Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Физико-географическая характеристика района исследований
1.1. Общая физико-географическая характеристика района 11
1.2. Климат 16
1.3. Почвы 17
1.4. Современная структура и особенности генезиса растительного покрова ландшафтов 18
Глава II. Методики и материалы исследования
2.1. Материалы исследования 24
2.2. Методики анализа данных 26
Глава III. Морфологические характеристики ландшафтов северной тайги
3.1. Выделение ландшафтно-типологической структуры Беломорско-Кулойского плато 55
3.2. Плоская столообразная возвышенность северной тайги 57
3.3. Холмисто-грядово-западинная денудационно-аккумулятивная возвышенность северной тайги 62
3.4. Полого-волнистая денудационно-аккумулятивная наклонная равнина северной тайги 78
Глава IV. Пораженность северотаежных ландшафтов экзогенными геологическими процессами
4.1. Особенности получения данных о характере рельефа и его влиянии на некоторые экзогенные геологические процессы 96
4.2. Характеристика влияния рельефа северотаежных ландшафтов на процессы эрозии 98
Глава V. Мозаичность биотического компонента ландшафтов северной тайги 110
Выводы 124
Список литературы 127
Приложение 139
- Общая физико-географическая характеристика района
- Материалы исследования
- Выделение ландшафтно-типологической структуры Беломорско-Кулойского плато
- Особенности получения данных о характере рельефа и его влиянии на некоторые экзогенные геологические процессы
Введение к работе
Актуальность темы.
Одними из важных экзогенных геологических процессов (ЭПТ), идущих в северотаежных ландшафтах Русской равнины и, тем не менее, недостаточно изученных, являются эрозионные процессы.
Эрозионные процессы, протекающие на равнинных территориях, занятых лесными массивами, изучены слабо. Считается, что при сомкнутом растительном покрове смыв на склонах почти не происходит (Проблемы—, 1999). Однако вследствие антропогенного вмешательства сильно изменяется растительность и свойства грунтов, что обычно ведет к значительному увеличению темпов эрозии. Поэтому развитие эрозионных процессов хорошо изучено для территорий с большой площадью сельскохозяйственных угодий (Танасиенко и др., 1999), где проблема эрозии актуальна в связи с резким возрастанием скорости и интенсивности этих процессов на площадях с нарушенным почвенным и растительным покровом или испытывающим другие формы антропогенной нагрузки, а также высокой экономической значимостью таких земель.
В естественных северотаежных ландшафтах с низкой антропогенной нагрузкой эрозионные процессы протекают значительно медленнее и находят более слабое отражение в формах рельефа. В последнее время в связи с глобальными изменениями климата, приводящими к активизации экзогенных процессов, увеличением масштабов интенсивной хозяйственной деятельности человека, стал актуальным вопрос изучения эрозионной устойчивости равнинных лесопокрытых территорий.
Среди всех факторов, влияющих на эрозию почв, особо выделяют свойства рельефа. Это связано с тем, что параметры рельефа, такие как длина и крутизна склонов, определяют само возникновение поверхностного стока (Михайлов, 2000), а также концентрацию взвешенных частиц, скорость течения и т.д. В связи с этим встает проблема получения и анализа этих параметров.
5 В настоящее время эту проблему решают путем моделирования рельефа и
анализа этой модели на ЭВМ. Модели рельефа, созданные и хранимые в
цифровом виде, называют цифровыми моделями рельефа (ЦМР). Сейчас
существует множество методов получения и хранения ЦМР (Цветков, 1998). Их
отличия, преимущества и недостатки не всегда очевидны и могут изменяться в
зависимости от характера моделируемой местности, исходных данных,
параметров метода, реализации метода в программном обеспечении (Mitasova,
Mitas, 1993).
С развитием методов дистанционного зондирования Земли (далее ДЗЗ) появилась возможность удобного подсчета территорий, занятых различными растительными формациями. Математические методы кластерного анализа даже позволяют частично автоматизировать процесс дешифрирования этих территорий.
Анализ гидросети, заболоченности и параметров рельефа позволяет вычислить у-разнообразие, т.е. инвентаризационное разнообразие крупных территориальных выделов, например, ландшафтов (Wittaker, 1977; Чернов, 1991).
