Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние лавдщафтной индикации при мелиоративной оценке земель 12
1.1. Обзор индикационных исследований 12
1.2. Теоретические основы ландшафтной индикации для целей мелиорации 26
Глава 2. Основные факторы ландшафтной дифференциации предалтайских равнин 34
2.1. Геолого-геоморфологическое строение 34
2.2. Гидрогеологические условия и гидрография 45
2.3. Климат.. 49
2.4. Почвенный и растительный покров 54
2.5. Ландшафтная дифференциагдия и региональные черты ландшафтной структуры 57
Глава 3. Ландшафтная индикация условий мелиорации 70
3.1. Методика исследований 70
3.2. Морфологическая структура ландшафтов 77
3.3. Ландшафтно-индикационные связи 103
3.4. Интерпретация ландшафтно-индикационных карт при оценке земель для целей мелиорации 163
Заключение 185
Литература 192
Приложения 221
- Теоретические основы ландшафтной индикации для целей мелиорации
- Гидрогеологические условия и гидрография
- Ландшафтная дифференциагдия и региональные черты ландшафтной структуры
- Интерпретация ландшафтно-индикационных карт при оценке земель для целей мелиорации
Введение к работе
26 съезд Коммунистической партии Советского Союза поставил задачу надежного обеспечения страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем. При решении Продовольственной программы важнейшая роль отводится интенсификации сельскохозяйственного производства на базе широкой мелиорации земель. Только за годы П-й пятилетки предусмотрено дополнительное орошение около 3,4-3,6 млн.га сельхозугодий (Материалы ХХУІ съезда КПСС, стр. 163,167).
23 октября 1984 г. Пленум ЦК КПСС рассмотрел вопрос "О долговременной программе мелиорации, повышении эффективности использования мелиорированных земель в целях устойчивого наращивания продовольственного фонда страны" и принял постановление, в котором важным направлением считается "осуществление комплекса мелиоративных работ...в Сибири..." и значительное повышение научной обоснованности регионального перераспределения и рационального использования водных ресурсов, забота об охране окружающей среды.
Алтайский край является важным производителем зерна в РСФСР и ведущим сельскохозяйственным районом Западной Сибири. В 10-й пятилетке здесь получено 36% валового сбора зерна региона (Кондратьев, 1982). В крае насчитывается около 7 млн.га пашни, и уже сейчас земельные ресурсы, не вовлеченные в сельскохозяйственный оборот, практически исчерпаны. Дальнейшее развитие сельского хозяйства без мелиорации невозможно, особенно, если учесть, что большая часть территории края расположена в области рискованного земледелия и страдает от регулярных засух, нередко катастрофических. Недобор продукции в стоимостном выражении в засушливые годы достигает I млрд.рублей (Процюк, 1982).
В 1983 г. Политбюро ЦК КПСС обсудило подготовленные Советом I. Правда, 1984, 24 октября, с.4.
_4-
Министров СССР предложения об ускорении строительства в Алтайском крае оросительных систем для увеличения производства зерна
и создания зон гарантированного производства высокоурожайных кор-
I мовых культур .
Общий мелиоративный фонд в крае составляет 2,15 млн.га, из
них около 1,6 млн.га приходится на наиболее засушливые районы
Кулундинской низменности. В настоящее время площадь мелиорирован-
ных земель не превышает 116 тыс.га .
Как показывают расчеты, планируемый рост продукции сельскохозяйственного производства к 1990 г. может быть достигнут только благодаря расширению площади регулярного орошения до 466 тыс. га и лиманного - 77 тыс.га (к 2000 г. соответственно 1350 и 132 тыс.га). На ряде крупных объектов уже завершены или ведутся строительные работы. Среди них - Гилевское водохранилище на р.Алей объемом 470 млн.м3, Алейская оросительная система (П очередь) -21,6 тыс.га, Бурлинская оросительная система - 10 тыс.га, Кулун-динский канал для водоснабжения Новотроицкого и Златополинского и массивов попутного орошения на общей площади более 30 тыс.га.
Составлено технико-экономическое обоснование на оросительные системы: Чарыш-Алейскую - 120 тыс.га, Барнаульскую - 355 тыс.га, Шелаболихинскую - 210 тыс.га, Кулундинскую - 600 тыс.га (на базе реконструированного Кулундинского канала) и ряд других.
Перечень только основных объектов говорит о масштабности мелиоративного переустройства территории. В связи с этим возникает ряд проблем, связанных с оперативностью и стоимостью мелиоративной оценки земель. Традиционные методы изысканий требуют значительных затрат времени и средств, затрудняющих своевременную и качественную мелиоративную оценку территорий. Важной проблемой становится прогноз изменения природных условий под влияни-
Правда, 1983, 26 марта.
Алтайская правда, 1983, II июня.
-b-
ем мелиорации. Опыт эксплуатации существующих каналов, водоемов, массивов орошения показал, что нарушение сложившегося в природе равновесия может привести к нежелательным последствиям, в т.ч. вторичному засолению почв, подтоплению, заболачиванию и т.д. Поэтому необходим долгосрочный научно обоснованный прогноз для выбора оптимальных вариантов мелиорации, включая площадной, качественный и количественный аспекты. Одним из перспективных подходов в решении поставленных вопросов является ландшафтно-индикаци-онный метод исследований.
Первоочередным районом мелиоративного освоения является Ку-лундинская низменность. Она обладает большим мелиоративным фондом земель, отличается засушливостью. В связи с отсутствием опыта массового орошения сухих степей Западной Сибири, в Кулундин-ской степи создаются 2 опытно-производственных массива орошения по 10 тыс.га каждый ((Новотроицкий и Златополинский) с подачей воды по Кулундинскому каналу протяженностью 182 км.
Канал начинается в районе г.Камня-на-Оби (рис.1), откуда вода самотеком поступает из обской протоки Каменская Суева к насосной станции первого подъема. Далее вода идет по подводящему 30-километровому каналу, проложенному по поверхности 2-й надпойменной террасы р.Оби до насосной станции 2-го подъема в районе с.Плотникове Самотечный магистральный канал длиной 150 км от насосной станции 2-го подъема проходит по склону Нижне-Кулундин-ской ложбины древнего стока, склону Приобского плато и Кулундин-ской озерно-аллювиальной равнине и заканчивается у с.Новотроицкое, где разветвляется на 2 межхозяйственных распределительных канала, подающих воду на Новотроицкий и Златополинский массивы орошения.
В сфере влияния канала находятся 7 районов края, 748 тыс.га площади, в т.ч. 413 тыс.га пашни. Зона влияния определяется раз-
ЕЬ ЕЬ ЕЗз S ИШк И ^т ЕЕЬ
Рис. I. Район исследований (основа - схема расположения геоморфологических областей Юго-Востока Западно-Сибирской платформы, по Г.В.Занину, 1958; О.МДцаменко, 1974, 1976).
Границы: I - юго-восточная Западно-Сибирской платформы, 2 - структур 3-го порядка, 3 - апикальных частей погребенных положительных структур; геоморфологические области: 4 - Кулундинская низменность, о - Приобское плато, б - Обская долина, 7 - Обь-Чумышское плато; 8 - трасса Кулундинского канала.
мерами геотехнической системы, включающей сам канал, разветвленную сеть гидротехнических сооружений, опытно-производственные массивы и массивы попутного орошения (Булатов, Винокуров, 1983),а также прилегающие территории, влияние на которые будет ощущаться через изменение режима грунтовых вод, поверхностного стока и мик-ро-климатических колебаний, обусловленные мелиорацией.
Учитывая важность проблеме! и репрезентативность рассматриваемой территории для степей и лесостепей Юга Западной Сибири, зона непосредственного влияния Кулундинского канала площадью 432 тыс.га выбрана в качестве природного полигона, на котором отрабатываются методические подходы ландшафтно-индикационной оценки мелиоративных условий и экстраполяции индикационных зависимостей с конкретного объекта на ландшафтные аналоги обширного региона, вовлекаемого в массовое мелиоративное освоение,изучается влияние мелиорации на природную среду с целью разработки природоохранных мероприятий, выполняются и проверяются прогнозные построения.
В настоящее время наиболее разработаны приемы ландшафтной индикации инженерно-геологических и гидро-геологических условий для аридных областей страны, преимущественно в мелких и средних масштабах. Ландшафтно-индикационные исследования крупного масштаба для целей мелиорации в условиях степи и лесостепи Западной Сибири до настоящего времени не получили широкого распространения. Одной из причин является отсутствие единой методики, которая включала бы весь цикл работ от создания ландшафтной основы до практического применения ландшафтно-индикационных данных для решения вопросов мелиорации земель.
Цель диссертации - опираясь на принципы системного подхода к изучению ландшафтов, разработать методические основы ландшафтно-индикационных исследований при подготовке к мелиорации земель
и, используя выработанную методику, оценить условия мелиорации в зоне влияния Кулундинского канала.
Заметим, что термин "ландшафт" используется наїли применительно к природным образованиям любого таксономического ранга (Миль-ков, 1970) как синоним терминов "природно-территориальный комплекс" ШТЮ,"природный комплекс" (ПК), "геосистема" (ГС).
