Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время одной из важнейших задач геоэкологии является анализ влияния хозяйственной деятельности на окружающую среду на региональном и локальном уровнях. К числу недостаточно изученных вопросов относятся негативные последствия, вызываемые строительством линейных сооружений.
Западная Сибирь является крупнейшим регионом в мире по масштабу распространения болотных систем на ее территории. Освоение территории нефтегазовыми предприятиями в последние годы обусловило острую необходимость более полного изучения этого региона, получения новой достоверной информации, отражающей современное состояние исследуемого объекта и позволяющей делать прогноз возможного изменения экологической ситуации под действием природных и антропогенных факторов. Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений, а также транспортировка нефти -мощный фактор трансформации природных ландшафтов. В результате их воздействия формируются разнообразные техногенные модификации, которые можно рассматривать как своего рода деградации первичной природной геосистемы. Самым масштабным проявлением гидролитогенных процессов, вызванных деятельностью человека, является формирование обширных зон подтопления и осушения территорий в результате изменения направления или нарушения поверхностного стока. Эти процессы активизируются при прокладке линейных объектов (автодорог) через болотные комплексы (Васильев, 1998; Соромотин, 2005, Новиков, 2009).
Эффективное изучение и оценка трансформации геосистем возможны на основе растительной индикации, заключающейся в определении уровня техногенного воздействия по изменению отдельных компонентов растительного покрова (фитоиндикаторов).
Это определило основную цель исследований - выявить закономерности трансформации растительного покрова болотных геосистем, подверженных воздействию подтопления в полосе размещения дорожных сооружений в границах таежной и лесотундровой зон Западной Сибири.
Задачи исследования:
-
Изучить болотные геосистемы, подверженные подтоплению, на ключевых участках таежной и лесотундровой зон Западной Сибири с помощью геоботанических методов и дистанционного зондирования.
-
Определить составные части территории подтопления, выделить конкретные ареалы трансформации растительности подтопленных участков.
-
Изучить динамику изменения растительности в ареалах трансформации на подтопленных участках таежной зоны.
-
Определить растительные индикаторы изменения гидрологического режима при прокладке дорожных сооружений для различных подзон таежной зоны Западной Сибири.
-
Создать в среде ГИС картосхему генетических типов рельефа и растительности М 1:50000 для территории лесотундры, ограниченной
координатами 65,87 с.ш. / 78,75 в.д. - 65,98 с.ш. / 80,42 в.д., на основе которой определить площади и встречаемость подтоплений.
Объект исследования - болотные геосистемы таежной и лесотундровой зон Западной Сибири, подверженные подтоплению.
Предмет исследования - изменчивость геосистем при подтоплении в разных гидролого-климатических зонах Западной Сибири.
Методы исследования. В работе применялись методы комплексных физико-географических исследований, методы дешифрирования аэро- и космоснимков, картографические, методы фитоиндикации (определялся экологический, таксономический и биоморфологический состав растительности, определялась структура растительного покрова и его связь с рельефом).
Исходный материал, используемый в работе. В основу диссертационной работы положены данные дистанционного зондирования Земли, картографические материалы, результаты полевых и камеральных исследований. В качестве основного источника пространственной информации использовались снимки Landsat ЕТМ+, разрешением 15 м/пиксель и Spot, разрешением 10 м/пиксель, для их трансформирования, оценки геометрической точности создаваемых картосхем, при дешифрировании использовались топографические карты масштаба 1:100000 и 1:200000. Также в процессе дешифрирования и картографирования использовались аэрофотоснимки, результаты полевых исследований, в том числе описания геосистем, картосхемы, полученные в результате полевого дешифрирования данных Landsat 7. В результате полевых исследований в 2008-2010 годах автором было проведено обследование 170 подтоплений в таежной и лесотундровой зоне.
Научная новизна. Впервые проведен пространственно-временной анализ динамики растительного покрова как индикатора изменения гидрологических условий вдоль дорожных сооружений таежной и лесотундровой зон Западной Сибири.
Создана картосхема генетических типов рельефа и растительности ключевого участка лесотундры М 1:50000, на основе которой определены площади и встречаемость подтоплений.