Цели и задачи данной работы соответствуют приоритетным направлениям научных исследований РАН «6.26. Геоинформатика, создание геоинформационных систем» и Уральского отделения РАН — «7. Разработка и использование геоинформационных систем и компьютерных технологий для решения широкого круга научных и прикладных задач». Работы выполнялись в рамках комплексной темы «Комплексные системные исследования экологической ситуации Зимнебережно-Архангельского района (дельтовая часть р. Северная Двина и Беломорско-Кулойское плато)» (№ гос. регистрации 01.200.1 13712), а также плановой ФНИР лаборатории глубинного строения и динамики литосферы института экологических проблем Севера УрО РАН «Изучение геоэкологического состояния Арктического сегмента земной коры по геолого-геофизическим данным. Районирование территории и прогноз
развития экологически опасных процессов» (№ гос. регистрации 01.200.1 13713)..
Целью настоящей работы явилась оценка морфологии ландшафтов, степени развития ЭГП и структуры биотического компонента (на примере Беломорско-Кулойского плато) для проведения геоэкологических исследований в северотаежных ландшафтах Русской равнины с использованием технологий геоинформационных систем (ГИС).
Для достижения поставленной цели в процессе исследования решались следующие задачи:
определение наиболее подходящего метода моделирования рельефа;
построение ЦМР выбранным методом;
выделение на основе ЦМР, данных ДЗЗ и картографической информации типов ландшафтов и местностей исследуемого района;
оценка и анализ развития эрозионных процессов и заболачивания в северотаежных ландшафтах;
оценка мозаичности биотического компонента ландшафтов и местностей исследуемого района.
Научная новизна.
На основе анализа и оценки большого количества способов построения среднемасштабной ЦМР для равнинных территорий по нерегулярной сети высотных отметок определен наиболее подходящий метод интерполяции. Построена среднемасштабная ЦМР территории Беломорско-Кулойского плато (БКП). Получены и проанализированы численные параметры рельефа района исследований, влияющие на развитие ЭГП в северотаежных ландшафтах. Выделены различия в протекании ЭГП в разных местностях БКП. На основе методов многомерного математического анализа установлены ведущие факторы, влияющие на пространственную структуру биотического компонента.
7 Практическая значимость.
Проведенное исследование алгоритмов и методов построения ЦМР, ее всестороннего анализа в ГИС может быть использовано для обобщения и прогноза состояния природной среды, для поддержки принятия всесторонне сбалансированных научных, управленческих и инвестиционных решений.
Результаты, полученные в ходе исследования, могут быть использованы в вузовских курсах «Экология», «Геоэкология и краеведение» и обосновании последствий эксплуатации минерально-сырьевых ресурсов региона.
На территории района исследований диссертационной работы находятся особо охраняемые территории, такие как Пинежский заповедник, Соянский и Голубинский заказники, природный карстово-геологический заказник «Железные ворота», а также природный парк «Приморский». Вблизи этих уникальных природных объектов осуществляется доразведка и разработка открытым способом разведанных месторождений алмазов имени Ломоносова, Карпинского, и др., разрабатывается проект размещения водозаборов централизованного водоснабжения г. Архангельска на площади развития кондиционных пресных вод в районе верхнего течения р. Пачуги и оз. Пачозеро (Малов, 2001), ведутся лесозаготовительные работы. Поэтому для прогноза изменений окружающей среды под действием этих факторов необходимо оценить фоновое состояние и динамику природных процессов. Таким образом, данные о ЭГП и структуре биотического компонента экосистем могут быть использованы для проведения экологической экспертизы подобных проектов и мониторинга состояния окружающей среды на территории БКП.
Достоверность результатов. Достоверность научных положений и выводов обеспечивается использованием обширных фактических материалов 3-х летних полевых экспедиционных работ автора, применением современных методов исследования и анализа, использованием обширного картографического материала и данных ДЗЗ.
8 Основные положения, выносимые на защиту.
Для построения среднемасштабной ЦМР для равнинных территорий по нерегулярной сети высотных отметок наиболее подходящим является метод интерполяции регуляризованными сплайнами с натяжением.
Интенсивность эрозионных процессов в северотаежных ландшафтах Беломорско-Кулойского плато невысока, причем процессы донной эрозии и плоскостного смыва наиболее развиты на территориях распространения зандровых песков и карстующихся осадочных горных пород, а процессы боковой эрозии - в областях развития конечно-моренных образований.