В соответствии со сформулированной целью автором были поставлены следующие основные задачи:
выработка формализованных принципов создания ландшафтной основы изучаемых территорий (региональный и топический уровни) и ландшафтное картирование зоны канала и ключевых участков,
изучение и индикационная интерпретация морфологической структуры ландшафтов,
выявление ландшафтно-индикационных взаимосвязей между индикаторами и индикатами и их экстраполяция на ландшафты-аналоги в степной и лесостепной зонах Западной Сибири,
индикационная оценка ландшафтно-мелиоративных условий зоны канала в крупном масштабе.
В качестве предмета защиты выдвигается методика ландшафтно-индикационных исследований для оценки условий мелиорации и результаты применения ее при изучении конкретного объекта - зоны влияния Кулундинского канала.
Основные элементы методики и совокупность решаемых вопросов в обобщенном виде формулируются следующим образом:
анализ вертикальных (межкомпонентных) взаимосвязей - инвентаризация ПТК и оценка современного состояния природной среды;
изучение морфологической структуры - а) качественная оценка сложности мелиоративного освоения территории, б) экстраполяция ландшафтно-индикационных данных, в) прогноз спонтанного развития ландшафтной структуры и природных условий в целом через
историко-генетический анализ ПТК;
3) сопряженный анализ структуры и вертикальных взаимосвязей -а) оценка природно-мелиоративных условий в разрезе ПТК (ландшафт-но-мелиоративные условия), б) прогноз развития ПТК под влиянием мелиорации.
Таким образом, научная новизна работы заключается в том, что*.
в основу методики ландшафтно-индикационной оценки условий мелиорации положен принцип сопряженного анализа вертикальных (межкомпонентных) и горизонтальных (структурных) взаимосвязей в ландшафтах ;
для создания ландшафтной основы выполнен системный анализ геолого-геоморфологического строения равнин Алтайского края и впервые для территории изучаемого объекта составлена крупномасштабная ландшафтно-индикационная карта и серия прикладных карт;
оценка условий мелиорации земель в зоне Кулундинского канала осуществлена на ландшафтно-индикационной основе.
Диссертационная работа выполнена по плану научно-исследовательских работ Института географии СО АН СССР в рамках темы: "Прогноз изменений природных условий и оптимизация природной среды в связи с внутрибассейновым перераспределением водных ресурсов Западной Сибири" (Пост.ГКНТ L" 475/251/131 от 12,12.80г. 085.06.HI; РАН № 10103-346 от 26.02.81г.; программа "Сибирь" 4.I.I.I.; гос.per. №81040324), ответственным исполнителем которой является автор. Лично автором, наряду с методическим руководством работами, выполнены следующие исследования, результаты которых положены в основу диссертации:
I) разработка схемы ландшафтной дифференциации Алтайских равнин на основе анализа рельефа и других ландшафтообразующих факторов;
ландшафтное картирование ключевых участков в масштабе 1:25000 (48,9 тыс.га) и зоны влияния Кулундинского канала в масштабе 1:100 000 (432 тыс.га);
анализ морфологической структуры ландшафтов и ее индикационная интерпретация;
разработка схем маршрутов, организация и выполнение их для комплексного изучения компонентов геосистем, описание более 60% точек физико-географических наблюдений (физиономические компоненты , процессы);
анализ ландшафтно-индикационных связей, экстраполяция их на ландшафты-аналоги;
интерпретация ландшафтно-индикационных карт в прикладные различного содержания;
разработка способов и прогноз спонтанного развития геосистем и под антропогенным влиянием.
Для характеристики деципиентных компонентов природных комплексов привлечены материалы отраслевых исследований Лаборатории экологии и сторонних организаций (институты Алтайгипроводхоз, Алтайгипросельхозстрой, трест АлтайТиСИЗ и др.).
Результаты ландшафтно-индикационных исследований вошли в состав научных отчетов по темам "Оценка природно-мелиоративных условий зоны влияния Кулундинского канала и прогноз их изменений" (1983) и "Ландшафтно-индикационная оценка изменений природных условий по Кулундинской трассе переброски (на основе полустационарных наблюдений в зоне строящегося Кулундинского канала)" (1984г.) и были использованы при обосновании схемы развития мелиорации в Алтайском крае до 2000 года, обосновании Алтайской водно-балансовой станции, Барнаульской оросительной системы,разработке разделов охраны природы двух массивов орошения в Тюмен-цевском районе, подготовке заключения по ТЭ0 переброски части
-II-
стока сибирских рек (Алтайский вариант), изысканиях трасс групповых водопроводов в зоне канала. Конкретные рекомендации по поч-венно-мелиоративным и природоохранным мероприятиям рассмотрены управлением мелиорации и водного хозяйства Алтайского крайисполкома и используются в проектных институтах Алтайгипроводхоз, Лен-гипроводхоз, управлении эксплуатации оросительных систем.
Отдельные положения диссертации были доложены на УП съезде ГО СССР (Фрунзе, 1980), 2 Всесоюзных конференциях: по развитию производительных сил Сибири (Новосибирск, 1980) и УІ конференции по проблемам мелиоративной географии (Пермь, 1983)), 2 Всесоюзных совещаниях: по методам моделирования изменений природных условий при перераспределении водных ресурсов и основным направлениям в развитии геоморфологической теории (Новосибирск, 1982), УП Совещании географов Сибири и Дальнего Востока и картографической конференции (Иркутск, 1982, 1983) и б научно-практических конференциях (Барнаул, 1978, 1981, 1982, 1983; Камень-на-Оби, 1982).
По теме диссертации опубликовано 20 работ, в т.ч. 4 статьи (3,4 п.л.) и тезисы 16 докладов (2 п.л.).
Успешному проведению многоплановой работы в значительной мере способствовала поддержка коллег по Алтайской лаборатории экологии, которые принимали участие в экспедиционных исследованиях и камеральной обработке материалов - Л.Н.Пурдика, В.И.Булатова, Т.Ф.Цимбалей, С.Б.Смирнова, Л.К.Акарачкиной, Т.А.Пудовкиной, В.В.Моргунова, В.Й.Кошелева, Н.И.Агафоновой, при оформлении диссертации большую помощь оказали Н.И.Марфутина, З.А.Отводникова, С.И.Курганова и другие товарищи по работе. Всем им автор искренне признателен.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату географических наук Ю.И.Винокурову за научное руководство работой.
ГЛЛВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЛАНДШАФТНОЙ ИЩЩАЦИИ ПРИ МЕЛИОРАТИВНОЙ ОЦЕНКЕ ЗЕМЕЛЬ
І.І. Обзор индикационных исследований
В основу индикационного метода положены эмпирически установленные взаимосвязи между отдельными компонентами природной среды (литогенной основой, формами проявления ее на дневной поверхности, климатом, почвами, растительностью, грунтовыми водами и т.д.), которые позволяют по одним, легко наблюдаемым компонентам, называемым С.В.Викторовым физиономическими, определять другие, недоступные прямому наблюдению (деципиентные, по: Викторов, 1973), т.е. индицировать последние, не привлекая специальных исследований. Так сложилось представление об индикаторах - физиономических элементах природной среды и индикатах, т.е. объектах индикации, лежащих за пределами прямых наблюдений (Викторов, Востокова, Вышив-кин, 1962, 1979; Викторов, 1973).
Первые упоминания о связи растительности с подземными водами встречаются уже в трудах римского ученого и архитектора Витрувия Поллиона (Викторов, Востокова, Вышивкин, 1959). В русской географии представления о связях и взаимообусловленности природных явлений начали складываться в ХУШ столетии и отражены в работах В.Н.Татищева, И.Г.Гмелина, С.П.Крашенинникова, П.С.Палласа и многих других ученых (Сухова, 1981). Накопленный к концу XIX столетия материал позволил Е.В.Докучаеву сформулировать идею природного комплекса, в котором "все важнейшие физико-географические и естественно-исторические элементы...территории находятся между собой в постоянной генетической связи" (1949, с.388-389). Эти представления дали ему возможность.предсказать в 1898 г. развитие в Закавказье определенных типов почв, учитывая характер климата,
растительности и особенности орографии территории. В настоящее время наиболее разработаны и получили широкое распространение индикация инженерно-геологических и гидрогеологических условий и экзогенных процессов, индикационные методы поисков грунтовых вод и других полезных ископаемых. Обобщающие сводки по ним, систематизация и разработка основных представлений и теоретических вопросов индикационных исследований даны в работах С.В.Викторова (1955; 1980), С.В.Викторова, Е.А.Востоковой, Д.Д.Вышивкина (1959, 1962), С.В.Викторова, Е.А.Востоковой (1961), Б.В.Виноградова (1964), С.В.Викторова, Е.А.Востоковой, В.И.Турманиной (1970), А.В.Садова, А.Л.Ревзон (1974), А.В.Садова (1975, 1978), С.В.Викторова, С.П.Гудак, М.Ф.Козлова и др. (1979), Ю.И.Винокурова (1980), Ю.М.Обуховского (1980) и т.д.
Общее направление развития ландшафтной индикации шло от частных индикаторов к комплексным (Воронов, 1976). В первую очередь утвердилась геоботаническая индикация, истоки современных представлений которой, как показал С.В.Викторов (1977), уходят в прошлое столетие и связаны с именами А.И.Краснова, П.А.Костычева, А.М.Коржинского и других исследователей. Позднее для индикации инженерно-геологических и тектонических условий стали использоваться формы рельефа дневной поверхности (геоморфологическая индикация). Идея комплексной ландшафтной индикации, развитая С.В.Викторовым (1962, 1966, 1967а), основана на использовании в качестве индикатора не отдельных компонентов природных комплексов, а их легко наблюдаемых внешних черт, включая обычно элементы рельефа, растительные сообщества и иногда почвенный покров, которые образуют эктоярус (Викторов, Чикишев, 1976) ландшафта и могут быть опознаны на аэрофотоснимках (АФС) или космических фотоснимках (КФС).
