Введение к работе
Актуальность темы. Тугаи это уникальные пойменные леса, распространенные в аридных регионах Средней Азии. В настоящее время термин «тугай» относится не только к лесным биоценозам, он включает весь комплекс пойменных экосистем (тростниково-рогозовые заросли, галерейные леса, галофитные кустарниковые и травяные биоценозы) различных экологических уровней, расположенных от уреза воды до верхних пойм и прирусловых валов (Аширова, 1976; Бахиев, 1985; Дробов, 1951; Закиров, 1969; Коровин, 1962; Родин, 1963).
Тугаи были настолько широко распространены в прошлом на территории Средней Азии, что являлись местообитанием туранского тигра, последние особи которого еще в конце 40-х- начале 50-х годов ХХ века встречались в низовьях Амударьи (Bunge, 1860; Radde, 1886; Граве, 1936; Коровин, 1962; Соколов, 1986). Сегодня тугаи сохранились лишь локальными ареалами в пределах бассейнов рек Атрек, Мургаб, Теджен, Тарим, Чу, Или, Зарафшан, Сырдарья и Амударья. Аналогичная тенденция резкого сокращения площадей тугайных лесов в последнее время отмечается для Передней и Центральной Азии.
На фоне общемировой тенденции сокращения пойменных лесов (Jahrling, 1995; Henrichfreise, 1996; The Plan-European Biological and Landscape Diversity Strategy, 1996; Mitlacher, 1997; Petersen et al., 2000), исчезновение тугаев является просто катастрофическим. Сегодня тугайные площади Средней Азии составляют менее 10% от площади, занимаемой ими в 60-х годах ХХ века (Трешкин, Кузьмина, 1993; Treshkin, 1998, 2001). Сокращение площади тугаев приводит: к утрате многих ценных, редких и реликтовых видов растений и животных, к понижению водоохранной, водорегулирующей, берегозащитной и мелиоративной роли тугайных лесов, к ухудшению среды обитания человека, а также к сворачиванию отдельных видов хозяйственной деятельности. В этих условиях возрастает значение научных исследований по комплексной фитомелиорации, играющей существенную роль в предотвращении деградационных процессов в аридных регионах (Каштанов и др. 2001; Кулик, 2003; Кулик и др., 1994; Манаенков, 2003; Манаенков, Аверьянов, 2007; Маттис, 2003; Нечаева, Шамсутдинов, Мухаммелдов, 1978, Нечаева, Приходько и др., 1978; Петров, 1984, 2003; Степанов, 1987, 1988, 2003; Степанов и др., 2008, Шамсутдинов, 1975; Шульга, 1991, 2002).
В настоящее время, вследствие повсеместного зарегулирования стока и гидротехнического строительства в Средней Азии, естественное возобновление тугайных лесов прекратилось. Учитывая острый дефицит водных ресурсов в аридных регионах и отсутствие возможности изменения режима рек с зарегулированным стоком (Зонн, Гланц, 2008) для восстановления поёмного режима, близкого к естественному, актуальной задачей становится разработка новых подходов к возможности искусственного восстановления и поддержания тугаев в основных сохранившихся массивах в измененных условиях среды.
Цель и задачи исследования. Целью работы является установление подходов к решению проблемы повсеместной деградации тугаев Средней Азии в современных быстроизменяющихся условиях среды и разработка научно-обоснованных рекомендаций по их восстановлению.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
-
Изучить состояние тугайных лесов Средней Азии в современный период быстрых климатических изменений (на фоне естественных гидрологических и климатических флуктуаций).
-
Установить причины деградации и тенденции в развитии тугайного типа растительности в современный период.
-
Выявить предельно допустимые значения эдафических условий (глубины залегания и величины засоления грунтовых вод и почв) для восстановления различных сообществ тугайного типа растительности.
-
Экспериментально доказать возможность искусственного восстановления галофитных вариантов тугаев на деградированных землях автоморфных солончаков.
-
Разработать научно-обоснованные рекомендации по рациональному природопользованию в тугайных лесах Средней Азии в современных условиях быстроменяющейся среды.
Объектами исследования являются тугайные экосистемы Средней Азии.
Научная новизна. Впервые выявлены основные тенденции изменения климата, воздействующие на формирование и динамику экосистем в основном ареале произрастания тугаев Средней Азии (на основе анализа многолетних климатических характеристик: средних, минимальных, максимальных температур воздуха и сумм осадков по годам и сезонам).
Впервые найдены подходы к решению проблемы повсеместной деградации тугаев, установлены ее причины в современных быстроизменяющихся условиях природной среды. Выявлен механизм трансформации тугайных экосистем. Доказано, что основными факторами их преобразований являются: естественные или антропогенные изменения режима речного стока и грунтовых вод (УГВ) в пойме.
