Введение к работе
Актуальность работы. Практическое решение сложных задач охраны окружающей среды и рационального природопользования во многом зависит от уровня знаний о структуре и функциях природных экосистем разного масштаба, о механизме их функционирования и его реакциях на изменения внешних условий, об устойчивости экосистем к воздействиям естественных и антропогенных факторов. Знания потенциальных возможностей и характеристики функционирования природных экосистем конкретного экологического региона нужны для разработки региональных и локальных систем экологического мониторинга, рационального землепользования и охраны окружающей среды.
Однако механизм функционирования природных экосистем и его реакции на изменения естественных и антропогенных факторов изучены далеко не достаточно потому, что каждый структурный элемент и функциональный компонент целостной природной экосис.темы изучается отдельной научной дисциплиной особыми методами. Даже почву и растительность трудно описать как природное единство, поскольку ботаника и почвоведение оперируют разными параметрами и несопоставимыми критериями оценки этих естественных и неразрывных компонентов экосистемы. Поэтому так важно разра-5отать для описания механизма функционирования природных экосистем пе-эечень показателей, отражающих процессы и свойства всей целостной экоси-:темы, а не отдельных ее компонентов. И в большей степени это относится к ;тепным экосистемам, подверженным высокой антропогенным нагкузке.
Цели и задачи. Разработка интегральной математической модели функционирования степных экосистем Убсунурской котловины на основе концеп-ши экосистемного круговорота и изучение с помощью этой модели динами-іеских свойств и устойчивости экосистем к воздействию естественных и антропогенных факторов.
Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Разработка концепции интегральной модели функционирования
тепных экосистем на основе теории экосистемного круговорота.
-
Кластеризация степных'экосистем Убсунурской котловины на основе іараметров функционирования для их моделирования.
-
Разработка интегральной математической модели функционирования тепных экосистем Убсунурской котловины.
-
Разработка удобных интерфейсов для работы с моделью и для отра-сения результатов моделирования.
-
Проведение исследований динамических характеристик и устойчиво-ги степных экосистем Убсунурской котловины.
Научная новизна работы определяется тем, что на основе теории экоси-гемного круговорота впервые разработана и доведена до инженерного уров-
ня с удобным интерфейсом интегральная модель функционирования степных экосистемы Убсунурской котловины.
Впервые разработана и доведена до численных значений функциональная кластеризация степных экосистем Убсунурской котловины.
Впервые с помощью вышеуказанной модели выявлены закономерности динамики и дана оценка устойчивости степных экосистем Убсунурской котловины к воздействиям естественных и антропогенных факторов.
Впервые определены характерные времена функционирования основных степных экосистем Убсунурской котловины.
Теоретическая и практическая значимость работы определяется:
-
Использованием теории экосистемного круговорота в качестве учения, открывающей широкие перспективы для изучения динамических свойств и особенностей степных экосистем.
-
Доработкой и определением нового принципа кластеризации степных экосистем на основе параметров функционирования, который позволяет давать им численное описание, удобное для математического моделирования.
-
Разработкой функциональной математической модели степных экосистем позволяющей проводить глубокое изучение их динамики и функционирования.
4. Определением параметров функционирования степных экосистем,
удобных для оценки их реакции на воздействия естественных и антропоген
ных факторов.
5. Сравнением воздействия антропогенных факторов с воздействием ес
тественных катастроф (пожары, наводнения, землетрясения, обвалы и др.).
Защищаемые положения. На защиту выносятся:
-
Функциональная математическая модель степных экосистем Убсунурской котловины инженерного уровня с удобным интерфейсом, позволяющим формализовать воздействие климатических и антропогенных факторов и образно отображать результаты исследования динамики изменений в степных экосистемах.
-
Методика функциональной кластеризации степных экосистем Убсунурской котловины, опирающаяся на теорию экосистемного круговорота и доведенная до численных значений по продуктивности растительности, величинам опада и запасам гумуса в почвенных горизонтах.
-
Принцип количественной оценки реакции степных экосистем на воздействия естественных и антропогенных факторов.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на международном симпозиуме по результатам международной программы биосферных исследования "Эксперимент Убсу-Нур" (Улангом, 1995), на Всероссийской школе "Экология и почвы" (Пущино, 1996), на научных семинарах Института
5 почвоведения и фотосинтеза РАН (1996, 1997), Института географии РАН (1996, 1997), Института проблем управления РАН (1997), Института водных проблем РАН (1997).
Публикации. По результатам работы опубликованы 7 статей.
Объем работы. Диссертация состоит из 5 глав , выводов и приложений. Объем работы составляет 121 страницу машинописного текста, включая 24 рисунков и 30 таблиц. Список использованной литературы включает 127 наименований.
Объект исследования и его особенность. Убсунурская котловина расположена на границе Республики Тува (Россия) и Уве аймака (Монголии) в координатах 48-50 СШ и 91-99 ВД. Представляет собой замкнутое бессточное межгорное понижение, вытянутое с запада на восток на 600 км и с севера на юг на 160 км. Ограничена хребтами с севера Западный и Восточный Танну-Ола, с юга Булнай-Нуру и Хан-Хухей, а с запада Цаган-Шибету и горный массив Турген-Ула системы Монгольского Алтая. В центре западной части кот-повины расположено оз.Убсу-Нур, в котором концентрируется сток всего водосборного бассейна котловины. Уникальная природная особенность котловины включается в том, что в этой небольшой котловине представлены практически все природные зоны земного шара: пустыни, сухие, настоящие и луговые степи, леса на склонах гор, тундры на их вершинах. Это позволил со-:редоточить практическую обработку экологических, биогеографических ис-:ледований, а также поверку и идентификацию математических моделей.
Растительный покров Убсунурской котловины включает широкий ;пектр различных вариантов степной растительности. Кроме того, на песчаных массивах и приозерных понижениях значительное распространение поручила интразональная растительность.
Котловина лежит в районе действия Центрально-азиатского антицикло-іа. Количество влаги и тепла в пределах котловины распределяется неравномерно, получаемое разными участками котловины. Температура почвы от 16,5С в луговой степи на лугово-черноземной почве колеблется до 23,5С в гаустыненной степи на светло-каштановой почве. Влажность почвы низкая от !% до 14% в толще 0-80 см соответственно [Горшкова, Голубева и др., 1995].