Касаясь изучения аридных областей, С.В.Викторов (1976а) ука-
зывает, что "объектами индикации при исследованиях в районах орошения и обводнения...чаще всего являются гранулометрический состав грунтов, их засоленность, глубина залегания и минерализация грунтовых вод" (с.5), т.е. элементы гидрогеологического и инженерно-геологического строения, о которых шла речь выше. Замечание С.В.Викторова касается аридных областей, но его в равной мере можно отнести и к другим природным зонам.
При мелиоративной оценке земель нашли применение как частные, так и комплексные ландшафтные индикаторы, особенности которых рассматриваются ниже.
Геоботаническая индикация в первую очередь получила развитие в связи с изучением почвенного покрова, и особенно его засоления. Этим вопросам посвящены работы Б.А.Келлера (1912, 1928), К.К.Лийдемана (1925), Б.В.Федорова (1964), Д.Д.Вышивкина (1949, 1955, 1957), Н.И.Акжигитовой (1958), С.В.Викторова (I960), Д.Д.Вышивкина и О.П.Добродеева (1965), Э.Атаева (1967, 1969, 1981), А.Бахиева (1979), Растительные индикаторы... (1964) и многие другие. С.В.Викторов (1977) считает, что Б.А.Келлеру принадлежит первая попытка создания экологического справочника, позволяющего индицировать засоление почв, а также почвооб-разующих пород. Позднее Б.А.Келлер указывал на возможность индикации не только факта засоления почв, но и выделял экологические ряды растительных ассоциаций в связи с разной степенью засоления почв (1928).
Важным направлением геоботанической индикации является изучение типов почв. Одним из первых такие исследования начал проводить на лиманных лугах в дельте р.Урал И.В.Ларин, который опубликовал в 1926 г. индикационный справочник. Впоследствии справочник был дополнен и переиздан (1953). Вопрос индикации почв рассматривается в работах В.Н.Баландина (1936а), Н.Н.Преображенской
-Ib-и А.Д.Айвазян (1976), А.Д.Айвазян и Н.Н.Преображенской (1979) и др. Установлено, что набор растительных сообществ уверенно индицирует тип почв, на уровне почвенных видов и разновидностей индикационные связи ослабевают, и необходимо переходить к анализу видового состава сообщества.
Геоботаническая индикация успешно применяется при оценке условий увлажнения почв (Баландин, 1936а), степени увлажнения местообитаний при изучении влияния осушительных мелиоративных систем на прилегающие территории (Сперанская, 1983), механического состава (Ильина, Любимова, Фридланд, 1979; Атаев, 1981), водно-физических свойств, водного режима и оглеения (Ильина, Любимова, Фридланд, 1979), типа водообмена через зону аэрации (Ларичева, 1979), заболачивания (Абрамова, 1964) и т.д. В качестве индикаторов используются растительные ассоциации, доминирующие и характерные виды, структура ценозов, видовой состав в целом. Большой обзор, в котором подробно рассматриваются вопросы геоботанической индикации для оценки почвенного покрова в аридных условиях, выполнен С.В.Викторовым (1974).
Широкое развитие получила геоботаническая индикация уровня и минерализации грунтовых вод, наиболее полно для поисковых целей разработанная Е.А.Востоковой (1953, 1955, 1961, 1963, 1967а,б и др.). Непосредственно для мелиорации земель такие исследования выполнялись А.Бахиевым (1979), Э.А.Атаевым (1981). На основании анализа структуры растительного покрова возможна оценка перспектив сельскохозяйственного освоения земель (Атаев, Бердыев, Викторов и др., 1977; Атаев, Бердыев, 1978). Еще раньше, учитывая высокие индикационные возможности фитоценозов для картирования не-однородностей пойменных и дельтовых лугов при подготовке их мелиорации, В.Н.Баландин (19366) указывал на необходимость размещения сети гидрогеологических скважин в соответствии с результатами гео-
ботанических исследований.
Значительному развитию метода геоботанической индикации способствовала разработка понятия об эколого-генетических рядах растительных сообществ (Дохман, 1936), представляющих собой развернутые в пространстве сукцессионные ряды. Индикация статических ситуаций дополняется индикацией динамики, эволюционного развития природной среды, проявления и развития различных процессов спонтанного и антропогенного характера. Все это позволяет осуществлять прогнозные построения, необходимые при мелиоративном строительстве. Вопросам геоботанической индикации природных процессов посвящены работы С.В.Викторова (1972а, 1979 и др.), Ф.Н.Чалидзе (1972), С.В.Викторова, М.Т.Илюшиной и И.В.Кузьминой (1970), В.В.Красникова и Н.И.Назаровой (1972), М.Т.Илюшиной (1976), Ф.Н.Чалидзе и Е.А.Панадиади (1976), Э.А.Атаева (1976), И.В.Кузьминой и Л.М.Островской (1980) и ряд других.
Индикаторами в разных случаях являются отдельные виды растений, в частности при индикации приканальных линз подземных вод в бассейне р.Аму-Дарьи, но чаще - растительные сообщества и их эколого-генетические ряды. Ф.Н.Чалидзе отмечает недостаточность частного индикатора и анализирует эволюцию растительного покрова в увязке с особенностями почвенных условий и литологического строения. Практический интерес представляет введенное С.В.Викторовым (1972а) понятие об экологической стабильности территории, которая оценивается на основе изучения некоторых растительных комплексов. Она позволяет предвидеть возможные направления развития территории или отдельных природных процессов под влиянием изменившихся внешних условий. Обращается внимание на возможность и необходимость как предваряющей индикации мелиоративного состояния земель по характеру растительного покрова, так и сопутствующей - по его изменению, направленной на своевременное обнаруже-
-17-ние возможных нежелательных явлений. При этом выделяется две морфологические части мелиоративного ландшафта (неоландшафты, по Ф.Н.Милькову): первая - зона непосредственного воздействия мелиорации, в частности, водных, и вторая - зона непреднамеренного влияния мелиоративных мероприятий, охватывающая прилегающие к объекту территории. Ф.Н.Чалидзе и Е.А.Панадиади (1976) считают, что развитие процессов в упомянутых зонах может индицироваться соответственно по состоянию агрофитоценозов и сукцессионным сменам синузий сорняков и на основании изучения эколого-генетичес-ких рядов естественных фитоценозов.
Разновидностью геоботанической индикации является разрабатываемый в последние годы метод дендроиндикации метеорологических условий прошлого (Ковалев, Мирка, 1983), с помощью которого изучаются тенденции изменения климатических условий в районах мелиорации, учитываемые при разработке долгосрочных прогнозов развития мелиоративных систем.
Геоморфологическая индикация нашла широкое применение при изучении геологических и инженерно-геологических условий, тектоники и неотектоники, процессов релье-фообразования, поисках полезных ископаемых, хотя, как отмечает Ю.И.Винокуров (1980), теоретические основы индикационного геоморфологического направления разработаны значительно слабее по сравнению с геоботанической индикацией. Геоморфологической индикации инженерно-геологического строения посвящены работы Л.Й.Плинка (1957), Т.В.Звонковой (1959), Е.С.Мельникова, Л.Н.Тагуновой и Л.И.Вейсман (1966), И.К.Абросимова (1971) и др.
В практике мелиоративной оценки земель рельефу отводится одно из ведущих мест, поскольку его строение, особенности микро-и наноформ, происхождение и динамика в значительной мере влияют на возможность, условия и характер мелиоративных мероприятий и
-18-в первую очередь водных мелиорации.
Рельеф, таким образом, является индикатором общемелиоративных условий территории (Мамай, Спиридонов, Цесельчук, 1980; Раль-ко, 1982 и др.), а типы рельефа и геоморфологических структур прямо или косвенно определяют типы, структуру и продуктивность земель в силу того, что рельеф тесно связан с геологическим строением и оказывает большое влияние на формирование грунтовых и поверхностных вод, почвенно-растительный покров, эрозионные процессы и т.д. Благодаря устойчивым взаимосвязям между упомянутыми компонентами ландшафта, рельеф используется для индикации (через морфометрический анализ) геологического строения зоны аэрации и прогноза развития физико-геологических явлений спонтанного характера и под влиянием мелиорации (Сулакшина, Цоцур, Емельянова, 1979), характера и степени увлажнения, поверхностного стока и дре-нированности территории (Сомова, 1979), индикации глубины залегания, минерализации, химического состава грунтовых вод, обнаружения зон разгрузки и характера их перетоков (Назарова, 1979). Дз.К.Апаля (1979) приводит примеры индикации микроклимата и физических свойств почв, в т.ч. максимальной и минимальной .температуры воздуха на поверхности почв, температуры верхнего горизонта почвы, влажности воздуха на разных высотах, максимальной и минимальной влажности почвы. На основании массовых определений этих параметров для разных элементов рельефа строятся соответству-рэщие индикационные шкалы. Интересные работы по галоиндикацион-ному районированию равнин Алтайского края, Северного Казахстана по условиям миграции селей в связи с различными геоморфологическими и климатическими условиями выполнены Д.Д.Вышивкиным (1975, 1979). Он отмечает, что наиболее устойчивы к мелиоративному воздействию элювиальные ландшафты водоразделов, мелиорация аккумулятивных ландшафтов замкнутых депрессий затруднена, а ландшафты
-19-с местным перераспределением солей весьма неустойчивы при мелиорации в связи с возможностью развития процессов вторичного засоления .