Гипсометрическое положение оказывает наибольшее влияние на формирование растительного покрова в местностях с широким распространением карбонатных и карбонатно-сульфатных пород, где наблюдается наиболее низкая энтропия растительного покрова.
Ведущими факторами, вносящими значимый и достоверный вклад в различия структуры растительного покрова между местностями БКП, служат степень дренированности местности для площадной структуры растительности и эрозионной расчлененности рельефа — для экотонных зон.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на следующих научных конференциях.
Ломоносовские научные студенческие конференции (г. Архангельск, Поморский государственный университет им. М.В.Ломоносова, 1997, 1998, 1999 гг.).
X Ломоносовские научные чтения (г. Архангельск, Поморский государственный университет им. М.В.Ломоносова, 1998 г.).
Региональная конференция «Экология - 98» (г. Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 1998 г.).
Межвузовская конференция «Экология» (г. Архангельск, Архангельский государственный технический университет, 1999 г.).
5. Международная конференция «Поморье в Баренц-регионе на рубеже веков:
экология, экономика, культура» (г. Архангельск, Институт экологических проблем Севера УрО РАН, 2000 г.).
Молодежная конференция «Актуальные проблемы биологии и экологии» (г. Сыктывкар, Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2001 г.).
Региональная научно-практическая конференция «Ломоносова достойные потомки (к 290 летнему юбилею М.В.Ломоносова)» (г. Архангельск, 2001
г.).
Международная конференция «Экология северных территорий России» (г. Архангельск, 2002 г.).
Международная молодежная конференция «Экология 2003» (г. Архангельск, 2003 г.)
Ю.Молодежная конференция «Актуальные проблемы биологии и экологии» (г.
Сыктывкар, Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, 2004 г.). 11.Всероссийская конференция с международным участием «Геодинамика и
геологические изменения в окружающей среде северных регионов» (г.
Архангельск, Институт экологических проблем Севера АНЦ УрО РАН, 2004
г.)
Один из разделов диссертационной работы, посвященный анализу у-разнообразия и мозаичности биотического компонента ландшафтов северной тайги, явился разделом комплексной работы «Система баз данных по состоянию популяций редких видов флоры и фауны Архангельской области», которая стала победителем конкурса им. М.В.Ломоносова по проблемам охраны окружающей среды Архангельской области в области научных исследований с вручением премии Ломоносовского фонда и диплома.
Связь работы с научными программами и фондами.
Работа связана с рядом научных проектов, которые поддержаны федеральными научными программами и фондами:
1. проект ФЦП «Интеграция» № Э 0039 «Компоненты окружающей среды Соловецких островов в условиях меняющегося климата»;
2. проект ФЦП «Интеграция» № Э 3033 «Современное состояние
популяций редких и исчезающих видов беспозвоночных животных Европейского Севера России и Урала»;
проект Баренц секретариата № 234021 «Комплексное развитие Соловков 2002», финансирование за счет средств МИД Норвегии;
проект РФФИ и администрации Архангельской области № 02-04-97505 «Анализ ландшафтной структуры биоразнообразия редких и исчезающих видов насекомых Беломорско-Кулойского плато на основе ГИС-технологий».
Программа фундаментальных исследований Президиума РАН №13 «Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы» проект «Мониторинг активных процессов в окружающей среде Европейского Севера. Информационная основа для организации сети наблюдений и прогнозирования природных и природно-техногенных катастроф».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, 1 статья находится в печати.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст изложен на 124 страницах, включая 13 таблиц и 43 рисунка. Список литературы содержит 124 работ, из них 25 на иностранных языках.
Благодарности.
Автор благодарен своему научному руководителю — директору ИЭПС УрО РАН, д.г.-м.н. Ю.Г. Кутинову, чье внимательное отношение в большой степени способствовало написанию этой диссертации. За помощь в решении поставленных задач, оказанную предоставлением материалов, автор благодарит к.г.н. Н.В. Коновалову и с.н.с. ИЭПС УрО РАН В.Н. Широбокова. За неоценимую помощь в процессе сбора и обработки материалов для диссертационной работы автор благодарен зам. директора по научным вопросам ИЭПС УрО РАН, к.б.н. И.Н. Болотову и Ю.А. Швакову.