Впервые для таежной зоны Западной Сибири установлены 4 варианта развития ареалов трансформации растительности при подтоплении.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Картосхема генетических типов рельефа и растительности масштаба 1:50000 является репрезентативным источником информации, который позволяет оценить относительную площадь участков подтопления, возникающих в результате строительства дорожных сооружений, и выявить закономерности их распространения в различных геоморфологических условиях лесотундры. Полученные данные способствуют оптимизации проектных решений продольных профилей трассы дорожного полотна.
-
Число и конфигурация ареалов трансформации растительного покрова болотных геосистем, вызванные подтоплением, зависят от рельефа,
интенсивности притока воды, уровня болотных вод, и слабо зависят от климатических характеристик зоны нахождения изучаемых геосистем.
3. Связь между пространственной и временной организацией подтопленных болотных геосистем определяется изменением состава растительного покрова и его проективным покрытием, что служит индикатором изменения среды и может использоваться для мониторинга режима функционирования антропогенно-заболоченных территорий.
Теоретическая значимость работы. Материалы исследований вносят весомый вклад в детализацию теоретических представлений о функционировании болотных геосистем. Используемый метод сопряженного анализа результатов наземных исследований, а также данных дистанционного зондирования позволяет наиболее объективно проводить оценку природных ресурсов, прогнозировать их трансформацию при антропогенном воздействии. Исследование трансформации растительного покрова как интегрального показателя техногенного влияния даст возможность использовать данные в диагностических целях при оценке степени воздействия на геосистему.
Практическая значимость. Диссертация выполнена в рамках международного проекта «Биогеохимические циклы Арктических болотно-озерных ландшафтов Западной Сибири как индикатор климатических изменений глобального масштаба и основа для рационального природопользования региона (BIO-GEO-CLIM)» № 14.В25.31.001. Полученные в диссертации результаты также были использованы при выполнении коллективом авторов научно-исследовательских работ по гранту РФФИ: «Динамика термокарстовых озер криолитозоны Западной Сибири, как индикатор климатических изменений» (Проект № 08-05-92496), при выполнении НИР «Мониторинг состояния окружающей среды таежной и лесотундровой зон Западной Сибири на основе методов фитоиндикации, дистанционных и наземных исследований» и совместной работы с отделом экологии г. Ноябрьска по проведению мониторинга состояния окружающей среды в окрестностях города. Полученные материалы используются в учебном процессе при обучении студентов по специальности «Геоэкология» и при подготовке бакалавров по направлению «Экология и природопользование» Сибирской государственной геодезической академии (г. Новосибирск).
Материалы диссертации могут быть использованы при проведении экологического мониторинга состояния нарушенности геосистем и при оценке болотных комплексов для целей рационального природообустройства.
Личный вклад автора. Все основные результаты выполненных исследований были получены лично автором или при его активном участии. Выбор направления исследований, обсуждение результатов и формулировка задач проводились совместно с научным руководителем Н.П. Миронычевой-Токаревой, а также с научным сотрудником лаборатории географии и генезиса почв Института почвоведения и агрохимии СО РАН И.Д. Махатковым. Основная обработка данных дистанционного зондирования была проведена совместно с И.Д. Махатковым.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на V международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2009», (Новосибирск, 2009); на VI международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2010», (Новосибирск, 2010); на Всероссийской научной конференции XIV Докучаевские молодежные чтения «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (Санкт-Петербург, 2011); на VII международном научном конгрессе «ГЕО-Сибирь-2011»,(Новосибирск, 2011); на Международном полевом симпозиуме «Западносибирские торфяники и цикл углерода: прошлое и настоящее» (Ханты-Мансийск, 2011); на VIII международном научном конгрессе «ИНТЕРЭКСПО ГЕО-Сибирь-2012» (Новосибирск, 2012), Всероссийской молодежной конференции «Современные проблемы почвоведения и природопользования в Сибири» (Томск, 2012).
Публикации. Материалы работы изложены в 12 публикациях, из них две в рецензируемом журнале из списка ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, который включает в себя 196 источников. Работа изложена на 217 страницах, включая 9 таблиц, 47 рисунков и 10 приложений. Все таблицы и фотографии, если в подписи к ним не указано другое, выполнены автором.
Автор считает своим долгом выразить сердечную благодарность и искреннюю признательность руководителю работы Н.П. Миронычевой-Токаревой за научное руководство, консультирование и критические замечания, И.Д. Махаткову за помощь в сборе материала и консультирование, сотрудникам лаборатории биогеоценологии Института почвоведения и агрохимии СО РАН за помощь в получении экспериментального материала и подготовке диссертации.