В практике мелиоративных исследований находит применение еще целый рад частных индикаторов. При мелиорации земель в засушливых районах, особенно в полупустынных и пустынных, используются следы хозяйственной деятельности человека в далеком прошлом (Викторов, 19676, 19726, 19766; Алланиязов, 1979). В качестве индикаторов площадей прежнего интенсивного земледелия или выпаса скота служат остатки зданий и земляных сооружений, старые караванные дороги, пастбищные стоянки, следы оросительных систем, водохранилищ и т.д. По характеру структуры почвенного покрова подовых , понижений лессовидных равнин, хорошо опознаваемой на АФС, индицируются инженерно-геологические условия (Назарова, 1976). Индикация возможна на освоенных территориях. Для общей оценки природного качества земель и возможности или путей их улучшения используются следы и характер эрозионных процессов (Прока, Аникин, Брагинский, 1978). Наконец, при индикации процессов опустынивания территории, изменяющих мелиоративные качества земель, применяются три группы индикаторов, представляющих собой своеобразные сочетания отдельных компонентов и свойств ПІК, включая и деципиент-ные, а также особенностей хозяйственной деятельности, диктуемой природной обстановкой: I- физические индикаторы (степень засоления и выщелачивания почв, уровень грунтовых вод и их качество, мощность корнеобитаемого слоя и т.д.), 2 - биологические индикаторы (густота, распределение и видовой состав растительного покрова, возрастной спектр ценопопуляций, биомасса, животный мир) и 3 - социальные индикаторы (виды земледелия и хозяйственной деятельности, принципы районной планировки, структура населенных пунктов, структура населения и т.д.) (Опыт..., 1981).
-.20-
Ландшафтная индика ция. В настоящее время расширяется применение при мелиоративных исследованиях комплексного индикатора - эктояруса ландшафта, что в определенной степени обусловлено утратой значения отдельных частных индикаторов в условиях высокой хозяйственной освоенности территорий. Так, в Молдавии, по данным В.Е.Прока и др. (1978), распахано более 80% земель, и геоботаническая индикация, в связи с этим, не имеет широкого применения. С помощью ландшафтной индикации решаются задачи оценки статических ситуаций, сложившихся в природе на момент исследований, и изучения динамики природной среды. Индикация статических условий может быть выборочной или сплошной. При выборочной индикации рассматриваются в первую очередь наиболее физионо-мически выраженные природные комплексы, не занимающие полностью всей поверхности изучаемой территории. Работы эти обычно направлены на поиск и оценку качества грунтовых вод, пригодных для орошения и обводнения земель, либо на оконтуривание площадей с определенными свойствами (Викторов, 1973, 1976а и др.; Востокова, 19676 и др.). С.В.Викторов, обобщая практику индикационных исследований, подчеркивает, что большинство комплексных индикаторов может быть использовано для оценки степени засоленности грунтов, гранулометрического состава их и что всегда следует стремиться к полному использованию индикатора.
На локальных объектах мелиорации в процессе изысканий выполняются сплошные ландшафтно-индикационные исследования, охватывающие все типы инвентаризируемых ПТК (Островский, Викторов, Матвеев и др., 1972; Викторов, 1976а; Винокуров, 1973, 1975, 1980; Прока, Войну, Моток, 1978; Альбова, 1982 и др.). Набор индицируемых показателей при таких работах в целом заметно расширен, хотя в каждом конкретном случае рассматриваются сравнительно узкие сочетания индикатов. Среди них можно назвать литологический сое-
тав и пучинисто-просадочные свойства грунтов, минерализацию, уровень и сезонные колебания грунтовых вод, степень и тип засоления почв, границы болот и тип их питания, направленность процессов болотообразования, тип и мощность торфяников, интенсивность соленакопления и ряд других.
Важным шагом в развитии ландшафтной индикации явилась разработка понятия о ландшафтно-генетических рядах (Викторов, 1968, 1970, 1971; Викторов, Илюшина, Кузьмина, 1970; Садов, 1970; Илюшина, 1970), под которыми подразумевается такое последовательное расположение в пространстве генетически родственных ПТК, в каком они сменяли друг друга во времени. Этот прием создает эффект удлинения временного ряда ландшафтных наблюдений и позволяет индицировать развитие отдельных природных процессов и ПТК в целом, т.е. осуществлять прогноз изменений ландшафтных комплексов, необходимый при проектировании крупных длительно действующих мелиоративных систем. Идея ландшафтно-генетических рядов получила полное признание, однако следует отметить, что количество конкретных примеров таких рядов ограничено. Чаще всего они выделяются в связи с процессами деградации водоемов (Ружанский, Илюшина, 1972; Илюшина, 1975), карстовыми явлениями и обсыханием лугов (Викторов, Чикишев, 1976), процессами развития болот (Викторов, Смирнова, Швидченко, 1982).
При индикационной интерпретации ландшафтно-генетических рядов индикатами являются отдельные компоненты ландшафта, их сочетания, природные процессы. Различают три формы ландшафтной индикации процессов (Викторов, 1973): ретроспективную, синхронно-стадийную и прогнозную, которые позволяют констатировать соответственно существование какого-либо процесса в прошлом, определить наличие уже возникшего процесса и стадию его протекания или предсказывать неизбежность наступления какого-либо процесса в буду-
-22-щем (с.б). Ретроспективная и прогнозная индикация дают представление об относительно статичных ситуациях прошлого и будущего и основаны на использовании всей суммы физиономических компонентов ландшафта. Стадийно-синхронная индикация наиболее эффективна по ландшафтно-генетическим рядам.
Обобщіающая сводка и систематизация сведений о ландшафтных индикаторах приводится в работе С.В.Викторова (1976а). Здесь подчеркивается важность двух основных направлений индикационных исследований в связи с мелиоративным освоением земель - ландшафтной индикации мелиоративной обстановки в процессе изысканий и на действующих массивах, основанной на ландшафтно-индикационном изучении территории и интерпретации ландшафтно-индикационной карты в целевые оценочные карты отдельных параметров ПТК, и ландшафтной индикации для целей прогноза развития природной среды, т.е. прогнозной индикации, на базе анализа ландшафтно-генетических рядов.
Ландшафтно-индикационная карта как основа для разработки мелиоративных мероприятий и некоторые принципы ее построения рассматриваются в целой серии работ (Мяло, Горяинова, 1970; Исаченко, Старобинец, 1972; Гидрогеолого-мелиоративная оценка...,1973; Соловяненко, 1977; Прока, Войну, Моток, 1978; Войну, 1978; Прока, Аникин, Брагинский, 1978; Селезнев, 1979; Сохадзе, Уклеба, 1979; Викторов, Кузьмина, 1981; Соколовский, 1981; Альбова, 1982; Винокуров, Цимбалей, 1983 и др.). С.В.Викторов и И.В.Кузьмина отмечают, что мелиоративные системы как антропогенные варианты естественных ландшафтов продолжают функционировать, подчиняясь природным закономерностям. В связи с этим для правильной оценки потенциальных возможностей мелиорации земель необходимо ориентироваться, в первую очередь, на карту восстановленного ландшафта.
В работах Л.Г.Соколовского и А.А.Альбовой приводятся примеры успешного использования ландшафтно-индикационных карт при райо-
-23-нировании территории для целей мелиорации. При всех преимуществах метода Л.Г.Соколовский считает одним из существенных его недостатков отсутствие до настоящего времени единых четких принципов выделения таксономических единиц природных комплексов для разных природно-климатических зон.
При решении вопросов подготовки исходных данных для разработки мелиоративных мероприятий все исследования выполняются в крупных масштабах. Проблема индикации мелиоративных условий в таких масштабах наиболее сложна и перейти к ее решению через фитоинди-кацига затруднительно, поскольку на этом уровне ландшафтной дифференциации заметную роль играют не только экологические условия, но и видовое соседство, фитогенные поля и другие факторы внутренних взаимоотношений между видами и особями (Викторов, 1982). Необходима разработка новых приемов индикации на уровне качественного и количественного анализа морфологической структуры ландшафта, включая микроуровень, а также глубокое изучение системы внутри-ландшафтных связей, на которых можно было бы строить детальные прогнозы развития мелиоративных систем и конструировать устойчивые ирригационные ландшафты по типу природных ландшафтов-аналогов. Проблемы эти затрагиваются в ряде работ (Викторов, 19676; Викторов, Смирнова, Швидченко, 1972; Толчельников, Савельева, Ха-занова, 1976; Чалидзе, 1979; Кузьмина, 1980; Вышивкин, Викторов, Востокова, 1981 и др.), однако, как показал С.В.Викторов (1982), вопрос этот пока лишь ставится и требует своей разработки.
Опыт наших работ показывает, что углубленный историко-гене-тический анализ морфологической структуры ландшафта позволяет более уверенно выделять ландшафтно-генетические ряды,строить гипотетические временные ряды, абстрагируясь от территориального соседства, выполнять долгосрочные прогнозы развития ландшафта как на качественном, так и количественном уровне (Цимбалей, 1982а,
1983а,б; Цимбалей, Моргунов, 1984).
