CC BY
37
ЭКОЛОГИЯ И АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНОЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЕ
УЛАНОВА С.С., БЕМБЕЕВА О.Г.
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ИСКУССТВЕННЫХ ВОДОЕМОВ АРИДНОЙ ЗОНЫ (НА ПРИМЕРЕ ВОДОХРАНИЛИЩА АРШАНЬ-ЗЕЛЬМЕНЬ)
Аннотация: В статье представлены основные показатели и критерии геоэкологической оценки, включающие рассмотрение водохозяйственной и экологической роли искусственных водоемов в аридной зоне. Геоэкологическая оценка выполнена на основе 7 модельных водоемов, располагающихся на территории Калмыкии в разных ландшафтных условиях. Результаты исследований приведены по водохранилищу Аршань-Зельмень, расположенному на Ергенинской возвышенности. На основании совместных полевых исследований и данных дистанционного зондирования выявлены статистически значимые коэффициенты корреляции между параметрами площади и минерализации. Впервые для водохранилища Аршань-Зельмень определен показатель химического загрязнения воды (ПХЗ-10), на основании которого современное экологическое состояние водоема оценивается как чрезвычайная экологическая ситуация. Описаны состав и структура экотонной системы «вода-суша» побережий водохранилища, флористическое и фитоценотическое разнообразие экотона.
Ключевые слова: искусственные водоемы; уровень; минерализация; изменение; экотоны; разнообразие.
Введение
Высокая аридность климата, создающая опасность процессов опустынивания, особенности рельефа, засоленные почвы определяют специфические условия формирования поверхностных вод Калмыкии. Воды практически всех водоемов Калмыкии в настоящее время являются солеными и сильно солеными. Среднемноголетние значения минерализации вод водоемов колеблются от 1.7 до 10.5 г/л. Ежегодная потребность в воде республики составляет 800 млн. м3, из них только 50 млн. м3 могут обеспечить собственные водоисточники. Дефицит, постоянно испытываемый водным хозяйством республики, покрывается за счет подачи воды с сопредельных территорий. В условиях острого дефицита воды на территории Калмыкии водохранилища играют многоплановую роль. Основное назначение большинства из них - сезонное и многолетнее регулирование поверхностного стока для целей водоснабжения, орошения, а также в качестве приемников сбросных вод с орошаемых массивов. Геоэкологические исследования искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях необходимы в связи с изучением процессов, выявлением компонентного состава и межкомпонентных связей природно-территориальных комплексов, формирующихся в зоне взаимодействия «вода-суша», а также определение совокупности показателей, характеризующих последствия антропогенных изменений геосистем за длительный период эксплуатации водоемов [1].
Основные показатели и критерии, использованные в данной работе (табл. 1), основываются на том, что геоэкологическая оценка искусственных водоемов направлена на определение их водохозяйственного, средообразующего и природоохранного значения.
Материалы и методы
Материалы для выполнения геоэкологической оценки состояния водных объектов Калмыкии получены в результате проведения долговременного (2001-2017 гг.) геоэкологического мониторинга. Мониторинг включает получение многоразовых в течение года количественных значений нескольких показателей: гидрологических (уровень и площадь водоема), гидрохимических (минерализация, тип химизма), экологических - состав компонентов экотонной системы «вода-суша» на побережье. Ключевые участки долговременного мониторинга находились на разных участках водохранилищ, как правило, в центральной части, вблизи выклинивания подпора и в приплотинной части.
Гидрологические показатели (площадь водной поверхности) определяли, используя разновременные материалы космической съемки. Обобщенные требования к информации дистанционного зондирования Земли, используемые при решении гидрологических задач, включают: предпочтительные спектральные диапазоны: 0.6, 0.3-0.9 мкм, 10-12 мкм; пространственное разрешение не менее 30 - 60 м, масштаб снимка 1:100000,1:250000 [2]. Для обработки и анализа данных космоизображений использовались специальные прикладные программы Мар!п£э 12.0, MultiSpek W32, Ilwis 3.6. Дешифрирование
Таблица 1.
Основные этапы геоэкологической оценки искусственных водоемов аридной зоны
Определение водоресурсной роли искусственных водоемов: классификация, инвентаризация, районирование создание картографического блока ГИС поверхностных вод в целях проведения инвентаризации и ее анализ;
оценка изменения обводненности территории: а) в целом по территории и по ландшафтным районам; б) расчет естественной и искусственной обводненности;
Изучение и оценка возможного использования водных ресурсов водоемов изучение современных гидрологических и геохимических характеристик искусственных водоемов и изменения их во времени с использованием материалов ДЗЗ; создание информационного блока ГИС, содержашего пространственно-временную информацию об исследуемых объектах;
сравнение существующей водохозяйственной инфраструктуры водоемов с запланированной;
оценка возможности использования водоемов по лимитирующему показателю - минерализации их вод;
Оценка экологического значения рассмотрение экотонной системы «вода-суша» на побережьях водоемов, оценка показателей богатства и разнообразия почв, растительности, лимнофильной орнитофауны;
Оценка экологического состояния водоема на основе интегрального показателя ПХЗ-10 ПХЗ-10 позволяет оценить качественное состояние водоема, сформировавшееся за длительный период его эксплуатации; важен для территорий, где загрязнение наблюдается сразу по нескольким химическим веществам, каждое из которых многократно превышает допустимый уровень предельно-допустимой концентрации;
Оценка сравнительной водохозяйственной и экологической значимости искусственных водоемов рассмотрение роли водоемов как экосети; оценка водоемов и выполняемых ими функций на основании индекса значимости.