Общая физико-географическая характеристика района
В ландшафтном отношении район исследований принадлежит к северотаежной подпровинции Северо-Западной провинции Русской равнины. Северо-Западная провинция наряду с Кольско-Карельской, Двинско-Мезенской, Тиманской, Печорской (а также частично Верхневолжской и Северных Увалов) входят в состав Европейского Севера России (Исаченко, 1995) (рис. 1.1). В более поздней работе А.Г.Исаченко (2001) предложена несколько иная ландшафтно-типологическая структура этой территории. При этом Северо-Западная провинция с несколько трансформированными границами рассматривается как Тихвинско-Беломорская.
БКП расположено в пределах Восточно-Европейской платформы. Современные представления о геолого-тектоническом строении Беломорско-Кулойского региона сложились после проведения геологической съёмки масштаба 1:200000 в 1974-1980 гг. (Геология СССР, 1982), по материалам которой в 1984 г. изданы соответствующие листы геологической карты масштаба 1 :200000.
Покров четвертичных отложений развит на БКП практически повсеместно и достигает мощности от первых метров на водоразделах до 200 м в палеодолинах. В четвертичных отложениях основной части территории преобладают современные ледниковые суглинки и глины со щебнем и валунами (Атлас Архангельской области, 1976). Четвертичные и современные отложения (пески, глины, суглинки, торф и т.д.), возраст которых менее 1 млн. лет (География Архангельской области, 1995), обычно имеют мощность от 0-20 м в центральной части исследуемой территории до более 100 м в областях развития биогенных отложений. Современная территория района исследований сформировалась под воздействием наступающих льдов при оледенениях и трансгрессий моря в межледниковые периоды (Былинский, 1968). Наиболее заметным оказался климатический сдвиг в конце неогена (около 1,8 - 2,0 млн. лет назад) в сторону более сухих и холодных условий. В результате произошла смена фауны и флоры на более приспособленную, и началось формирование таких крупных биомов, как тайга и тундра (Биологический энциклопедический словарь, 1986). В начале голоцена (около 10 тыс. лет назад) закончилось последнее материковое оледенение на севере Европы (Величко, Фаустова, 1987). 9-8 тыс. лет назад отмирание остатков европейского ледового покрова полностью завершилось (Серебряный, 1980). Таяние ледников привело к подъему уровня Мирового океана, что вызвало продвижение Белого моря, которое тогда простиралось вплоть до котловин Ладожского и Онежского озер, далеко к южным границам Архангельской области. Только около 5 тыс. лет назад началось окончательное отступление моря на север (Грицевская и др., 1972; Наумов, Оленев, 1981). Таким образом, биотический компонент ландшафтов района исследований сформировался не так давно и имеет аллохтонное происхождение. В частности, биоценозы тайги формировались в основном из комбинации восточносибирских и европейских элементов (Серебровский, 1937).
Исконная форма рельефа данной территории представляет собой моренную слабохолмистую равнину (Берг, 1937) с общим наклоном поверхности на север. Преобладающим типом рельефа является плоская и волнистая мореная равнина, местами абрадированная ледниковыми и морскими водами (Атлас Архангельской области, 1976).
В настоящее время рельефообразование продолжается: деятельность текучих вод создает эрозионные формы (борозды, рытвины, овраги, лога), в районе распространения гипсов и известняков (юго-восток БКП) продолжаются карстовые процессы, в очень незначительном количестве присутствуют техногенные формы рельефа (карьеры, насыпи, отвалы, береговые укрепления и т.д.) (География Архангельской области, 1995).
В центре и на северо-востоке Беломорско-Кулойского плато развиты карстовые формы рельефа — воронки, котловины, цирки, сухие долины, лога, долины рек и ручьев, озера. Специфические биотопы формируются в карстовых логах. Борта логов обычно имеют уклон 15-30. В верхней их части тянутся зубцы скал, разъединенных трещинами оседания. Ниже по склону идет осыпь со сползшими по ней глыбами гипса. Дно логов неровное, пересеченное гривами, карстовыми воронками, часто загроможденное (Сабуров, 1974, 1974 а). Лога имеют значительную протяженность, характеризуются резко выраженным карстовым рельефом, имеют связь с подземными полостями, которые, являясь аккумуляторами холода, создают своеобразный микроклимат, определяющий отличную от плакоров реликтовую растительность и флору (Симачева, 1984).
