CC BY
34
УДК 911.52
DOI: 10.24411/1728-323X-2018-14064
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО ПРИКАСПИЯ
А. С. Табелинова, старший преподаватель Казахстанского филиала МГУ имени М. В. Ломоносова, biota0506@mail.ru, г. Астана, Казахстан
На основе изучения геоморфологических уровней северо-восточного Прикаспия, сформированных в результате истории развития региона и периодического колебания уровня Каспийского моря, выделена высотно-ландшафтная дифференциация исследуемой территории с учетом различий ландшафтных особенностей и специфики геоэкологических процессов. Определены границы пространственного распространения и степень развития исследуемых процессов с помощью индикационного дешифрирования, выявлен синергетический эффект геоэкологических процессов и его последствия. Проведена геоэкологическая оценка исследуемой территории и предложены природоохранные мероприятия с учетом государственных кадастров природоохранных ресурсов Республики Казахстан.
The North-Eastern Caspian Sea Regions high-altitude landscape differentiation was based on the study of the geo-morphological levels which were formed as a result of the Regions development and the Caspian Sea level periodic fluctuations and includes differences in landscape features and the specifics of geo-ecological processes. The boundaries of spatial distribution and the degree of investigated processes development were determined by index interpretation. The synergetic effect of geo-ecological processes and its consequences were revealed. Geo-ecological assessment of the investigated territory was carried out and environmental measures were proposed taking into account the state cadastres of nature protection resources of the Republic of Kazakhstan.
Ключевые слова: синергетический эффект геоэкологических процессов, геоэкологические районы, современные ландшафты северо-восточного Прикас-пия, ландшафтные ярусы.
Keywords: synergetic effect of the geo-ecological processes, geo-ecological regions, modern landscapes of the North-Eastern Caspian Region, landscape levels.
Введение. Современные ландшафты северо-восточного Прикаспия сформировались в процессе длительной истории естественной эволюции природной среды в условиях периодического колебания уровня моря со следами исторических трансгрессий (бакинской, хазарской, хвалынской и новокаспийской) и регрессий [1, 2], а также под влиянием интенсивного хозяйственного освоения побережья, получившего развитие с начала XX в. Из-за малого уклона дна прибрежной зоны северной и северо-восточной части Каспийского моря и прилегающей к ней суши происходит постоянная перестройка береговой линии, охватывающая до 15 км при изменениях фонового уровня моря на один метр и до 20—30 км при сгон-но-нагонных колебаниях уровня моря [3, 4], оказывающая значительное влияние на динамику развития геоэкологических процессов в прибрежных ландшафтах.
Выработанная современная вертикальная дифференциация территории региона (рис. 1, а), сложившаяся в ходе формирования основных геоморфологических уровней под влиянием значительной неотектонической деформации региона и изменений уровня моря, а также интенсификация хозяйственной деятельности, оказывают значительное влияние на динамику ландшафтов побережья и определяют развитие таких геоэкологических процессов, как засоление, деградация растительного покрова, дефляция, линейная эрозия и плоскостной смыв, абразия берегов, подтопление и затопление, а также техногенное загрязнение вследствие развития нефтедобычи и периодического подтопления законсервированных нефтяных скважин (рис. 1). Под геоэкологическими процессами понимаются изменения, происходящие в пределах современных ландшафтов под влиянием антропогенных воздействий (перевыпаса скота, нефтедобычи) на фоне естественной эволюции природной среды и оказывающие положительное или отрицательное влияние на жизнедеятельность населения (расселение населения, продуктивность сельскохозяйственных угодий и др.).
Материалы и методы исследований. Исследованию геоэкологических процессов, обусловленных резким колебанием уровня Каспийского моря за последние 50—70 лет, посвящены работы многих ученых, благодаря которым был собран фактологический материал для изучения геоэкологических процессов исследуемый территории.