выполнялось визуально-инструментальным методом по обычным черно-белым, цветным спектрозональным, цветным синтезированным материалам космической информации, полученным с искусственных спутников Земли («Ресурс О1 №3», «Космос», «Landsat», «Spot») в разные сезоны (весна-лето-осень) в период с 1975 по 2017 гг. По графическим характеристикам ключевых водоемов через установленную площадь по профилям определялись уровни воды в годы различной водности. Затем эти уровни были проверены в соответствии с относительными отметками высот по изогипсам рельефа, снятых с топокарт. Разница между различными урезами воды позволила просчитать площади блоков экотонов. Самое низкое стояние воды - минимальный уровень за ряд лет - принималось за предельно-естественную сработку водоема. Этот уровень на местности маркируется зарослями тростника или проростков тамарикса с вымытыми корнями. Самое высокое стояние воды - максимальный уровень за ряд лет - максимальное наполнение водоема. Его маркируют старые экземпляры тамарикса, лоховые заросли. В пределах этих границ на местности выделялась экотонная система «вода-суша» и производилось изучение ее компонентного состава методом топо-экологического профилирования.
Топо-экологические профили прокладывали перпендикулярно урезу воды от водоема вглубь побережья до зональной растительности. Топоэкологическое инструментальное профилирование побережий включало заложение пробных площадок с подробным изучением почв, растительности, грунтовых вод и определением высотных отметок рельефа на профиле с помощью нивелира. На протяжении топоэкологического профиля закладывались скважины до уровня почвенно-грунтовых вод. Количество скважин регламентировалось рельефом и растительностью. При вскрытии почвенно-грунтовых вод отмечалась глубина, замерялась скорость подъема воды, фиксировался установившийся уровень. Дополнительно отбирались образцы вскрытых почвенно-грунтовых вод в емкость объемом 1 литр.
Характеристика почв дана на основе морфологического описания почвенного профиля по результатам бурения. В лабораторных условиях определяли степень минерализации по сухому остатку и химический состав солей. Все описания сопровождались отбором проб для изучения: минерализации воды в водоемах и грунтовых вод; морфологической структуры и солевого состава почв; видового состава и биологической продуктивности растительных сообществ.
Анализ проб на минерализацию и химизм вод водоемов был выполнен в Калмыцком филиале ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии им. А.Н. Костякова в соответствии со стандартом ГОСТ 26449.1-85: катионно-анионный состав - титриметрическим методом, определение сухого остатка -гравиметрическим, определение pH - потенциометрическим. Водные вытяжки почвенных проб также были выполнены в этой лаборатории по шестикомпонентному составу (определение кальция, магния, натрия, хлоридов,сульфатов и гидрокарбонатов) и рН. Классификация почв была проведена согласно с принятой в работе «Классификация и диагностика почв СССР» [3]. При оценке степени засоления почв использовались критерии, предложенные В.А. Ковдой [4]. Для определения видовой принадлежности растений исследуемых фитоценозов использовали ряд определителей высших сосудистых растений [5, 6, 7]. Латинские названия видов растений приведены по сводке С.К. Черепанова [8]. Анализ жизненных форм растений основан на подходах И.Г. Серебрякова [9], экологические типы растений выделены по Т.К. Горышиной [10]. При описании и классификации растительности использовали доминантный метод в названии сообществ. В целях определения количественной оценки взаимосвязи площади водной поверхности и уровня водоема, площади водной поверхности и минерализации воды использовали статистическую функцию «КОРРЕЛ» в программе Excel.
Одним из интегральных показателей, позволяющих оценить качественное состояние водоема, сформировавшееся за длительный период его эксплуатации, является Показатель химического загрязнения вод - ПХЗ-10. Его использование рекомендовано в п. 3.2.1. методики «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия», утвержденной Минприроды РФ 30.11.1992, в качестве формализованного суммарного Показателя химического загрязнения. Этот Показатель особенно важен для территорий, где загрязнение наблюдается сразу по нескольким химическим веществам, каждое из которых многократно превышает допустимый уровень ПДК (в данном случае и далее говорится о ПДК для рыбохозяйственных водоемов). Показатель химического загрязнения воды (ПХЗ-10) рассчитывается по десяти веществам, максимально превышающим ПДК путем подсчета по формуле (1), суммирующей воздействие (нормированное значение): ПХЗ-10 = (С1/ПДК1 + С2/ПДК2 + ...+ С10/ПДК10), (1) где С1, С2,..., С10 - концентрация химических веществ в воде, ПДК1, ПДК2..., ПДК10 - норматив этого вещества для рыбохозяйственных водоёмов. Критериями экологического состояния водоемов для этого показателя являются нормативные значения, оцениваемые по присутствию веществ 1-2 и 3-4 классов опасности (табл. 2).
Таблица 2.
Экологическое состояние водного объекта, оцененное по значению показателя химического загрязнения (ПХЗ-10) для веществ разных классов опасности [11]
Классы опасности Оценочные показатели и критерии
химических Относительно Неудовлетвори Чрезвычайное Экологическ
элементов удовлетворительное тельное ое бедствие
1-2 1-35 1.1-35 35.1-80 более 80.1
3-4 1-10 10.1-250 250.1-500 более 500.1
Для оценки экологического состояния вод водохранилища методом расчета Показателя химического загрязнения были отобраны и проанализированы пробы на содержание 70 химических элементов таблицы Д.И. Менделеева в лаборатории ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского» методами анализа масс - спектральной с индуктивно-связанной плазмой (МС), атомно-эмиссионный с индуктивно-связанной плазмой (АЭ) по методикам НСАМ №480-ХС и ГОСТ Р 51309-99.