Именно наличие карстовых проявлений во многом обусловило существенные различия между западной и восточной частями исследуемого района. Восточная часть включает восток и центр БКП. К западной части можно отнести Зимний берег Белого моря и запад плато. Восточная часть отличается близким залеганием к дневной поверхности массивов карстующихся пород (в основном гипсов и ангидридов) и развитием карстовых процессов. А.М. Леонтьев (1935), выполнивший геоботаническое районирование БКП и сопредельных районов, относил данную территорию к Верхнекулойскому карстовому району.
Современные исследования показали, что длительная история развития разрывных дислокаций, подчеркнутых экзогенными процессами, обеспечила проявление практически всех тектонических систем коренных пород на дневной поверхности (Кутинов, Чистова, 2001). В современном рельефе района исследований дизьюнктивы находят свое отражение в виде прямолинейных уступов и переломов склонов междуречий, спрямленных участков озер, речных долини болот.
Материалы исследования
Исследования проводились на территории БКП (Архангельская область). Выбор этой территории в качестве объекта исследований объясняется тем, что БКП ещё слабо освоено человеком, и площадь антропогенных фаций сравнительно невелика (Гофаров, 2002). Поэтому здесь преобладают естественные северотаёжные ландшафты. В то же время для прогноза изменений окружающей среды, в связи с разработкой алмазных месторождений, необходимо знать динамику природных процессов.
Векторные карты водотоков, озер и горизонталей были построены автором оцифровкой растровых изображений карт масштаба 1:200000 и 1:100000 (приложение 1). Основой для построения ЦМР послужили векторные карты горизонталей (высота сечений рельефа 20 м), отметок высот и урезов воды согласно методическим рекомендациям (Руководство ..., 1986; Методическое руководство ..., 1972; http://www.gisa.ru/864.htm). Частично были использованы цифровые карты, любезно предоставленные к.г.н. Н.В. Коноваловой.
Вспомогательными материалами для построения и коррекции ЦМР также послужили векторные карты речной сети и озер. Продольное сечение рек с сильно врезанными долинами уточнялось путем линейной интерполяции по урезам воды и вычисленным при первом построении ЦМР высотам истоков. Зеркала озер, в зависимости от реализации метода построения ЦМР, внедрялись в исходные данные (в виде растра или сплошного многоугольника) или в результирующую модель (Martz, Garbrecht, 1998).
Выделение границ ландшафтов проводилось на основе геоэкологической карты БКП, составленной с.н.с. Института экологических проблем Севера УрО РАН В.Н. Широбоковым и любезно предоставленной автору. Также использовались геологические карты Архангельской области, данные ДЗЗ и предварительно построенная диссертантом ЦМР. Для среднемасштабных картографических исследований (на уровне ландшафтов и местностей) в таежной зоне хорошо подходят данные, получаемые с искусственного спутника Земли (ИСЗ) Landsat-7. Этот американский спутник был успешно запущен 15 апреля 1999 г., расчетный срок его эксплуатации - 5 лет (Кочкуркин, Кутинов, 2000). Установленная на спутнике съемочная аппаратура - сканирующий радиометр Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+), обеспечивает многоканальную съемку земной поверхности при ширине полосы обзора для всех каналов 185 км. Характеристики материалов ДЗЗ, получаемых с его помощью, представлены в таблице 2.1.
Материалы, получаемые с помощью этого спутника, имеют приемлемое пространственное разрешение (для исследований на уровне ландшафтов и местностей), а также обладают очень хорошей интерпретируемостью вследствие хорошо соответствующих задачам исследования спектральных диапазонов. Для целей исследования большинство информации было получено при использовании всего двух каналов из шести - третьего (0,63 — 0,690 мкм) и четвертого (0,75 - 0,90 мкм) (Кочкуркин, Кутинов, 2000; Гофаров, 2002).