Геоэкологические процессы рассматривались в пределах ландшафтов северо-восточного Прикаспия с применением
Рис. 1. Геоэкологические процессы северо-восточного Прикаспия: а) ландшафтные ярусы и подъярусы северо-восточного Прикаспия и ключевые участки исследования геоэкологических процессов: склоновые процессы (а — линейная и речная эрозия, делювиально-пролювиальный смыв), б — эоловые процессы (дефляция и эоловая аккумуляция), в — соровые процессы (засоление и соровая дефляция), г — аккумулятивные процессы (озерная аккумуляция), подтопление и затопление вследствие колебания уровня моря, д — техногенные процессы (техногенное загрязнение), е — деградация растительного покрова; б) пространственное распространение и интенсивность развития геоэкологических процессов
комплекса географических методов: полевых исследований, ландшафтно-типологического, сравнительно-географического, системного анализа, картографического, дешифрирования данных дистанционного зондирования (ДДЗ). Основой работы послужили материалы, собранные автором при проведении полевых исследований на территории Мангистауской и Атырауской областей с 2013—2015 гг. по сбору материалов в рамках проекта «Создание Атласа и геопространственной оценки природно-ресурсного потенциала, социально-экономического развития и экологического состояния территории Атырауской области на основе ГИС-технологий» и участия в проекте ГЭФ/ПРООН «Оценка ситуации по процессам опустынивания (движение песков) в отдельных районах Мангистауской области и выработка рекомендаций», выполняемые Институтом географии Республики Казахстан.
Геоэкологические процессы изучались на ключевых участках (в масштабе до 1:500 000), что позволило выявить их генезис (природную и антропогенную причины возникновения) и интенсивность их проявления. Ключевые участки выбирались в зависимости от наибольшей подверженности ландшафтов развитию определенного геоэкологического процесса (рис. 1, а).
Составление мозаики одновременных космических снимков Ьапё8а15,7 с одинаковым пространственным разрешением (30 м), позволило применить разработанные на ключевых участках прямые и косвенные дешифровочные признаки (таблица) для выделения пространственной дифференциации геоэкологических процессов на всей территории северо-восточного Прикаспия в 1:1 500 000 масштабе (рис. 1, б). Например, прямыми дешифровочными признаками засоления послужили морфологическая выраженность процесса (светлый тон и четкие контуры рисунка, солевая корка на поверхности), глубина и минерализация грунтовых вод, косвенными — видовой состав растительности (однолетне- и много-летнесолянковая растительность), а также смена тростниково-камышовых зарослей в ландшафтах первичной м орской равнины на г алофитную растительность.
Обсуждение полученных результатов. На основе геоинформационного картографирования в результате анализа высотно-ландшафтной дифференциации территории, распространении и степени развития геоэкологических процессов в современных ландшафтах было проведено геоэкологическое районирование северо-восточного Прикаспия (рис. 2).
Основными территориальными единицами районирования являются ландшафтные ярусы и подъярусы, подразделяющиеся на геоэкологические районы с учетом пространственного распространения и преобладания определенных геоэкологических процессов [10]. Ландшафтные ярусы выступают в роли (макро)фактора ландшафтной дифференциации [11] и определяют вид и характер геоэкологического процесса, подъярусы объясняют степень их развития. На каждой ступени геоэкологического районирования был использован определенный классификационный признак: по морфоструктурным особенностям и генезису рельефа на территории северо-восточного Прикаспия выделено 5 ландшафтных ярусов; по мор-фолитологическим и морфометрическим характеристикам рельефа, обусловливающим развитие геоэкологических процессов природного генезиса, выделено 14 ландшафтных подъярусов; в со-
ответствии с различными типами антропогенного использования современных ландшафтов, что способствует развитию геоэкологических процессов антропогенного генезиса или интенсификации природных геоэкологических процессов, ландшафтные подъярусы подразделены на 64 геоэкологических района; по степени проявления доминирующих геоэкологических процессов геоэкологические районы разделены на 127 геоэкологических подрайонов.