В рамках многолетнего мониторинга создан детализированный банк геоданных, включающий на основе применения ГИС-технологий информацию, полученную с помощью наземных полевых исследований и в ходе лабораторной обработки отобранных проб, анализа материалов космической съемки. Созданная База данных была положена в основу разработки стандартного экологического
паспорта водного объекта как новой формы целевого мониторинга, контролирующего и оценивающего состояние и использование водных и биологических ресурсов конкретного водоема и зоны его воздействия на побережье [12]. Структура созданных экологических паспортов состоит из трех разделов: 1) экологический кадастр; 2) инфраструктура водоемов; 3) сведения о разрешениях (лицензиях) на природопользование и природоохранную деятельность (при наличии).
Геоэкологические исследования проводились на 7 ключевых водоемах, располагающихся в разных природных зонах и ландшафтных условиях. В данной статье приведены результаты исследований по водохранилищу Аршань-Зельмень, расположенному на Ергенинской возвышенности.
Объект исследований
Водохранилище Аршань-Зельмень, согласно физико-географическому районированию, расположено в северной части Ергенинской возвышенности [13]. Согласно ботанико-географическому районированию водохранилище Аршань-Зельмень расположено в пустынной типчаково-ковыльной степи Заволжско-Казахстанской степной провинции Евро-Азиатской степной области, где преобладают мятликово-белополынные, белополынно-типчаково-ковыльные степи в комплексе с полукустарничковыми сообществами на солонцах [14]. В административном отношении водохранилище расположено в Сарпинском районе Республики Калмыкия. Водохранилище питается за счет атмосферных осадков и грунтовых вод. В привершинной части оно принимает 2 притока, начинающиеся из родников. Полный объем водохранилища 29.4 млн. м3, полезный - 26.6 млн. м3, площадь зеркала при НПУ 7.4 км2, длина плотины 250 м, высота плотины 7 м. В теле плотины, по которой проходит федеральная автомобильная трасса Элиста-Волгоград, с 2012 г. организован регулируемый донный водовыпуск. С 1937 года водоем Аршань-Зельмень являлся старейшим водоисточником в республике для регулярного орошения, в настоящее время водозабор на орошение прекращен в связи с ухудшением качества воды. Ежегодное испарение составляют 10-12 млн. м3, что в сочетании с забором воды на орошение приводит к значительному сокращению зеркала водохранилища в летне-осенний период.
Результаты и обсуждение
Результаты сопряженного анализа данных наземных и дистанционных исследований
Динамику площади водной поверхности водоема Аршань-Зельмень в многолетнем аспекте удалось проследить по разновременным материалам дистанционного зондирования и представить на карто-схеме (рис.1). В засушливые годы площадь водной поверхности сильно сокращается. Максимальное наполнение водоема отмечено в 1990 г., когда площадь водного зеркала достигла 8.07 км2, отметка уровня 29.6 м. Минимальное наполнение водоема было в маловодный 1999 г. Этот год характеризовался самым низким значением атмосферных осадков в ряду лет пониженной водности. Площадь водной поверхности сократилась до 2.97 км2, уровень снизился до 26.0 м - на 3.6 м. Глубина у плотины не превышала 5-6 м, а средняя глубина была равна 1.5 м.
По материалам космической съемки наибольшее изменение уровня в многолетнем разрезе составило 4 м. В среднем изменение уровня водохранилища в многолетнем разрезе колеблется от 0.3 до 1.9 м (рис.2). Коэффициент корреляции между значениями уровня и площади оказался высоким и составил -0,96. Минерализация водоема изменяется в пределах от 2.4 г/л до 9.7 г/л и зависит от водности года. Совместный анализ данных ретроспективного мониторинга космической информации и полевых исследований позволили выявить зависимость минерализации поверхностных вод от площади водной поверхности. Рассчитанный коэффициент корреляции между значениями площади и минерализации водоема Аршань-Зельмень оказался очень высок - 0.86, что свидетельствует о высокой тесноте связей между этими параметрами.
Изменение минерализации в течение ряда лет
Анализ литературных и собственных данных по засолению водохранилища (сравниваются данные за май месяц по приплотинному ключевому участку) показывает значительное ее увеличение в течение ряда лет: 1990 г. (1.96 г/л) [15]; 2003 г. (5.37 г/л), 2004 г. (4.7 г/л), 2008 г. (5.67 г/л), 2016 г. (8.19 г/л).
Минерализация поверхностных вод весной 2016 г. составила: у плотины - 8.19 г/л, в центральной части водоема - 8.17, в зоне выклинивания подпора - 9.09 г/л. Осенью минерализация в приплотинной зоне увеличилась до 13.32 г/л, в центральной части водоема - до 14.62 г/л. Гидрохимический состав вод - хлоридно-сульфатно-натриевый, рН - 8.3-8.5. По качественным показателям вода не пригодна для орошения. При использовании вод этого водоема существует большая опасность развития негативных почвенных процессов - натриевого и магниевого осолонцевания.