В зарубежной практике одним из первых на индикационное значение растительности при оценке почвенных условий и общих перспектив сельскохозяйственного освоения территорий обратил внимание Клементе (Clements , 1920).
Большое место в качестве гидроиндикаторов занимают растения-фреатофиты, непосредственно связанные с грунтовыми водами. Корневая система их может достигать глубины 20-30 м, определяя глубинность метода {MeLntzet , 1927; RoBinson , 1958;ХеороЄс{, 1962; Pond,I9o2 и др.). Наибольшая глубина проникновения корней фреа-тофитов описана для пустынных районов Африки и Америки С.Леопольдом и А.Пондом. О.Мейнцер б своих индикационных исследованиях опирался не только на факт присутствия того или иного вида, но и широко использовал габитус, состояние, жизненность отдельных растений. Возможность индикации степени засоления грунтовых вод им, однако, отрицалась.
Интересен "ступенчатый" индикационный подход при изучении почв в лесах США ( WiesfancCet and Stoty5 1953). На основании дешифрования фотоматериалов составляется карта растительности, которая служит индикатором почвенного покрова. После наземной проверки контуров выделов ботаническая карта трансформируется в почвенную. Авторы отмечают, высокую степень совпадения границ растительных сообществ и почвенных разностей, достигающую 87% от общей протяженности границ.
Краткий обзор, безусловно, не охватывает всех работ, имеющих ландшафтно- индикационную направленность при оценке мелиоративных условий, однако в целом позволяет составить общее представление о теоретических разработках и основных направлениях конкретных исследований мелиоративного характера. При индикации условий мелиорации в качестве индикаторов используются отдельные компо-
-25-ненты ландшафтов, их эктоярус, эколого-генетические и ландшафт-но-генетические ряды, следы хозяйственной деятельности в прошлом и т.д. В последнее время развивается индикационное изучение структуры ПТК и внутриландшафтных связей. Набор индикатов в каждом конкретном случае обычно редко превышает 2-3 показателя, а общая мелиоративная оценка территории в большинстве работ носит, как правило, качественный характер. Суммарный же перечень индикатов, учитывающий разнообразную направленность исследований,говорит о больших возможностях метода. Индицируется геологическое строение (литология, мехсостав, почво-грунтов, особенности залегания и т.д.), уровень, химизм и степень засоления грунтовых вод, почвы, степень их засоления и увлажнения, микроклиматические особенности, природные процессы, возможные траектории эволюции ПТК, строятся прогнозы их реакции на антропогенную нагрузку и т.д. Наиболее подробно при этом проработаны вопросы ландшафтной индикации в условиях пустынь и полупустынь, в то время как количество работ, посвященных индикационному изучению более дифференцированных в ландшафтном отношении степной и лесостепной зон, сравнительно ограничено. Особенно это относится к важной в сельскохозяйственном отношении территории Юга Западной Сибири, где намечается широкая мелиорация земель. И совсем ограничено число публикаций, касающихся ландшафтно-индикационной оценки земель в районах конкретных объектов мелиорации (крупных массивов или каналов и т.д.), применительно к тем или иным видам мелиоративных мероприятий.
В ряде рассмотренных выше работ внимание заострено на проблемных вопросах, таких как необходимость изучения восстановленной ландшафтной структуры, увязки ее с глубинным строением территории, формализации принципов выделения природных комплексов различного таксономического ранга и др. Вопросы эти заслуживают внимания и требуют дальнейшей разработки.
1.2. Теоретические основы ландшафтной индикации для целей мелиорации
Факт установления и признания взаимозависимости и взаимообусловленности элементов ландшафта говорит о том, что комплексный подход в ландшафтоведении, как видно из предыдущего раздела, имеет давние И11 глубокие традиции, хотя "... в прошлом ландшафтове-ды лишь стихийно развивали системные представления о своем объекте" (Исаченко, 1981, с.301). А.Г.Исаченко указывает, что первоначальная идея Л.С.Берга (1913) о ландшафте как единстве или "гармоническом целом" отдельных компонентов и последующее введение Л.Г.Раменским (1938) понятий о фациях и урочищах и их сопряженности заложили основу представлений о ландшафте как системе с вертикальными (межкомпонентными) и горизонтальными (структурными) связями. Под последними подразумевается иерархичность и упорядоченность соотношений между ПТК подчиненного ранга, т.е. "...ландшафт есть закономерно построенная система более мелких территориальных комплексов" (Солнцев, 1949, с.65). В более поздних формулировках также подчеркивалось, что в географических комплексах "все природные компоненты на земной поверхности тесно взаимообусловлены и развиваются как части единой материальной системы. Каждый географический комплекс... - это закономерное исторически обусловленное и территориально ограниченное сочетание ряда компонентов: поверхностных горных пород с присущим им рельефом, приземного слоя воздуха с его климатическими особенностями, поверхностных и подземных вод, почв, группировок растений и животных" (Исаченко, 1961, с.6-7). Отмечалась и системность организации ландшафта с точки зрения "сопряженности" и взаимозависимости развития элементарных природных комплексов (Исаченко, 1965).
Такие многоярусные и многоуровенные системы получили назва-
ниє "геосистем" и определены В.Б.Сочавой как "природно-географи-ческие единства всех возможных категорий, от планетарной геосистемы (географической оболочки или географической среды в целом) до элементарной геосистемы (физико-географические фации)" (1963, с.53). В качестве элементов геосистемы им рассматриваются отдельные компоненты природы и, с другой стороны, - системы низших ступеней иди подсистемы, образующие сложную структуру географической среды, иерархически организованное целое (1972, 1973, 1974).
Подробный анализ различных толкований термина "геосистема" выполнен Т.Д.Александровой и В.С.Преображенским (1978), среди них приведенное В.Б.Сочавой разделяется большинством ученых и является одним из путей применения системного подхода в ландшафтных исследованиях. Другой путь - выделение в качестве функционально целостных систем групп природных комплексов, объединенных однонаправленными потоками вещества и энергии или "парагенетических комплексов" (по Ф.Н.Милькову, 1966а). Оба подхода представляют интерес для обоснования возможности ландшафтно-индикационных исследований как их общетеоретическая база, в том числе и при мелиоративной оценке природных комплексов.
Одной из особенностей понятия "геосистема", по мнению А.Г.Исаченко, является то, что "между компонентами геосистемы существуют не просто отношения, связи, взаимодействия, но и взаимообусловленность (разрядка А.И.); это обстоятельство дает основание относить геосистемы к категории наиболее сложно организованных детерминированных систем...К геосистемам...применимы все основные понятия общей теории систем:целостность,иерархичность, структурность, функционирование, устойчивость и т.д." (1981, с.299-300). Межкомпонентные корреляционные связи обеспечивают возможность применения частной индикации, при которой индикатором является один из непосредственно наблюдаемых физиономи-
ческих компонентов природного комплекса или индикатор 1-го порядка (Толчельников, Савельева, Хазанова, 1976). Различают несколько видов частной индикации: геоботаническую - по характеру растительного покрова (частный случай - лихеноиндикация), геоморфологическую - по характеру, фордам и морфометрическим характеристикам рельефа, антропогенную - по следам былого хозяйствования человека (Викторов, 1976а) и др. Набор индицируемых показателей (индикатов) при этом обычно ограничен пределами прямых связей между компонентами. Эти связи могут быть непосредственными (например, песчаный субстрат - развитие псаммофитов), либо опосредованными, когда взаимодействие индикатора и индиката осуществляется через промежуточный компонент природного комплекса (например, влияние подъема уровня грунтовых вод на развитие галофитов через вторичное засоление почво-грунтов). Иногда на качественном уровне выполняется оценка общемелиоративных условий.
Более универсальной является ландшафтная индикация, при которой в.качестве индикатора выступает эктоярус природного комплекса в целом (по С.В.Викторову), включающий форму рельефа с сопутствующей растительностью, а в отдельных случаях - и почвенный покров, т.е. группу физиономических компонентов природного комплекса или индикатор 2-го порядка (Толчельников, Савельева, Хазанова, 1976). Повышение надежности ландшафтной индикации по сравнению с отраслевой связано, в основном, с более строгой локализацией и ограничением степеней свободы индикатора и индикатов. Количество последних при этом может быть расширено (Викторов, Востокова, Вышивкин, 1962; Викторов, 1973).
По характеру индуцируемых показателей выделяются литоиндика-ция (индикация литологического состава горных пород), гидроиндикация (индикация уровенного режима грунтовых вод), галоиндикация (индикация характера и степени засоления почво-грунтов и грунто-
вых вод), индикация природных процессов (ретроспективная, синхронно-стадийная, прогнозная). Таким образом, вертикальные (межкомпонентные) связи в геосистеме - основа прямой индикации деципиен-тных компонентов ландшафтных комплексов.
Описанные виды индикации широко используются для оценки современного состояния природной среды при инвентаризации элементов ландшафтной структуры различных иерархических уровней в процессе мелиоративных исследований, обеспечивая, в основном, статическую и, в меньшей мере, динамическую характеристику природных комплексов (геосистем). Это направление становится традиционным в индикационных исследованиях, но оно не может в полной мере обеспечить прогноза развития как отдельных компонентов, так и геосистем в целом. Необходимость же таких проработок со всей очевидностью возникла в связи с проявлением негативных последствий мелиорации (Винокуров, 1982, 1983).