Впервые выявлены предельно допустимые значения эдафических условий (глубину залегания и засоления грунтовых вод и почв) для восстановления различных сообществ тугайного типа растительности.
Впервые экспериментально показана возможность искусственного восстановления галофитных сообществ и доказана перспективность искусственного восстановления тугаев при дальнейшем их поддержании (обводнении) на деградированных землях автоморфных солончаков. Таким образом, решена научно-практическая проблема искусственного восстановления тугаев в современных быстроменяющихся условиях природной среды.
Разработана “Модель динамических связей и характера современного состояния тугайных формаций Средней Азии”, которая отражает все возможные трансформации экосистем (направление и вид сукцессионных изменений естественных и природных) в зависимости от поемного и солончакового процессов (положения УГВ, режима затоплений, характера и степени засоления в почвах), дает представление о современном состоянии различных тугайных экосистем и возможность долгосрочного прогноза их изменений.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Главная причина повсеместной деградации тугайных экосистем Средней Азии – антропогенное зарегулирование речного стока, приводящее к изменению режима грунтовых вод и паводковых затоплений.
2. Климатические изменения также относятся к основным причинам повсеместной деградации тугайных экосистем Средней Азии. В регионе исследований проявляется единая тенденция изменения климата – аридное потепление: повышение температур и сокращение осадков в теплое полугодие, летом и осенью, а также потепление в годовом цикле как за счет холодного полугодия и зимнего сезона, так и за счет теплого полугодия, в основном, осенью.
3. Следствием деградации тугайных экосистем является кардинальная смена типа растительности, в результате изменения гидроморфного режима почв на автоморфный, что сопровождается образованием различных типов солончаков, начиная с луговых гидроморфных и кончая остаточными глубокозасоленными.
4. Деградированные тугайные экосистемы отличаются пониженным видовым разнообразием, слабыми разногодичными изменениями состава сообществ и пониженной продуктивностью.
5. В современных изменяющихся условиях тугайные экосистемы Средней Азии необходимо начинать реанимировать с галофитных тугайных вариантов. Экспериментально доказана возможность формирования галофитных вариантов тугаев на деградированных засоленных автоморфных землях.
6. Применение научно-обоснованных рекомендаций и использование экспериментального опыта восстановления экосистем на деградированных землях солончаков позволяет решить проблему повсеместной деградации тугаев в современных быстроменяющихся условиях среды.
Научная и практическая значимость.
Впервые осуществлен многолетний (1985-2010 гг.) мониторинг тугаев заповедника “Бадай-Тугай” (единственного тугайного заповедника в зоне Аральского экологического кризиса), позволивший определить основные тенденции естественных и антропогенных изменений тугайных экосистем; предложен ряд рекомендаций способствующих оптимизации состояния тугайных экосистем заповедника, которые были учтены при реализации крупных международных проектов направленных на решение экологических проблем Приаралья (проект ГЭФ, проект Мирового банка).
Разработанная “Модель динамики тугайной и солончаковой растительности в дельте Амударьи” позволяет прогнозировать динамику и тенденции изменения растительности при различном режиме поёмности и почвенно-грунтового увлажнения, являясь основой для восстановительных мероприятий на нарушенных в результате зарегулирования пойменных территориях. Имея универсальный характер, она может применяться для всех аридных территорий с учетом зональных особенностей.
Проведенные исследования дали возможность комплексно оценить экологическое состояние тугайных экосистем в современных природных условиях (климатические, гидрологические, почвенные изменения, а также растительного покрова и антропогенных факторов) и определить основные направления в решении проблем их рационального использования, оптимизации состояния и восстановления. Разработаны рекомендации по созданию галофитных тугайных сообществ на месте деградированных тугаев.
Разработанная автором методика (Кузьмина, Трешкин, 2008) выявления нарушенных экосистем на основе флуктуационной изменчивости сообществ позволяют по полевым наблюдениям выявить нарушенные экосистемы в условиях недостатка дополнительной информации и оценить необходимость восстановительных (рекультивационных) мероприятий.
Разработанная “Прогнозная схема изменения пойменной растительности“ позволяет подробно проследить изменения экосистем разных уровней поймы и оценить реальные последствия гидротехнических воздействий.
Результаты исследования могут быть использованы для научного и хозяйственного мониторинга пойменных территорий, для рекультивации нарушенных земель, для разработки мероприятий охраны и рационального использования пойменных аридных территорий Средней Азии и России, а также при разработке и осуществлении различных природоохранных проектов.
Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации докладывались на: Международной конференции «Экологические проблемы бассейнов крупных рек (Тольятти, 1993), Международной конференции «Экологические проблемы Приамударьинских регионов Средней Азии» (Туркменистан, Чарджев, 1993), Международных семинарах ЮНЕСКО по проекту «Экосистемы рек Амударьи и Сырдарьи и их восстановление» (Узбекистан, Ташкент, 1996, 2000), Международной конференции «Экологические основы изучения проблем Приаралья» (Узбекистан, Нукус, 1999), Международной конференции «Экосистемы горных лесов» (Кыргистан, Ош, 1999), Международном симпозиуме «Экологические проблемы устойчивого землепользования в пустынях» (Бонн, Германия, 1999), V Международном симпозиуме «Жизнь растений в Юго-Западной и Центральной Азии» (Узбекистан, Ташкент), VII и VIII Международном экологическом конгрессе (Италия, Флоренция, 1998; Корея, Сеул, 2002), IX международном симпозиуме по биоиндикаторам «Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга» (Россия, Сыктывкар, 2001), Международной конференции по сохранению генетических ресурсов растений (Италия, Рим, 2003), Всероссийской научной конференции ”Проблемы сохранения разнообразия растительного покрова Внутренней Азии” (Россия, Улан-Удэ, 2004), XVII Международном ботаническом конгрессе (Австрия, Вена, 2005), Международной конференции «Problems Plants Biology» (Россия, Санкт-Петербург, 2006), Международной научно-практической конференции «Проблемы рационального использования и охрана биологических ресурсов Южного Приаралья» (Узбекистан, Нукус, 2006), Международной конференции «Биологическая рекультивация и мониторинг нарушенных земель» (Россия, Екатеринбург, 2007), Международной конференции «The Aral Sea: past, present and future» (Россия, Санкт-Петербург, 2009), Международном симпозиуме «Dust storm and desertification» (Марбург, Германия, 2009), IV-ом Съезде Русского географического общества (Санкт-Петербург, 2010) и других симпозиумах и конференциях, а также на расширенном заседании лаборатории фитоценологии Института биоэкологи АН РУз. Результаты работы получены на основе проведения индивидуальных и комплексных научно-исследовательских работ и научных программ, часть из которых была поддержана международными проектами и грантами: MacArthur Foundation «Saving Tugai Forests as an Important Task in the Region of Aral Sea Crisis” GA # 96-41156A-FSU, 1996-1997; National Geographic Society ‘Tugai Appeals for Help” # 6148-98, 1998; UNESCO ‘509/RAS/41 – “Aral Sea Project”, Phase I, Phase II, 1993-2000; USAID TA-MOU-01-CA21-035 “Fodder Production in the Aral Sea Region By Irrigation of Halophytes With Brackish Water”, 2002-2005; USAID TA-MOU-03-CA23-032, “Screening and Pilot Planting of Halophytes for Combating Soil Salinization in Central Asia” 2006-2008; Project EU “CALTER” 2006-2010. Основные положения диссертации отражены в 55 статьях и разделах монографий, часть из которых приведены в автореферате, из них 12 опубликованы в журналах рекомендованных ВАКом.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и списка использованной литературы. Работа содержит 444 стр. компьютерного текста, включая 67 рисунков, 43 таблицы, 53 фотографии и два приложения. Список литературы включает 339 наименований.
Благодарности. За всемерную поддержку и консультации в проведении полевых и экспериментальных работ в Республике Каракалпакстан, автор выражает глубокую благодарность за помощь в организации и проведении полевых работ в заповеднике “Бадай-Тугай” – руководству заповедника господам Д. Рахимову, М. Хаджибаеву, К. Мусерепову, за консультации и помощь в организации, проведении и выполнении полевых исследований в Средней и Центральной Азии – директору Института биоэкологии Академии наук Республики Узбекистан, академику АН РУз проф. А. Бахиеву, директору Нукусского лесхоза , академику РАСХН И.П. Свинцову, , проф. д.г.н. П.Д. Гунину, , проф., д.г.н. Н.М. Новиковой, проф., д.с.-х.н. Е.И.Панковой, д.г.н. Ж.В. Кузьминой, к.б.н. Н. К. Мамутову, к.с.-х.н. И. Наурузбаеву а также господам Дж. Бабаеву, А.Л. Кириллину, Л.А. Кириллину, Е.Т. Пылаеву. Автор сердечно благодарит профессора Бенгурионского Университета Израиля д.г.н. Н.С.Орловского за помощь в организации и проведении экспериментальных работ по фитомелиорации в Каракалпакстане.
Похожие диссертации на Деградация тугаев Средней Азии и возможности их восстановления