Условные обозначения
Площадь, кв. км Урез воды, ы
июль 1956 (топокарта) 5,14 27,2
5 мая 1983 3,43 26,3
5 июня 1990 8,07 29,6
6 июля 1991 7,90 28,6 29 сентября 1999 2,97 26,0
6 июля 2001 4,31 26,8
25 мая 2003 5,87 27,7
14 сентября 2004 6,26 2 8,0
12 сентября 2017 2.57 25,9 ключевой участок 1
Д ключ ев ой уч асток 2
Рис. 1. Динамика площади водного зеркала водохранилища Аршань-Зельмень
30 29,5 29 28,5
S 28
jo"
«5 27,5
OQ '
О ^
> 27 26,5 26 25,5 25
0123456789
площадь, кв.км
Рис. 2. График связи площади и уровня водоема Аршань-Зельмень
Оценка экологического состояния водоема
Результаты лабораторных анализов проб воды, отобранных на содержание 70 химических элементов, были сведены в таблицу (табл. 3).
Таблица 3.
Химический состав поверхностных вод водохранилища Аршань-Зельмень в приплотинной части (16.09.2016 г.)
№ Элемент Символ Содержание, мг/дм3 Метод анализа № Элемент Символ Содержание, мг/дм3 Метод анализа
1. Литий Li 0.19 АЭ, МС 36. Серебро Ag < 0.0002 МС
2. Бериллий Be <0.0002 МС 37. Кадмий Cd < 0.0001 АЭ, МС
3. Бор B 2.76 АЭ, МС 38. Индий In < 0.001 МС
4. Натрий Na 2256.2 АЭ 39. Олово Sn < 0.001 МС
5. Магний Mg 289.0 АЭ 40. Сурьма Sb < 0.0004 МС
6. Алюминий Al 0.81 АЭ, МС 41. Теллур Te < 0.0006 МС
7. Кремний Si 2.15 АЭ 42. Цезий Cs < 0.00008 МС
8. Фосфор P 0.38 АЭ, МС 43. Барий Ba 0.093 АЭ, МС
9. Сера S 2971.4 АЭ 44. Лантан La 0.0031 МС
10. Калий K 32.6 АЭ 45. Церий Ce 0.0046 МС
11. Кальций Ca 209.2 АЭ 46. Празеодим Pr 0.00046 МС
12. Скандий Sc < 0.007 МС 47. Неодим Nd 0.0019 МС
13. Титан Ti < 0.009 АЭ, МС 48. Самарий Sm 0.00038 МС
14. Ванадий V < 0.015 АЭ, МС 49. Европий Eu 0.000074 МС
15. Хром Cr < 0.004 АЭ, МС 50. Гадолиний Gd 0.00042 МС
16. Марганец Mn 0.52 АЭ, МС 51. Тербий Tb < 0.00005 МС
17. Железо Fe 1.37 АЭ 52. Диспрозий Dy 0.00037 МС
18. Кобальт Co 0.0019 АЭ, МС 53. Гольмий Ho < 0.00005 МС
19. Никель Ni < 0.004 АЭ, МС 54. Эрбий Er 0.00021 МС
20. Медь Cu 0.020 АЭ, МС 55. Тулий Tm < 0.00005 МС
21. Цинк Zn 0.052 АЭ, МС 56. Иттербий Yb 0.00018 МС
22. Галлий Ga < 0.0003 МС 57. Лютеций Lu < 0.00005 МС
23. Германий Ge < 0.0006 МС 58. Гафний Hf < 0.00007 МС
24. Мышьяк As 0.0089 МС 59. Тантал Ta < 0.00005 МС
25. Бром Br 3.63 МС 60. Вольфрам W < 0.0004 МС
y = 0,59x + 24,319 R2 = 0,9674
26 Селен Se < 0.01 МС 36. Рений Re < 0.00004 МС
27 Рубидий Rb 0.0037 МС 37. Осмий Os < 0.0001 МС
28 Стронций Sr 7.60 АЭ, МС 38. Иридий 1г < 0.00006 МС
29 Иттрий Y 0,0018 МС 39. Платина Pt < 0.00005 МС
30 Цирконий гг < 0,0003 МС 40. Золото Аи < 0.0002 МС
31 Ниобий № < 0,0003 МС 41. Таллий Т1 0.00017 МС
32 Молибден Мо < 0.0008 МС 42. Свинец РЬ 0.0025 АЭ, МС
33 Рутений Ru < 0.0002 МС 43. Висмут Bi < 0.00004 МС
34 Родий Rh < 0.0002 МС 69. Торий та < 0.00007 МС
35 Палладий Pd < 0.0001 МС 70. Уран и 0.0011 МС
Используя полученные показатели, для каждого из двух ключевых участков водоема был рассчитан формализованный индекс по десяти соединениям, максимально превышающим ПДКр (табл. 4). В результате были получены следующие данные: 355.9 - для центральной части; 436.16 - для приплотинной. Согласно полученным значениям ПХЗ-10, состояние водного объекта оценивается как «чрезвычайная экологическая ситуация».
Таблица 4.