Кроме того, использованы материалы многолетнего мониторинга состояния компонентов природной среды в Пинежском заповеднике (Летописи природы Пинежского заповедника за 1977-2002) и данные Архангельской лесоустроительной экспедиции (Комплексные системные исследования ..., 2003) по состоянию и динамике лесных сообществ на территории дельтовой части р. Северная Двина и Беломорско-Кулойского плато. Подготовка материалов и анализ данных выполнялся в ГИС-пакете GRASS (Geographic Resources Analysis Support System) версии 5.0.0 и 5.0.2. Это один из полнофункциональных ГИС-пакетов, сопоставимый по возможностям цифровой обработки данных ДЗЗ с такими известными коммерческими пакетами как ERDAS IMAGINE, TNTmips, ER Mapper и ILWIS (Лурье, Косиков, 2003).
Разработка GRASS началась в 1982 г. в U. S. Army Corps of Engineers и Construction Engineering Research Laboratory (USA/CERL). Здесь начали исследовать возможности коррекции карт, проведения исследований, анализа и мониторинга ландшафта с применением ГИС-технологий по зданию министерства обороны США (Shapiro, 1991). USA/CERL финансировала разработку всех версий GRASS до 1995 года. С 1999 г. проект развивается усилиями многонациональной группы разработчиков (с координирующим центром в Center for Applied Geographic and Spatial Research, Baylor University, Texas). Сейчас пакет распространяется по условиям лицензии GNU GPL и предназначен в основном для UNIX-платформ (FreeBSD, Linux, Solaris и т.д.), однако существуют версии и для Windows NT, 2000 и ХР (Windows 9х, ME не поддерживаются, т.к. необходима файловая система NTFS) (http://www3.baylor.edu/grass). Его положительными качествами являются ориентация на научный анализ данных (в отличие от большинства коммерческих пакетов, ориентированных в основном на подготовку печатных материалов), большое количество модулей обработки данных, возможность работы, как с векторными, так и с растровыми данными различных форматов. Также следует отметить открытость исходных кодов и низкую цену приобретения: в отличие от Arclnfo, Maplnfo и многих других ГИС этот пакет распространяется по условиям лицензии GNU GPL. Тем не менее, работу с ним осложняют неудобный интерфейс пользователя (рис. 2.1) и отсутствие гарантированной технической поддержки.
Для группировки и последующего анализа полученных численных данных использовались система управления базами данных (СУБД) Microsoft Access 97 и пакет PC-ORD for Windows v.4.27 для проведения многомерного статистического анализа. В последствие группировку и предварительный анализ выполнялся с применением связки следующих программных средств: СУБД PostgreSQL 7.3 и пакета OpenOffice.org Calc 1.1 для управления электронными таблицами и построения несложных графиков и диаграмм.
Выделение ландшафтно-типологической структуры Беломорско-Кулойского плато
Основным дешифровочным индикатором для выделения БКП служат его четкие природные границы, связанные с наличием отпрепарированного водами приледниковых озерных бассейнов карбонатного уступа, склон которого занят густой хвойной растительностью (Комплексные системные ..., 2003). Полоса распространения густого елово-соснового древостоя совместно с глинисто-подзолистыми почвами создает темную извилистую полосу, хорошо заметную на исходных и особенно четко — на предварительно обработанных фильтрами композициях материалов ДЗЗ с эквализированной гистограммой (рис. 3.1).
Основанием для выделения типов ландшафтов послужили различные типы ледниковых и водноледниковых отложений с учетом влияния воздымающих неотектонических движений. Эти генетические отличия определили индивидуальные для каждого типа ландшафта формы рельефа, различный характер дренажа и, следовательно, рисунок гидросети и разные особенности распространения растительных формаций. Растительные формации на территории БКП имеют достаточно крупные размеры выделов и четкие границы. Это позволяет для анализа биоценотической структуры данной территории эффективно использовать кластерный анализ без обучения. В процессе исследования было выполнено разбиение 98% территории на восемь классов. Для упрощения анализа из распределения были исключены водные поверхности (класс I), а также объединены классы II и III - представляющие собой еловые леса с различной плотностью и бонитетом (черничные, чернично-брусничные, брусничные и др.) и классы VI и VII - мелколиственные леса. Естественно, что объединению подверглись только классы с минимальными различиями. Можно заметить, что площадь болот будет значительно меньше, чем при лесотаксационных работах, в которых к болотам относят как закраины болот, так и заболоченные леса (Комплексные системные ..., 2003). Измерялась плановая площадь поверхности суши, водные поверхности были исключены из всех расчетов.