С.В.Викторов (1976а, 1982 и др.) указывает, что в основу детальных прогнозов может быть положен индикационный анализ морфологической структуры ландшафтов и структурных внутриландшафтных связей, позволяющий характеризовать динамическую сторону взаимодействия (в частности, через мелиорацию) общества с природой. Использование этих, так называемых, горизонтальных системных связей в целях индикации состояния и динамики среды весьма перспективно, как нагл представляется, через структурный и историко-генетический анализы морфологического строения ландшафта. По своему характеру они являются косвенными ландшафтными индикаторами.
Под структурным анализом мы понимаем изучение морфологической структуры ландшафта, которое предусматривает получение количественных характеристик ландшафтной структуры, включая площадное распространение природных комплексов, их форму, размеры и т.д. Широта спектра и характер сочетания ПТК подчиненного ранга в сово-
купности с данньми прямой индикации определяют возможность адекватного мелиоративного освоения изучаемой геосистемы. Важность этого положения вытекает из потребностей практики в связи с тем, что отдельные структурные элементы геосистем, в силу своих экологических особенностей, неодинаково реагируют на антропогенную нагрузку. Возникающая мозаичность мелиорируемой территории затрудняет эксплуатацию объекта, а нередко и выводит земли из хозяйственного оборота.
Таким образом, морфологическая структура ландшафта может быть индикатором возможности мелиоративного освоения, определяя характер и интенсивность мелиорации отдельных частей объектов, а на более высоком уровне - способствовать рациональному размещению объектов с учетом ландшафтной неоднородности территории (Николае ев, 1975).
Историко-генетический анализ морфологической структуры ландшафта направлен на изучение внутриландшафтных структурных связей и базируется на палеогеографических и геолого-тектонических данных. Он позволяет восстановить пути исторического развития региональных геосистем и в общих чертах оценить возможные траектории их поведения в будущем. На региональном фоне обычно отчетливо проявляется метахронность развития топических частей геосистемы, дающая материал для изучения ведущих природных процессов, которые привели геосистемы к современному состоянию. Благодаря мета-хронности развития, обусловленной как напряженностью эволюционных процессов, так и временем становления отправных состояний геосистем, мы имеем возможность наблюдать различные стадии развития структурных ячеек геосистем и формировать из них ландшафт-но-генетические ряды. Тем самым мы выходим за рамки ограниченного времени наших непосредственных наблюдений, как бы удлиняя его и разворачивая временные срезы развивающихся природных комплек-
сов в пространстве. Прямым результатом такого анализа является возможность предвидеть смену состояний отдельных ПТК в будущем (прогнозная индикация), учитывая и естественную направленность их эволюции, и изменение под влиянием антропогенной нагрузки,т.е. выполнять качественный научно обоснованный прогноз (Николаев, Масленников, Ивашутина и др.,1980).
Парагенетические комплексы являются частным случаем геосистемных интеграции, своеобразными системами преимущественно топического уровня. В связи с этим к ним, как к любым системам, применимы все основные положения ландшафтной индикации, рассмотренные выше. В дополнение к этому, индикационную роль играет и направленный суммарный миграционный поток как ландшафтообразующий фактор, регулирующий процессы развития взаимосвязанных природных комплексов (Атаев, 1981).
Важным моментом в ландшафтной индикации для целей мелиорации является оценка территории как на региональном, так и на топическом уровнях ландшафтной дифференциации. На региональном уровне индицируются общие закономерности развития природной среды, особенности климата, почвенные условия, природный потенциал территории и ряд других показателей, на базе которых составляются обзорные мелко- и среднемасштабные природно-мелиоративные карты и схемы комплексного природно-мелиоративного районирования (Сомова, 1975, 1978, 1980; Сомова, Шульгин, 1977, 1979).
Ландшафтная индикация на топическом уровне базируется в настоящее время, в основном, на традиционно изучаемых связях между эктоярусом (натуральный индикатор) и деципиентными компонентами ПТК топологической размерности. Набор показателей, требуемых для мелиоративной оценки земель, довольно обширен и включает сведения о почвах (степень эродированности, мехсостав, степень увлажнения, кислотность и др.), материнских породах (литология, мех-
состав, фильтрационные свойства, динамика солей в зоне аэрации), грунтовых водах (уровень, химизм и минерализация, величина инфи-льтрационного питания и испарения), степени естественной дрениро-ванности, условиях развития различных, в т.ч. неблагоприятных, природных процессов и ряд других (Звонкова, Зворыкин, Шульгин, 1964; Шейко, 1970; Методическое руководство..., 1972; Сомова, 1980; Алексанкин, Дружинин, 1980; Комиссарова, 1980; Алисиевич, Ложнова, Хараничева, 1981; Методы составлення...,1980 и др.).
Ландшафтно-индикационные исследования на территории Алтайского края, так или иначе касающиеся мелиоративной оценки земель, имеют весьма непродолжительную историю и начаты практически в семидесятые годы. В публикациях нашли отражение вопросы применения ландшафтной индикации при инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях и поисках подземных вод (Винокуров, 1973, 1975, 1980; Усольцева, Винокуров, 1979; Винокурова, Цимбалей, Винокуров, 1978), комплексирования ландшафтно-индикационных и геофизических методов и оценки их надежности (Арутюнов, Винокуров, Цим-балей, 1976; Винокуров, Цимбалей, 1980), ландшафтной индикации при оценке природно-мелиоративных условий и природно-мелиоратив-ном районировании территории (Сомова, 1975; Сомова, Шульгин, 1979; Винокуров, Булатов, Пурдик и др.,1982), галоиндикационного районирования (Вышивкин, 1975), ландшафтно-индикационного дешифрирования аэро-космических снимков и ландшафтно-индикационное картографирование территории для целей мелиорации (Сомова, Шульгин, 1977; Селезнев, 1979; Винокуров, Булатов, Кошелев и др., 1983) и др. В ряде работ рассматриваются результаты ландшафтно-индикационных исследований, направленных на прогноз изменений природных условий в районах мелиорации земель (Винокуров, 1982, 1983; Винокуров, Пудовкина, Кошелев и др., 1982; Винокуров, Цимбалей, 1983),в том числе через изучение ландшафтно-генетических
рядов (Илюшина, 1975, 1976; Цимбалей, 1983а), процессов эрозии почв и разрушения мелиоративных сооружений (Цимбалей, Винокуров, 1981; Цимбалей, 19826,в), морфологической структуры ландшафта (Цимбалей, 1982а, 19836) и ряд других.
Большинство из упомянутых выше исследований связано с изучением конкретных объектов водоснабжения (Чарьшский, Родинский, Благовещенский групповые водопроводы) и гидромелиорации (Алтайский рыбхоз, Кулундинский канал с массивами орошения и т.д.) в Алтайском крае. Как показывает обзор публикаций, такие работы не получили еще достаточного распространения в регионе.
Таким образом, анализ литературы индикационного направления показывает, что при оценке мелиоративных условий могут быть применены два типа ландшафтных индикаторов - прямые и косвенные. К прямым индикаторам относятся эктоярусы природно-территориальных комплексов различного таксономического ранга ("натуральный" индикатор), к косвенным - собственно морфологическая структура ландшафта ("структурный" индикатор) и характер взаимоотношений между морфологическими частями ландшафта, т.е. внутриландшафтные структурные связи ("структурно-динамический" индикатор).
Одним из важных и недостаточно разработанных вопросов ландша-фтно-индикационной оценки мелиоративных условий является методика всего цикла исследований, от ландшафтного картографирования до прогноза развития их в будущем. Некоторый опыт подобных работ в хорошо освоенных районах Молдавии обобщен в монографии методического характера, отдельные статьи которой были рассмотрены нами выше (Ландшафтное картографирование земель...,1978). В степной и лесостепной зонах Западной Сибири такие исследования ранее не практиковались и проводятся в настоящее время Алтайской лабораторией экологии и рационального природопользования Института географии СО АН СССР при непосредственном участии автора.
Теоретические основы ландшафтной индикации для целей мелиорации
Факт установления и признания взаимозависимости и взаимообусловленности элементов ландшафта говорит о том, что комплексный подход в ландшафтоведении, как видно из предыдущего раздела, имеет давние И11 глубокие традиции, хотя "... в прошлом ландшафтове-ды лишь стихийно развивали системные представления о своем объекте" (Исаченко, 1981, с.301). А.Г.Исаченко указывает, что первоначальная идея Л.С.Берга (1913) о ландшафте как единстве или "гармоническом целом" отдельных компонентов и последующее введение Л.Г.Раменским (1938) понятий о фациях и урочищах и их сопряженности заложили основу представлений о ландшафте как системе с вертикальными (межкомпонентными) и горизонтальными (структурными) связями. Под последними подразумевается иерархичность и упорядоченность соотношений между ПТК подчиненного ранга, т.е. "...ландшафт есть закономерно построенная система более мелких территориальных комплексов" (Солнцев, 1949, с.65). В более поздних формулировках также подчеркивалось, что в географических комплексах "все природные компоненты на земной поверхности тесно взаимообусловлены и развиваются как части единой материальной системы. Каждый географический комплекс... - это закономерное исторически обусловленное и территориально ограниченное сочетание ряда компонентов: поверхностных горных пород с присущим им рельефом, приземного слоя воздуха с его климатическими особенностями, поверхностных и подземных вод, почв, группировок растений и животных" (Исаченко, 1961, с.6-7). Отмечалась и системность организации ландшафта с точки зрения "сопряженности" и взаимозависимости развития элементарных природных комплексов (Исаченко, 1965).