Расчет формализованного показателя химического загрязнения (ПХЗ-10) для различных зон водохранилища Аршань-Зельмень по веществам 3-4 класса опасности
№ п/п зоны водохранилища центральная часть приплотинная часть
Показатель ПДК С. мг/дм3 С/ПДК С. мг/дм3 С/ПДК
1 Бор 0.5 2.59 5.18 2.76 5.52
2 Натрий 120 2314.40 19.29 2256.20 18.80
3 Магний 40 307.10 7.68 289.00 7.23
4 Стронций 0.4 7.55 18.88 7.60 19.00
5 Марганец 0.01 0.27 27.00 0.52 52.00
6 Сера 10 2551.50 255.15 2971.40 297.14
7 Медь 0.001 0.02 17.00 0.02 20.00
8 Никель 0.01 0.01 1.30 0.00 0.40
9 Литий 0.08 0.18 2.25 0.19 2.38
10 Железо 0.1 0.22 2.20 1.37 13.70
ПХЗ-10 355.9 436.16
Основными загрязняющими химическими веществами водохранилища Аршань-Зельмень являются шестнадцать, относящихся к 3-4 и 1-2 классу опасности. В расчете показателя химического загрязнения участвовали 10 веществ 3-4 класса опасности. Максимальное превышение ПДК выявлено у серы. В среднем по водоему превышение составило 276.15. Именно сера дает большую часть суммарного значения Показателя химического загрязнения. Максимальные значения превышения ПДК марганцем достигают более чем в 39 раз, стронцием - более чем в 18 раз, натрием - более чем в 19 раз. К их значению приближаются (превышение ПДК в 15-17 раз) медь и железо. Превышения ПДК в 5-7 раз отмечено у бора и у магния. Никель и литий имеют минимальные превышения по ПДК - в 1.5-2 раза. Из химических элементов 1 и 2 классов опасности превышают ПДК во всех пробах только молибден, селен (в пределах 3-5 ПДК) и фосфор - во всех пробах от 12000 до 38000 раз. Превышение ПДК фосфором имеет исключительно высокие значения и только по этому показателю экологическое состояние водоема может быть оценено как «экологическое бедствие». Несмотря на негативную экологическую ситуацию, водохранилище Аршань-Зельмень имеет важное водохозяйственное значение и продолжает использоваться для водопоя скота, любительского рыболовства и рекреации.
Состав и структурно-функциональная организация экотонных систем «вода-суша» на побережье водохранилища Воздействие водохранилища на экотонные (прилегающие к водоему) территории изучалось на двух ключевых участках: ключевой участок «Аршань-Зельмень-центр» и «Аршань-Зельмень-хвост».
Изучение природных компонентов экосистем на топоэкологических профилях проводилось в 20032008 гг. и продолжено с 20^ г. Территориальные границы структурных блоков экотонной системы определяли по изменению характера воздействия водоема: по установленному положению уровня водоема за длительный период, составу растительных сообществ, микрорельефу, глубине залегания грунтовых вод.
Первый ключевой участок «Аршань-Зельмень-центр» (47°35'39.8"; 44°34' 5i.0") расположен на левом берегу водоема на расстоянии i.4 км от плотины. В пределах экотонной системы на побережье были выделены блоки: амфибиальный, флуктуационный, дистантный и маргинальный.
В амфибиальном блоке, представляющем собой пояс побережья затопленный водой, произрастали гигрофиты клубнекамыш морской (Bolboschoenus maritimus) и тростник обыкновенный (Phragmites australis).
Флуктуационный блок был представлен двумя поясами: первый, затопленный паводковыми водами, в котором произрастал подрост кустарника Tamarix laxa высотой i.5 м, T. ramosissima высотой около i.0 м и гигрофит солерос солончаковый (Salicorniaperennans). Во втором поясе флуктуационного блока произрастали солеросово-тростниковые сообщества (Phragmites australis - Salicornia perennans). Грунтовые воды залегали в данном блоке на глубине 0.8 м. Минерализация ГВ составила 5.б г/л, тип засоления - сульфатно-хлоридно-натриевый. Общее проективное покрытие сообщества весной составило i5%, осенью - б5-75%. Весной доминантом сообщества является многолетний злак тростник обыкновенный (Phragmites australis), его ПП <i0% высотой около 20 см. В осенний период доминировал однолетний представитель семейства Chenopodiaceae солерос солончаковый (Salicornia perennans) высотой 20-25 см. Также из маревых произрастали однолетние виды: Suaeda prostrata, Petrosimonia brachiata, Atriplex prostrata, lili которых составило не более 5-i0%. В меньшем обилии были отмечены: многолетний гигрофит Bolboschoenus maritimus, эфемер Eremopyrum triticeum, рудеральные виды растений: Arctium lappa, Argusia sibirica. Общее число видов растений в сообществе в разные годы насчитывало от 9 до i2 видов. Биологическая продуктивность составила в весенний период - 2i г/см2 .