Данный тип ландшафта представляет собой отпрепарированную неогеновую поверхность выравнивания. Он расположен в центральной части БКП (рис. 3.2) и представлен только одним типом местности, развитой на зандровых песках. Границы этого ландшафта выделяются большей частью четко, что обусловлено сменой площадного зандра холмисто-грядовым рельефом конечно-моренных образований. Четвертичный покров очень маломощный в основном до 10 м, реже до 20-40 м, за исключением палеодолин. Чехол четвертичных отложений преимущественно песчано-супесчаного состава ледникового и водно-ледникового генезисов. Подстилающие породы представлены в основном песчаниками и алевролитами подольского и маячковского горизонтов московского яруса среднего карбона. Также присутствуют песчано-карбонатные породы ассельского яруса верхней перми (Комплексные системные ...,2003).
Эта местность занимает высокое гипсометрическое положение и приурочена к возвышенности с интервалом абсолютных отметок 79-200 м. Средняя высота местности составляет 138 м. Часто отмечаются карстовые и суффозионно-карстовые формы рельефа. Угловато-дендритовидная речная сеть врезана с преобладанием V-образных форм долин и отсутствием крупных водотоков. Высокая доля мелколиственных лесов в этом типе ландшафтов объясняется большой площадью пожарищ прошлых лет в центральной части местности. Относительно слабо представлены лугово-болотные ассоциации — их площадь составляет около 128 км . Распределение площади растительных формаций в зависимости от гипсометрического положения показывает (рис. 3.4), что основные фитоценозы данной местности занимают наибольшие площади в группах высот 100-170 м (примерно 99% территории этой местности). В этом интервале высот доля ельников и мелколиственных лесов от общей площади местности составляет от 2 до 16% (6% - максимум для мелколиственных лесов). Остальные типы растительных формаций занимают очень незначительную часть.
Особенности получения данных о характере рельефа и его влиянии на некоторые экзогенные геологические процессы
В процессе исследований была построена ЦМР на территорию исследуемого района методом регуляризированных сплайнов с натяжением с различными параметрами. Пробные построения показали, что ЦМР с разрешением 10 и 20 м очень схожи между собой по значению среднеквадратичного отклонения (RMSE) и характеру интерполированной поверхности. Для уменьшения времени построения и анализа ЦМР было выбрано пространственное разрешение растра 20x20 м. Более мелкомасштабные ЦМР характеризовались заметной дискретностью и большими значениями среднеквадратичного отклонения, что обусловлено ошибками интерполяции в крупные ячейки растра. Так же было установлено, что, для избежания появления ошибок интерполяции в виде отрицательных отметок высоты необходимо увеличить коэффициент сглаживания. Наоборот, для придания рельефу террасообразности, характерной для поверхности исследуемого района, и сохранения допустимой точности сглаженной поверхности (значение RMSE, стремящееся к 20 м) необходимо уменьшить коэффициент сглаживания. Это противоречие удалось решить увеличением коэффициента сглаживания и одновременным увеличением параметра натяжения.
Анализируемые данные группировались в базе данных Microsoft Access 97. Для этого были написаны несколько сценариев на языке командной оболочки bash 2.0.5 из дистрибутива Mandrake Linux 9.3 для автоматизации процесса выборки статистических данных по местностям и преобразования текстового формата Unix в текстовый формат, пригодный для импорта в СУБД Access (см. приложение, сценарии 1-3). В самой базе данных были разработаны несколько форм для автоматизации импорта, группировки данных и динамического создания запросов к данным (см. приложение, программа 2). В дальнейшем, для повышения степени интеграции используемых в работе программных пакетов, было решено отказаться от использования Microsoft Access в пользу СУБД PostgreSQL, работающей в среде Linux. Это позволило написать сценарий, одновременно автоматизирующий выборку данных и их экспорт в базу данных PostgreSQL (см. приложение, сценарий 4). Как плато, исследуемый район характеризуется очень слабым наклоном поверхности. Вследствие этого, а также того, что почти всё БКП является лесопокрытои территорией, в этом районе процессы водной эрозии протекают на небольших участках склонов долин рек и карстовых форм рельефа. Однако значение этих небольших по плановой площади участков очень велико, так как происходящие на них процессы напрямую определяют развитие русловых и долинных процессов этой территории, и косвенно — развитие и разнообразие биотического компонента ландшафтов.
