Введение к работе
Актуальность исследования.
Одним из приоритетных направлений научно-исследовательской деятельности на особо охраняемых природных территориях согласно «Основным направлениям государственной политики по развитию системы государственных природных заповедников и национальных парков в Российской Федерации на период до 2015 года» является выявление причин неблагоприятных тенденций в динамике природных комплексов и прогноз их последствий на основе разработки методов экологического мониторинга. Кроме этого, важным является выявление объектов мониторинга, что позволяет стандартизировать методики исследования состояния как самих объектов, так и на этой основе состояния среды в условиях изменяющихся природно-климатических условий. В эпоху глобальных антропогенных преобразований природных геосистем Земли сохранение и изучение эталонных мало нарушенных территорий, которыми на современном этапе являются заповедники, приобретает все большую актуальность. Особо охраняемые природные территории, изъятые из хозяйственного пользования, представляют собой уникальные объекты для проведения длительных стационарных научных исследований и мониторинга природных явлений и процессов.
Переход от качественных биоиндикационных признаков к созданию количественных методик на основе анализа морфолого-анатомических структуры древесных растений позволяет использовать для мониторинга качества среды в пределах всего ареала обитания. Выбранные в качестве объекта исследования для создания комплексной биоиндикационной методики дуб черешчатый является видом эдификатором лесных экосистем, занимающих обширные территории Восточно-Европейской равнины. Бассейн среднего течения реки Хопер расположен на границе южной лесостепи и степи на юго-восточной окраине распространения позднераспускающейся формы дуба. Пойменные леса имеют более широкий ареал распространения, приурочены к плодородным аллювиальным почвам. Методики на основе количественных параметров позволяют сравнивать опосредованные количественные показатели всего комплекса факторов обширных территорий различного структурного состава. Пойменные леса в пределах Среднерусской лесостепи имеет специфическую структуру, обладает особым составом и механизмом устойчивости, которая отличается от зональных.
Рациональное использование их биоэнергетического потенциала и особенности их охраны - одна из важнейших проблем современности в связи с их водорегулирующим, почвозащитным, эколого-гигиеническим и культурно-эстетическим значением. Выявление закономерностей геоэкологической дифференциации природных флуктуаций и тенденции развития геосистем охраняемых территорий в условиях глобальных изменений имеет актуальное значение для прогноза.
Цель исследования состояла в выявление параметров биоиндикационных диагностических признаков структуры органов дуба черешчатого - растения-эдификатора эталонных участков для оценки состояния комфортности среды, и разработки, обоснования проектов оптимального функционирования природных геосистем.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
-проанализировать существующие методы биоиндикационных исследований для оценке состояния комфортности окружающей среды;
выявить вариацию параметров флуктуирующей асимметрии используемых морфологических признаков листа и количественные параметры анатомических признаков стебля дуба черешчатого произрастающих в условиях естественной природной особо охраняемой территорий для мониторинга среды;
провести сопряженный анализ выявленных признаков в разных условиях речной долины для обоснования методики комплексных биоиндикационных исследований и определения функционального режима эталонных геосистем;
разработать алгоритм для прогнозного моделирования состояния пойменных лесных геосистем в современных условиях изменения климата;
разработать ГИС-технологию использования биоиндикации для изучения особо охраняемых природных территорий для экспресс геомониторинга.
Объектом исследования - лесные геосистемы речной долины особо охраняемой природной территории Хоперского государственного природного заповедника.
Предмет исследования – структурная морфолого-анатомическая реакция дуба черешчатого, эдификатора и доминанта пойменных лесных геосистем на факторы окружающей среды.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Комплексная биоиндикационная методика сопряженного анализа на основе морфологических параметров флуктуирующей асимметрии листовых пластин и анатомической структуры стебля дуба черешчатого для мониторинга состояния природной среды в эталонных условиях особо охраняемых территорий.
2. Алгоритм применения методики вариативной шкалы морфолого-анатомических признаков для выявления степени комфортности дубрав в пределах особо охраняемых природных территорий.
3. Геоэкологическая ГИС-технология оценки степени комфортности среды обитания на основе результатов применения комплексной сопряженной методики биоиндикации.
4. Рекомендации по геоэкологической оценке состояния геосистем с использованием комплексного биоиндикационного метода сопряженного анализа морфолого-анатомических показателей дуба черешчатого для оптимизации лесных геосистем особо охраняемых природных территорий.
Организация и методика исследования. Материалы для данной работы были собраны автором лично в течение периода с 2003 по 2009 гг. на особо охраняемой природной территории Хоперского государственного заповедника и его буферной зоне. Всего было собрано 600 образцов на 10 модельных участках. Проведены исследования почв и геоморфологические описания на основных стационарных участках. Исходная информация, кроме личных полевых стационарных и лабораторных исследований автора, получена из фондовых материалов Хоперского государственного природного заповедника, из литературных и картографических источников. Для решения поставленных задач использовались следующие методы: картографический, биодиагностический, статистический, геохимический, сравнительно-географический, ландшафтно-типологический. Наряду с традиционными методами использовался разработанный авторский метод морфолог-анатомической фитоиндикации.
Научная новизна диссертации заключается в следующих положениях:
- впервые разработана шкала флуктуирующей ассиметрии листьев дуба для целей биоиндикации;
- выявлены индикационные показатели анатомической структуры стебля дуба черешчатого с определением их количественных диапазонов в соответствии с качеством среды их обитания;
- проведен сравнительный анализ методики с использованием морфолого-анатомических показателей стебля дуба черешчатого с методикой флуктуирующей асимметрии листовых пластин дуба по оценки качества среды;
- внесены уточнения в составленную в почвенную карту ХГПЗ в соответствии с типологическими изменениями в классификации почв;
- составлена на основе личных исследований и фондовых материалов ландшафтная карта ХГПЗ;
- проведен геоэкологический анализ состояния дубравных лесных геосистем ХГПЗ;
- разработана ГИС-технология экспресс-оценки качества среды по ограниченному количеству анатомических параметров стебля дуба черешчатого для оценки эталонных участков среды с минимальным антропогенным влиянием.
Практическая значимость работы. Материалы исследования используются при оценке функционального режима лесных геосистем территорий, находящихся под влиянием техногенных факторов независимо от их происхождения. Результаты исследования и методики предоставлены в распоряжение научного отдела Хоперского государственного природного заповедника. Полученные методики могут быть положены в основу мониторинга и ведения лесного кадастра охраняемых территорий в пределах Русской равнины, а также в преподавании спецкурса «Методы географических исследований» на естественно-географическом факультете Воронежского государственного педагогического университета.
Апробация и публикации результатов исследования. Обоснованность выводов диссертационного исследования обеспечивается большим объемом фактического материала, полученными в процессе полевых исследований, обработанных методом математической статистики. Основные положения работы докладывались на научно-практических Всероссийских (Воронеж, 2002, 2009) и межрегиональных конференциях: «Состояние особо охраняемых территорий Европейской части России» (Воронеж, 2005-2009), «Территориальная организация общества и хозяйства» (Воронеж, 2008, 2009), «Эколого-географические исследования в речных бассейнах» (Воронеж 2009), на VI Большом географическом фестивале (Санкт-Петербург, 2009), в материалах географического съезда РГО РФ (Санкт-Петербург, 2010). Основное содержание работы диссертационной работы изложено в 28 публикациях, в том числе в 3 статьях опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 206 наименований, из них 13 на иностранном языке, приложения. Работа включает 153 страницы машинописного текста, 18 таблиц, 36 рисунков.