Дистантный блок представлен тремя сплошными полосами Tamarix laxa, высотой более 4 м. Полосы располагались на расстоянии более 20 м друг от друга, между двумя последними находился сухой канал глубиной до 3 м. Первый пояс блока был представлен сообществом Tamarix laxa - Phragmites australis. ОПП сообщества составляло 20%, количество видов растений в данном сообществе - 3i. Сообщество двухъярусное, верхний ярус, высотой до i.5 м, занимал кустарник Tamarix laxa - вид с широкой экологической амплитудой по отношению к факторам засоления и увлажнения. Нижний ярус, высотой 870 см, был представлен субдоминантом Phragmites australis. Из многолетних видов также отмечены: гигрофит Bolboschoenus maritimus, Limonium caspium, Puccinellia distans, из однолетних: Atriplex prostrata, Salicornia perennans, Polygonum novoascanicum, Suaeda prostrata, Senecio vernalis и др. Вес воздушно-сухой фитомассы в весенний период составил i39 г/м2. Второй пояс дистантного блока был представлен сообществом Tamarix ssp.- Alhagi pseudalhagi. Общее проективное покрытие 2535% , количество видов в фитоценозе от 2i до 2б. Пояс слагали два яруса, верхний из которых был занят представителями рода гребенщик - Tamarix ramosissima и T. laxa высотой i.5-i.7 м, сомкнутость крон кустарников равна 0.5-0.б. Второй ярус был представлен в основном рудеральной растительностью: Alhagi pseudalhagi, Amaranthus albus, Argusia sibirica, Xanthium strumarium и др. Участие гигрофита Phragmites australis в травостое составило i5%. Доля участия других видов незначительна. Третий пояс дистантного блока начинался практически сплошной (сомкнутость крон - 0.8-0.9) полосой Tamarix laxa, высота которого более 4 м. Всего в описываемом фитоценозе Tamarix laxa - Mixteherbosa произрастало 20 видов растений, ОПП составило 50%. На террасе преобладали полукустарничек Artemisia santonica, а также полукустарник Alhagi pseudalhagi, многолетний злак Leymus ramosus и однолетняя солянка Sedobassia sedoides, доля участия их в фитоценозе меньше i0%. Как и в предшествующих блоках экотона здесь встречались: Atriplex prostrata, Polygonum novoascanicum, Eremopyrum orientale, E.triticeum, Carduus acanthoides и др.
Маргинальный блок был представлен сообществом Artemisia santonica - Poa bulbosa - Leymus ramosus с ОПП 35% и общим количеством видов, равным 23. В сообществе обильны полукустарничек Artemisia austriaca, многолетний злак Leymus ramosus, эфемероид Poa bulbosa. Растительность приобретает зональный характер, кроме вышеперечисленных видов растений, появилось больше полыней и дерновинных злаков: Artemisia santonica, Festuca valesiaca, Bromus squarrosus и др. При дальнейшем продвижении вглубь плакора растительность сменяется на зональную, характерную для окружающих водоем ландшафтов. Сообщества, произрастающие в данной местности, имели ОПП - 55%, общее
количество видов - 24. Доминантом являлся полукустарничек Artemisia austriaca, субдоминантом -A.lerchiana, доля в сложении травостоя которых 15 и 1G% соответственно. Из многолетних злаков отмечены Stipa lessingiana, Leymus ramosus, Poa bulbosa, однолетние злаки представлены Eremopyrum orientale, Bromus squarrosus. Однолетние солянки представлены Sedobassia sedoides, разнотравье -Tanacetum achilleifolium, Achillea nobilis, Veronica triphyllos, Taraxacum officinale и др. Биологическая продуктивность в весенний период составила 47 г/см2 .
Ключевой участок «Аршань-Зельмень-хвост» (47°35'35.86"; 44°34' 51.G") расположен на расстоянии 4.2 км от плотины на правом берегу водоема. Абсолютные отметки высот 24 м над у. м. На побережье участка выделены 4 блока экотонной системы: флуктуационный, динамический, дистантный и маргинальный. Ширина экотона равна 26G м. Урез воды осенью (15.G9.2G17) отошел по сравнению с весной (17.G5.2G17) на 61 м.
Флуктуационный блок. Грунтовые воды весной залегали на глубине на уровне G.8 м. Минерализация их составила 13.52 г/л, тип засоления - хлоридно-сульфатно-натриевый. К осени ГВ заглубились до 1.15 м. Почвы - влажные луговые. В данных эдафических условиях произрастали сообщества Phragmites australis, высотой 4G-5G см. В сообществе были отмечены следующие виды: Tamarix laxa, Alhagi pseudalhagi, Artemisia santonica, Frankenia hirsuta. Многолетние травы были представлены следующими видами: Argusia sibirica, Puccinellia distans, Limonium caspium, L.gmelinii, Poa bulbosa, двулетние - Xanthium strumarium, Lepidium ruderale, однолетние - Eremopyrum orientale, E. triticeum, Marrubium praecox, однолетники, представленные галофильной растительностью: Salicornia perennans, Suaeda salsa, Senecio vernalis, Tripolium pannonicum. Общее проективное покрытие сообщества флуктуационного блока в весенний период составило 15%, в осенний - 35%. Количество видов растений также варьировало в разные сезоны года - от 13 до 19. Биологическая продуктивность флуктуационного блока в весенний период составила -24 г/см2.
В динамическом блоке грунтовые воды залегали на глубине 2.1 м. Минерализация их составила -15.18 г/л, по качественному составу воды такие же, как в предыдущем блоке. Почвы - луговые. В данном блоке произрастали сообщества Tamarix laxa высотой 8G-12G см, с сомкнутостью крон G.6-G.7. В верхний ярус входили следующие виды: Juncus tenuis, Anisantha tectorum, Ceratocephala testiculata, Ceratocarpus arenarius. Из полукустарников отмечены Аlhagi pseudalhagi, из полукустарничков -Artemisia santonica, Frankenia hirsuta, многолетники представлены Puccinellia distans, Limonium caspium, Argusia sibirica, корневищным Phragmites australis, двулетники - Lepidium perfoliatum, однолетники - Eremopyrum orientale, Lappula patula, Polygonum novoascanicum. ОПП сообщества в разные сезоны года варьировало от 1G-15 до 3G%, общее количество видов - 12-14. Вес воздушно-сухой фитомассы весной составил 46 г/см2.