Основными параметрами рельефа, значения которых являются следствием развития процессов водной эрозии, являются наклон поверхности, значение ХЗ -фактора и характер формы склонов.
Особо выделяется среди этих параметров наклон поверхности. По табличным значениям можно четко выделить три группы местностей с сильно различающимися значениями этого параметра. Первую группу составляют местности в областях развития биогенных отложений (2в, Зв): для этих местностей характерны очень малые углы наклона дневной поверхности, не превышающие 0,9. Вторая группа представлена местностями, развитыми на зандровых и мореных отложениях (1, 26, За): средний наклон дневной поверхности в этих местностях составляет от 1,2 до 1,4. И, наконец, третья группа местностей, для которой характерны наибольшие углы наклона дневной поверхности от 1,8 до 2,2, представлена местностями с широким распространением карстующихся карбонатных и карбонатно-сульфатных отложений (2а, 36).
Характер подстилающих пород влияет на долю площади плоских поверхностей и сингулярных точек не напрямую, а опосредованно, через характер рельефа ландшафта. Поэтому территории холмисто-грядового рельефа отличаются более низкой долей плоских поверхностей и сингулярных точек, чем местности с платообразным и полого-волнистым рельефом.
Распределение местностей исследуемого региона по степени влияния рельефа на процесс водной эрозии почв (і.б -фактор) повторяет распределение по среднему углу наклона поверхности. Однако распределение территории со значимой величиной -фактора менее сильно зависит от характера рельефа, так как для этого параметра большое значение имеет не только наличие уклона, но и его расположение, что приводит к большей зависимости среднего значения этого показателя от интенсивности протекающих на территории эрозионных процессов. По этому показателю наиболее слабо рельеф влияет на процессы водной эрозии в местностях с широким развитием биогенных отложений (2в, Зв). Однако и эти местности довольно сильно различаются межу собой по данному показателю, так как расположены в ландшафтах с сильно различающимся мезорельефом. Поэтому среднее значение LS-фактора и доля территории со значимой величиной -фактора в ландшафте с холмисто-грядово-западинным рельефом, для которого характерны большие углы наклона дневной поверхности и их большая плановая площадь, заметно выше таковых в ландшафте с более сглаженным мезорельефом.
Следующими, довольно близкими по среднему значению ZiS-фактора и доле территории со значимой величиной этого параметра, являются местности, развитые на конечной морене и местность в центральной части БКП, развитая на зандровых песках. Местности этой группы можно расположить в ряд по возрастанию влияния рельефа на процессы водной эрозии. В этом ряду описываемые параметры увеличиваются от местности в ландшафте с платообразным мезорельефом (1), через местность с полого-волнистым характером рельефа (За), до местности расположенной в ландшафте с холмисто-грядово-западинным мезорельефом (26).
Считается, что для деятельности эрозионных процессов имеет большое значение экспозиция склонов. Это обычно объясняется нескольким причинами: 1) на склонах южной экспозиции талые воды сходят до того момента, когда оттает грунт; 2) запасы снега здесь меньше, чем на склонах северной экспозиции; 3) на склонах южной экспозиции растительный покров обычно имеет большее проективное покрытие и обеспечивает больший почвозащитный эффект (Маккавеев, 1971). Были проанализированы отчеты базы данных, показывающие распределение по склонам различных типов растительных формаций. Площадь с плоской поверхностью рельефа и площадь сингулярных точек не учитывалась.
В целом распределение типов растительных формаций в зависимости от экспозиции на территории БКП довольно равномерно и разброс значений составляет около двух процентов от площади класса. Характерной особенностью является увеличение доли светлохвойных лесов на склонах с восточной экспозицией (рис. 4.2 и рис. 4.3). Это связано с широким распространением светлохвойных лесов на склонах БКП в восточной его части. Наоборот, смешанные леса, а также болотные и луговые ассоциации имеют увеличение доли от площади соответствующего класса в юго-западном направлении склонов (рис. 4.2). Большое влияние на это распределение оказала хозяйственная деятельность человека: в южной и юго-восточной частях БКП, с увеличенной площадью склонов соответствующей экспозиции, находятся значительные площади рубок леса, где часто происходит заболачивание или возникновение луговых ассоциаций, и восстанавливающихся после рубок прошлых лет смешанных березово-еловых лесов.