Такие многоярусные и многоуровенные системы получили название "геосистем" и определены В.Б.Сочавой как "природно-географи-ческие единства всех возможных категорий, от планетарной геосистемы (географической оболочки или географической среды в целом) до элементарной геосистемы (физико-географические фации)" (1963, с.53). В качестве элементов геосистемы им рассматриваются отдельные компоненты природы и, с другой стороны, - системы низших ступеней иди подсистемы, образующие сложную структуру географической среды, иерархически организованное целое (1972, 1973, 1974).
Подробный анализ различных толкований термина "геосистема" выполнен Т.Д.Александровой и В.С.Преображенским (1978), среди них приведенное В.Б.Сочавой разделяется большинством ученых и является одним из путей применения системного подхода в ландшафтных исследованиях. Другой путь - выделение в качестве функционально целостных систем групп природных комплексов, объединенных однонаправленными потоками вещества и энергии или "парагенетических комплексов" (по Ф.Н.Милькову, 1966а). Оба подхода представляют интерес для обоснования возможности ландшафтно-индикационных исследований как их общетеоретическая база, в том числе и при мелиоративной оценке природных комплексов.
Одной из особенностей понятия "геосистема", по мнению А.Г.Исаченко, является то, что "между компонентами геосистемы существуют не просто отношения, связи, взаимодействия, но и взаимообусловленность (разрядка А.И.); это обстоятельство дает основание относить геосистемы к категории наиболее сложно организованных детерминированных систем...К геосистемам...применимы все основные понятия общей теории систем:целостность,иерархичность, структурность, функционирование, устойчивость и т.д." (1981, с.299-300). Межкомпонентные корреляционные связи обеспечивают возможность применения частной индикации, при которой индикатором является один из непосредственно наблюдаемых физиономических компонентов природного комплекса или индикатор 1-го порядка (Толчельников, Савельева, Хазанова, 1976). Различают несколько видов частной индикации: геоботаническую - по характеру растительного покрова (частный случай - лихеноиндикация), геоморфологическую - по характеру, фордам и морфометрическим характеристикам рельефа, антропогенную - по следам былого хозяйствования человека (Викторов, 1976а) и др. Набор индицируемых показателей (индикатов) при этом обычно ограничен пределами прямых связей между компонентами. Эти связи могут быть непосредственными (например, песчаный субстрат - развитие псаммофитов), либо опосредованными, когда взаимодействие индикатора и индиката осуществляется через промежуточный компонент природного комплекса (например, влияние подъема уровня грунтовых вод на развитие галофитов через вторичное засоление почво-грунтов). Иногда на качественном уровне выполняется оценка общемелиоративных условий.
Более универсальной является ландшафтная индикация, при которой в.качестве индикатора выступает эктоярус природного комплекса в целом (по С.В.Викторову), включающий форму рельефа с сопутствующей растительностью, а в отдельных случаях - и почвенный покров, т.е. группу физиономических компонентов природного комплекса или индикатор 2-го порядка (Толчельников, Савельева, Хазанова, 1976). Повышение надежности ландшафтной индикации по сравнению с отраслевой связано, в основном, с более строгой локализацией и ограничением степеней свободы индикатора и индикатов. Количество последних при этом может быть расширено (Викторов, Востокова, Вышивкин, 1962; Викторов, 1973).
Гидрогеологические условия и гидрография
Прилегающая к каналу территория относится к Кулундинско-Бар-наульскому артезианскому бассейну, приуроченному к Кулундинской впадине. В рыхлых отложениях мезозоя и кайнозоя на глубинах от 40-50 до 500-800 метров выделено до 17 водоносных горизонтов, нижние из которых, включая меловые и палеогеновые, являются высоконапорными. Статистические уровни устанавливаются вблизи дневной поверхности, а в пределах Кулундинской равнины иногда имеют отметки до +15 - +25 м. К отложениям неогена и четвертичного возраста приурочены напорные, слабонапорные и безнапорные подземные воды, Водоупоры, как правило, отличаются невыдержанностью, и водоносные горизонты связаны друг с другом. Питание подземных вод осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков в областях питания - предгорьях Алтая и Салаира, по древним погребенным речньм долинам, а также по зонам разломов и трєщиноватости. Общее направление регионального подземного стока северо-западное. Вблизи областей питания в условиях активного водообмена подземные воды пресные, гидрокарбонатные и сульфатно-гидрокарбонатные натриевые или натриево-кальциевые с минерализацией менее 1,0 г/л.
Здесь и далее химический состав по анионам и катионам дается от меньшего содержания к большему.
В удаленных от области питания и разгрузки районах, где водообмен затруднен, иногда отмечается повышение минерализации подземных вод, в частности, на Приобском плато, до 1,2-1,6 г/л. В неглубоко залегающих преимущественно слабо- или безнапорных горизонтах, особенно вблизи соленых озер, встречаются воды с минерализацией до 1,6-2,7 г/л, редко до 4,4 г/л. Химический состав их гидрокарбонатный, реже хлоридно-гидрокарбонатный и сульфатно-гидрокарбонатный, пестрый по катионам.
Грунтовые воды, региональным водоупором для которых являются глины кочковской и павлодарской свит, распространены практически повсеместно и приурочены к комплексу проницаемых пород четвертичного возраста (пески, супеси) и пескам кулундинской свиты плиоцена. Основные характеристики грунтовых вод тесно увязываются с геоморфологическими и климатическими условиями территории и приведены в таблице 2.1 (Винокуров, 1969, 1980).
Питание грунтовых вод осуществляется, в основном, за счет инфильтрации атмосферных осадков, вод поверхностных водотоков и, в меньшей степени, за счет подтока подземных вод из нижележащих напоных горизонтов. Уменьшение осадков с востока на запад приводит к повышению общей минерализации грунтовых вод и постепенной смене химического состава от гидрокарбонатного до хлоридно-суль-фатного и сульфатно-хлоридного. С характером питания грунтовых вод связаны некоторые особенности их уровенного. и солевого режимов. Глубокая предвесенняя межень сменяется четким подъемом уровня весной в период инфильтрации зимних и весенних осадков с последующим продолжительным летне-осенне-зимним спадом, который осложняется некоторым подъемом в период осенних дождей с незначительным уменьшением общей минерализации грунтовых вод.
Разгрузка грунтовых вод в восточной части территории осуществляется в долину Оби, Приобское плато дренируется ложбинами древнего стока при общем направлении грунтового потока на запад в сторону Кулундинской низменности (Бейром, Гармонов и др., 1958), где грунтовые воды разгружаются во впадины озер. В гидрографическом отношении территория, в пределах которой проходит Кулундинский канал, делится на две части: восточная часть относится к бассейну р.Оби, центральная и западная - к бассейну замкнутого внутреннего стока Кулундинской низменности.
Река Обь в районе г.Камня-на-Оби соответствует области транзитного стока (Ресурсы поверхностных вод...,1962). Русло шириной около I км очень неустойчиво и извилисто, в межень глубина по фарватеру от 1,3 м до 10,0 м, скорость течения около I м/сек, увеличиваясь в паводок до 2,1 м/сек, средний уклон 0,04%«.
В годовом ходе уровней р.Оби наблюдается две волны половодья - в апреле и конце июня - начале июля и осенне-зимняя межень. Годовая амплитуда колебаний уровня средняя многолетняя - 400 см, максимальная - 700 см. Средний многолетний расход воды у г.Барнаула - 1330 м3/сек при минимальном - 236 м3/сек. Химический состав воды формируется в горных условиях и почти не зависит от влияния маловодных притоков. Воды гидрокарбонатные кальциевые с общей минерализацией 0,25-0,30 г/л.
К бассейну замкнутого внутреннего стока Кулундинской низменности относятся реки Кулунда и Кучук, берущие начало на Приобском плато и впадающие соответственно в Кулундинское и Кучукское озера. Река Кулунда имеет длину 412 км, площадь водосбора 124000 км , общий перепад высот 98 м, средний уклон 0,24% . Пойма ее двусторонняя шириной до 4 км, заболоченная, поросшая кустарником. Русло шириной 2-7 м извилистое, врезанное на 1,5-4,0 м. Преобладающее питание - снеговое. Средняя минерализация воды весной около 0,4 г/л, в конце половодья - 0,7 г/л, а в летнюю межень - до 1,4 г/л, химический состав гидрокарбонатный натриевый. Река Кучук меньше по размерам. Ее длина 121 км, площадь во-досбора 1020 км , перепад высот истоков и устья 192 м, средний уклон 1,6. Воды гидрокарбонатные кальциевые с минерализацией в период половодья 0,3-0,4 г/л, в летнюю межень - до 0,6 г/л.
В зоне Кулундинского канала большое количество озер. Большинство пресных озер приурочено к долине р.Оби. В ложбинах древнего стока располагаются цепочки непроточных или слабопроточных горько-соленых озер. Питание их атмосферное и за счет выклинивания грунтовых вод. В Кулундинской низменности расположена группа соленых озер, крупнейшими из которых являются Кулундинское и Кучукское. Питание их атмосферное (осадки и весенний береговой приток), речной и грунтовый приток, расход - только на испарение. В озерах в настоящее врегля идет интенсивная садка солей, мощность которых превысила 2 М; (Никольская, 1961).