В дистантном блоке грунтовые воды залегали на глубине более 3 м. Здесь на лугово-каштановых почвах произрастали сообщества Tamarix ssp. - Artemisia ssp. Сообщество трехъярусное: первый ярус, высотой до 2.5 м, образован видом T. laxa, тянущийся прерывистой полосой (сомкнутость G.2). Второй ярус, высотой до 1 м, более сомкнут (G.4), образован T.ramosissima. В третьем ярусе доминируют полукустарнички Artemisia austriaca, A.santonica, с меньшим обилием отмечена A. lerchiana. Многолетние злаки были представлены Festuca valesiaca, Poa bulbosa, осоки - Carex stenophylla, разнотравье - Convolvulus arvensis, Eryngium planum, Taraxacum officinale. Из разнотравья отмечали и однолетние виды: Galium aparine, Lappula patula, Polygonum novoascanicum, Marrubium praecox, Crepis tectorum, злак Eragrostis minor, солянка Sedobassia sedoides. ОПП трявянистого яруса составляло 25-3G%, количество видов варьировало от 8 до 16 в различные сезоны года. Воздушно-сухой вес фитомассы сообщества весной составил 72 г/см2.
Маргинальный блок характеризуется преобладанием ксерофитов, обилием полыней и злаков. Почвы - зональные светло-каштановые в комплексе с солонцами. В пределах данного экотона маргинальный блок представлен сообществом Artemisia austriaca - Poa bulbosa, с ОПП 35-4G%.
Здесь произрастали сообщества Artemisia austriaca - Poa bulbosa с проективным покрытием 35-4G%.
Из полыней доминировали Artemisia austriaca, A. santonica, A. lerchiana. Из злаков произрастали Poa bulbosa, Eragrostis minor, Agropyron desertorum, Stipa lessingiana, S.capillata, Anisantha tectorum. Также произрастали следующие виды: Achillea nobilis, Euphorbia undulata, Crepis tectorum, Dianthus polymorphus, Polygonum novoascanicum, Colchicum laetum, Alyssum desertorum, Argusia sibirica, Lappula patula, Lepidium ruderale. Общее количество видов растений в различные сезоны варьировало от 7 до 18. Биологическая продуктивность сообщества в весенний период составила 38 г/см2.
Флористическая и фитоценотическая оценка экотонной системы «вода-суша» побережья водохранилища Аршань-Зельмень
При исследовании растительности экотонных систем «вода-суша» водохранилища Аршань-Зельмень в 2003-2008 гг. было обнаружено 78 видов растений, относящихся к 20 семействам и 57 родам. В 20162017 гг. исследования возобновили, в результате чего было выявлено увеличение видового богатства и фитоценотического разнообразия: отмечено 105 видов растений из 27 семейств и 78 родов. Многочислены в видовом отношении семейства Asteraceae (20), Роасеае (17) и Chenopodiaceae (13). Остальные семейства представлены от 1 до 8 видов.
Анализ жизненных форм был представлен следующими группами: монокарпические (46.6%) и поликарпические травы (41.0%); полудревесные: полукустарнички (5.8%) и полукустарники (1.9%); древесные формы: кустарники (2.8%) и деревья (1.9%). Выявлены экологические группы растений по отношению к влаге (в %): ксерофиты (33.3), ксеромезофиты (22.8), мезофиты (21.9), мезоксерофиты (16.2), гигрофиты (4.8) и гидрофиты (1.0).
Выводы:
Геоэкологическая оценка водоема Аршань-Зельмень была выполнена на основании измеренных количественных значений нескольких показателей: гидрологических (уровень и площадь водоема), гидрохимических (минерализация, тип химизма), экологических (состояние по ПХЗ-10, состав и структура компонентов экотонных систем). По этим показателям уровень и площадь водоема Аршань-Зельмень нестабильны, минерализация воды в водоеме высокая, значения колеблются в сезонном и многолетнем аспекте от 2.4 г/л до 9.7 г/л. Высокая степень связи между показателями площади водной поверхности и уровня водоема, площади водной поверхности и минерализации позволяет в перспективе находить легко определяемые параметры по материалам дистанционного зондирования, а недостающие получать расчетным методом, без полевых работ. Гидрохимический состав вод - хлоридно-сульфатно-натриевый, рН - 8.3-8.5. По качественным показателям вода не пригодна для орошения. При использовании вод этого водоема существует большая опасность развития негативных почвенных процессов - натриевого и магниевого осолонцевания.
Оценка экологического состояния вод водоема Аршань-Зельмень на основе интегрального Показателя химического загрязнения соответствует «чрезвычайной экологической ситуации». Основными загрязняющими химическими веществами водохранилища Аршань-Зельмень являются шестнадцать, относящихся к 3-4 и 1-2 классу опасности. Значительные превышения ПДК выявлено у серы, марганца, стронция, меди, железа и фосфора. Выявленная экологическая проблема высокого содержания загрязняющих веществ в водоемах требует детального изучения причин ее возникновения и разработки путей решения, так как искусственные водоемы - один из важнейших источников водных ресурсов для населения и их следует поддерживать в удовлетворительном состоянии.
