкину Леониду Алексеевичу, к.б.н. Щербенко Елене Владимировне, также благодарен всем сотрудникам кафедры экологии Владимирского государственного университета и кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова за помощь, оказанную в работе.