Ландшафтная дифференциагдия и региональные черты ландшафтной структуры
При ландшафтно-индикационном изучении природных условий важная роль отводится ландшафтным картам,поэтому особое внимание уделено научному обоснованию их содержания и достижению максимального соответствия структуры картографической модели ландшафтов природному оригиналу.
Сложное взаимодействие основных факторов ландшафтообразования - литогенной основы, климата, почв, растительности и др. - привели к дифференциации географической оболочки на природно-террито-риальные комплексы(ПТЮ различного таксономического ранга (Солнцев, I960; Мильков, 1970; Гвоздецкий, 1979;РаЫка , 1973, 1976, 1980 и др.).
В зависимости от иерархического уровня ПТК роль каждого из факторов изменяется, однако значение литогенной основы в обособлении природных комплексов очевидна. Н.С.Коровина (1974) указывает, что "одним из важнейших теоретических положений современного ландшафтоведения является идея о ведущей роли литогенной основы в обособлении ландшафтов и их морфологических частей" (с.88). Рельеф при этом выступает как интегральное выражение литологии и характера залегания горных пород, тектоники и неотектоники, процессов денудации. Развиваясь синхронно и во взаимосвязи с другими компонентами,он является фиксированным результатом исторического развития ландшафта.С другой стороны, он во многом определяет характер и направленность современных и будущих природных процессов, перераспределяя тепло и влагу как энергетическую основу развития биоты и всего ландшафта в целом. Прямое и косвенное влияние рельефа можно проследить практически на всех геоморфологических уровнях от планетарного (направленный обмен надводных и надконтинентальных воздушных масс со всеми вытекающими отсюда последствиями) до макро- и микро-уровня, руководящих формированием микроклиматов. Подтверждение мы находим во влиянии на ландшафты экспозиции склонов (как пример - "правило предварения" В.В.Алехина, 1936; Влияние экспозиции ... , 1970), микрозональности ландшафтов в зависимости от формы склонов (Бережной, 1977) и ряде других явлений. Многие ученые отмечают самую тесную связь природных комплексов с формами и элементами эрозионного рельефа (Мильков, 1966а; Васильева, Любушкина, Родзевич, 1970; Васильева, 1973; Рельеф и ландшафты, 1977 и др.). И.В.Васильева (1973) указывает на "определяющее значение в обособлении и формировании природных территориальных комплексов геолого-геоморфологических условий" (с.103), подчеркивая, что пространственно сложившаяся система форм рельефа образует основу морфологической структуры ландшафта. На ведущую роль рельефа в формировании геосистем топического уровня обращают внимание В.С.Михеев и А.Г.Сазонов (1979), М.Я.Лайвиньш и В.Г.Нечаева (1982) и многие др.
Безусловно, геоморфологический фактор - не единственный регулятор поступающей энергии. При слабой выраженности рельефа ведущими могут быть литологический состав покровных отложений, в силу различия теплофизических, оптических, фильтрационных свойств, состояние растительного покрова и т.д. (Мильков, 1966а; Видина, 1970; Коровина, 1974 и др.).
Для описываемой территории роль рельефа в дифференциации и развитии ландшафтных комплексов исключительно велика, а его изучение особенно необходимо при ландшафтно-индикационных исследованиях в условиях современного уровня изменения эктояруса ПТК и утрате таких физиономических компонентов, как естественная растительность, а в отдельных случаях - и характерного облика почвенного покрова. К тому же рельеф - наиболее консервативная часть ландшафта (Мещеряков, 1972; На cad and Mttcfieffl, 1980).
В связи с изложенным, особое значение имеет вопрос обоснования методического подхода к анализу рельефа с генетической и морфологической точек зрения и увязки с ним соответствующих иерархических единиц ландшафтной дифференциации, что должно в определенной степени формализовать процесс выделения природных комплексов, уменьшив влияние субъективного фактора.
Вопросам классификации форм рельефа с позиций структурной и климатической геоморфологии уделялось много внимания И.С.Щукиным (1946, 1962 и др.), И.П.Герасимовым (1946, 1959, 1967 и др.), В.П.Философовым (1955), Н.В.Батениной с коллегами (1962, 1977), Ю.Ф.Чемековым !С коллегами (1972), О.К.Леонтьевым и Г.И.Рьгааговым (1979), Н.Г.Видуевым и Ю.В.Полищук (1979), А.И.Спиридоновым (1970, 1975) и другими авторами, однако до сих пор единой хорошо разработанной геоморфологической классификации нет. Основываясь на результатах предыдущих разработок, мы попытались представить общую структурную схему соподчиненности форм рельефа для территории равнин Алтайского края в виде системы, учитывающей размеры форм, генетические особенности рельефообразующих процессов и сложность скульптурного рисунка морфоструктурных образований (табл.2.3), что особенно важно для построения системы ландшафтных единиц и изучения ландшафтной структуры топического уровня. Основу схемы образует шкала форм рельефа, учитывающая их величину и порядок: планетарные, мега-, макро-, мезо-, микро- и наноформы. Выделение геотектур-планетарных форм, связанных с геоморфологическим проявлением космических явлений, а также мегаформ и макроформ как морфоструктур, составляющих основной каркас земной поверхности и связанный с эндогенными (геологическими) явлениями (по И.П.Герасимову, 1946), не составляет трудностей.
Интерпретация ландшафтно-индикационных карт при оценке земель для целей мелиорации
Использование выявленных ландшафтно-индикационных связей в ПТК различного ранга позволило нам провести природно-мелиоратив-ную оценку земель и предложить оптимальные варианты природопользования с учетом особенностей природных условий на региональном и топическом уровнях ландшафтной дифференциации.
Ландшафтно-индикационные исследования на региональном уровне дали возможность оценить территорию с точки зрения необходимости проведения того или иного вида мелиорации. Потребность в гидромелиоративных мероприятиях определяется климатическими факторами, и в первую очередь дефицитом увлажнения, т.е. разницей между испаряемостью и осадками (см. табл. З.б), что не позволяет растениям использовать полностью благоприятный тепловой режим. На рис. 3.9 представлены обобщенные результаты интерпретации схемы региональных геосистем по показателю "дефицит атмосферного увлажнения", в которой использованы данные А.П.Сляднева (1973). Потребность в орошении очевидна и может быть соответственно дифференцирована.
Более детально на региональном уровне рассмотрены природно-мелиоративные условия и выполнено природно-мелиоративное районирование на основе схемы общенаучного физико-географического районирования (рис. ЗЛО). Канал, таким образом, располагается в пределах двух зон (в согласии с Р.В.Ковалевым, П.С.Паниным, О.С.Гуляевым и др., 1978): Степной зоны орошения и мелиорации солонцов и Лесостепной зоны орошения, осушения и мелиорации солонцов, которые соответствуют одноименным зональным физико-географическим областям и определяют направление мелиоративных мероприятий, их тип. В пределах зон выделяются природно-мелиоративные провинции, различаьэщиеся по степени сложности мелиоративных мероприятий. Так, Степная зона состоит из двух провинций - Кулундинской с подпровинциями: а)сухо-степной - перспективного орошения и про-тивоэрозионных мероприятий и б) засушливо-степной - орошения, мелиорации солонцов и противоэрозионных мероприятий и Южно-Приалей-ской с подпровинцией засушливо-степной - орошения, мелиорации солонцов, противоэрозионных мероприятий.
В Лесостепной зоне выделено также две провинции - Приобская с подпровинцией южно-лесостепной - выборочного орошения и противоэрозионных мероприятий и Верхне-Обская долинная с подпровинцией средне-лесостепной - ограниченного орошения, мелиорации солонцов и системой культуртехнических мероприятий. В целом на основе ландшафтно-индикационных связей в региональных геосистемах проведена оценка территории и определены основные направления ее мелиоративного переустройства, смягчающие неблагоприятную природно-климатическую обстановку для обеспечения устойчивых урожаев (Винокуров, Пудовкина, Цимбалей, 1984).
Природные комплексы топической размерности послужили основой для оценки конкретных территорий (ключевые участки), а через них и всей зоны влияния канала на предмет возможности и целесообразности ее мелиоративного освоения без опасения развития вторичных негативных явлений, а также разработки технических условий мелиорации, включая природоохранные мероприятия для предотвращения отрицательных последствий. Сведения о физиономических и деципиентных компонентах природных комплексов сведены в ландшафтно-индикационные таблицы и могут быть использованы в работе проектных и изыскательских организаций непосредственно в качестве справочного материала.
Более наглядно картографическое представление ландшафтно-ин-дикационного материала. Как отмечает А.Г.Исаченко (1967), ландшафтная карта синтезирует в ЇЇТК данные о важнейших компонентах среды и может быть интерпретирована в целый набор прикладных ландшафтных карт, т.е. "всякая прикладная ландшафтная карта строится на основе "универсальной" ландшафтной карты общенаучного содержания" (с.31). Для комплексной мелиоративной оценки земель нами выполнена интерпретация ландшафтно-индикационных карт ключевых участков и зоны канала в целом.
Ресурсные или констатационные карты (информационные по: Комиссарова, 1980) отражают современное состояние природной среды и построены по приведенным в таблице индикатам простым "наполнением" соответствующим содержанием контуров ПТК и их генерализацией в соответствии с заданными пределами обобщения показателей, диктуемыми потребностями практики (стадия изучения объекта, выбор вида мелиорации и т.д.).