Для оценки экологической роли водоема проводились исследования экотонной системы «вода-суша» на побережье водоема с определением состава и структурно-функциональной организации экотона, определения показателей богатства и разнообразия почв и растительности. В пределах экотонной системы водохранилища Аршань-Зельмень выделяются блоки: амфибиальный, флуктуационный, динамический, дистантный и маргинальный. Ширина экотона на левом и правом побережье составляет 260-300 м, максимальных значений она достигает в зоне выклинивания подпора (до 4-5 км в зависимости от усыхания водоема). По мере удаления от уреза воды глубины залегания и минерализация грунтовых вод возрастают, что может свидетельствовать о питании грунтовых вод из водоема. В почвах отмечено уменьшение содержания солей по мере удаления от уреза воды. Засоление почв почти везде поверхностное, горизонт максимального содержания располагается на глубине 0"10 см. Тип засоления почв преимущественно хлоридно-сульфатный и сульфатно-хлоридный. Наибольшую антропогенную нагрузку испытывает зона выклинивания подпора водохранилища, так как здесь более мелкие глубины и выположенный рельеф побережья, благоприятствующий спуску к воде и водопою крупного и мелкого рогатого скота. Эта часть экотона находится в удручающем состоянии. В экотонной зоне «вода-суша» водохранилища отмечено 105 видов растений из 27 семейств и 78 родов. Многочислены в видовом отношении семейства Asteraceae, Роасеае и Chenopodiaceae. Преобладающей жизненной формой растений в экотоне являются монокарпические травы (46.6%), преобладающим экотипом - ксерофиты (33.3%).
Несмотря на прекращение некоторых функций водохранилища, в частности орошения, водоем имеет важное водохозяйственное значение и продолжает использоваться для водопоя скота, любительского рыболовства и рекреации. Кроме того, нахождение на побережье краснокнижных видов растений,
появление на пролете многочисленных стай мигрирующих птиц позволяет считать этот водоем важным с позиций сохранения биоразнообразия локального и регионального уровня.
1. Уланова, С.С. Эколого-географическая оценка искусственных водоемов Калмыкии и экотонных систем «вода-суша» на их побережьях. М.: РАСХН, 2010. 263 с.
2. Гарбук, С.В. Космические системы дистанционного зондирования Земли / С.В. Гарбук, В.Е. Гершензон. М.: Изд-во А и Б, 1997. 296 с.
3. Егоров, В.В. Классификация и диагностика почв СССР / В.В.Егоров, Е.Н.Иванова, В.М. Фридланд. М.: Колос, 1977. 225 с.
4. Ковда, В.А. Происхождение и режим засоленных почв / В.А. Ковда. М.-Л: Изд-во АН СССР, 1946. Ч. 1. 235 с.
5. Бакташева, Н.М. Флора Калмыкии и ее анализ. Элиста: Джангар, 2000. 136 с.
6. Иванов, В. В. Определитель растений Северного Прикаспия: Маревые, Лилейные. Л.: Наука,
1989. 96 с.
7. Станков, С.С. Определитель высших растений Европейской части СССР / С.С. Станков, В.И. Талиев. М., 1957. 741 с.
8. Черепанов, С.К. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР) [текст] / С.К. Черепанов. Л.: Наука, 1995. 990 с.
9. Серебряков, И.Г. Экологическая морфология растений. Жизненные формы покрытосеменных и хвойных. М.: Высш. шк., 1962. 378 с.
10. Горышина, Т.К. Экология растений. М.: Высш. шк., 1979. 369 с.
11. Шитиков, В.К. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации /. В.К. Шитиков, Г.С. Розенберг, Т.Д. Зинченко. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. 463 с.
12. Уланова, С.С. Экологическое состояние искусственных водоемов Калмыкии, оцененное по показателю химического загрязнения ПХЗ-10 / С.С.Уланова, Н.М. Новикова // Вода и химия. 2017. № 4 (апр.). С. 10-21.
13. Карандеева, М.В. Геоморфология Европейской части СССР. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1957. 315 с.
14. Карта растительности Европейской части СССР [Карта] / отв. ред. Т. И. Исаченко, В. М. Лавренко. 1:2 500000. М.: АН СССР. Бот. ин-т им. В. Л. Комарова, 1974.
15. Цуркан, С.Я. Определение суммарных ресурсов пресной воды для сельхозводоснабжения и обводнения пастбищ КАССР / Отчет Всесоюзного НИИ гидротехники и мелиорации ВНИИГиМ. Элиста,
1990. 46 с.
ЯНОВА М. В.
ИЗ ИСТОРИИ НАУКИ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА В РФ: МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ, ПОДХОДЫ В ОРГАНИЗАЦИИ
Аннотация: В статье приводятся некоторые результаты анализа атмосферных волновых структур в тропической и субтропической атмосфере, показывая роль и значение проблемы климатических изменений, результаты анализа длительных временных рядов наблюдений за основными геофизическими параметрами.
Ключевые слова: космические исследования, загрязнение ресурсов, околоземное пространство, изучение планеты, космический летательный аппарат, полеты, космические съемки, оптико-электронные космические съемочные системы.
Космические исследования позволяют решать наиболее актуальные и важные проблемы сегодня. Это предохранение водных бассейнов и воздуха от загрязнения, изучение ресурсов, исследование удаленных и труднодоступных районов страны и др. При полетах каждого космического летательного аппарата одним из методов изучения планеты, околоземного пространства, Луны и происходящих на ней процессов является метод фотосъемки из космоса, который занимает важное место в программе