Таким образом, геоэкологическое районирование основывается на предварительно проведенном типологическом районировании (высотно-ландшафтной дифференциации территории). Например, по границам распространения геоэкологических процессов и степени их проявления в подъярусе У-3 были выделены Оликолтыкский (У3-58) и Улкенсорский (У3-59) геоэкологические районы. Улкенсорский геоэкологический
Таблица
Прямые и косвенные дешифровочные признаки исследования геоэкологических процессов
Геоэкологический процесс Дешифровочные признаки
Засоление • характер рельефа; • глубина и минерализация грунтовых вод; • наличие галофитно-полынной, однолетнесолянковой растительности; • морфологическая выраженность засоления по дешифровочным признакам; • значение кривой спектральной яркости (КСЯ) многозонального космического снимка Landsat; • расчет нормализованного индекса разновидности засоления (NDSI)
Деградация растительного покрова • колебание уровня моря и увеличение засоления почвенного покрова; • расчет нормализованного вегетационного индекса (NDVI); • смена видового состава растительного покрова и его общего проективного покрытия, выявленные на синтезированном космическом снимке Landsat, за определенный период времени
Дефляция и эоловая аккумуляция • наличие барханных форм рельефа и котловин выдувания; • направление и скорость ветра на высоте 2 м над землей, м/сек; • растительный и почвенный покров, общее проективное покрытие растительности (ОПП), %; • механический состав почвенных грунтов; • характер рисунка контуров [ Кравцова, 2005] и изменение барханных форм рельефа, выявленные на синтезированном космическом снимке Landsat
Водная эрозия (линейная, плоскостной смыв) • поверхностный сток, крутизна и экспозиция склонов; • использование м одуля SpatialAnalyst (Hydrology) в программе ArcGis на основе ц ифровой м одели рельефа (http:dds.cr.usgs.gov/srtm/Eurasia), растра аккумуляции стока (Flow Accumulation) и растра направления потока выносимого материала (FlowDirection)
Абразия берегов • выделение контуров на топографической карте и береговых уступов на космическом снимке; • горные породы и растительный покров
Подтопление и затопление • динамика засоления в прибрежной полосе; • смена растительного покрова, выявленная по космическим снимкам; • идентификация водного зеркала на основе нормализованного индекса влагосодержания NDWI
Техногенное загрязнение компонентов ландшафта • картографирование нефтегазовых реализуемых месторождений; • анализ изменения кривой спектральной яркости (КСЯ); • отражательная способность загрязнения нефтью почв
Морфоструктура и генезис рельефа
Высотно-ландшафтный ярус
Морфолитология и морфометрия рельефа Преобладающий геоэкологический процесс (природного генезиса)
О
Высотно-ландшафтный подъярус
Антропогенный тип воздействия Преобладающий геоэкологический процесс (антропогенного генезиса)
О
Геоэкологический район
Интенсивность развития геоэкологического процесса
О
Геоэкологический подрайон
Однородность почвенно-растительного покрова
о
Подвид ландшафта
Геоэкологический район
Объект классификации
Геоэкологические процессы
Классификационный признак
Рис. 2. Схема геоэкологического районирования
район помимо активного развития процесса засоления подвергается техногенному загрязнению нефтеуглеводородами в пределах месторождений Каражанбас и Арман, поэтому по интенсивности протекания внутри Улкенсорского геоэкологического района геоэкологических процессов выделяются 2 подрайона.
На основе синтеза геоэкологических районов/ подрайонов, объединенных по интенсивности и распространению геоэкологических процессов и их синергетического эффекта, проведена геоэкологическая оценка [12, 13] исследуемого региона северо-восточного Прикаспия. На основе оверлейных операций выделены территории с разным состоянием природной среды и определен ее процент от общей площади исследуемого региона (кризисная — 21 %, напряженная — 44 %, умеренная — 30 %, относительно благоприятная — 4 % и благоприятная — 1 %).
В результате исследования было выявлено, что на Прикаспийской низменности основное распространение получило засоление, связанное с высокой минерализацией и неглубоким залеганием грунтовых вод (3—6 м) в прибрежной зоне, сильным испарением в условиях сухого и жаркого климата и разливом высокоминерализованных (>100 гр/л) сточных вод при нефтедобыче. Повсеместное распространение на всей исследуемой территории северо-восточного Прикаспия получила ветровая эрозия, которая, в свою очередь, связана с накоплением на большей части территории песчано-детритово-глинистых отложений
неоген-четвертичного возраста в результате новейших трансгрессий [14].
Так как внутри одного геоэкологического района могут быть несколько типов землепользо-ваний или выделятся внутренние природные отличия (интенсивность стока, выходы коренных пород, морфометрические характеристики рельефа и др.), следовательно, в пределах одних и тех же районов могут протекать несколько геоэкологических процессов с разной интенсивностью развития. Одни геоэкологические процессы могут быть причиной возникновения других процессов или объединяясь, могут образовывать си-нергетический эффект (СЭГП) т. е. усиливающийся эффект взаимодействия двух или более процессов, в котором совместное воздействие существенно превосходит простую сумму действий каждого из них. Например, в береговой зоне северо-восточного Прикаспия из-за сгонно-нагон-ных явлений интенсифицируется процесс засоления почв, вследствие подтягивания высокоминерализованных грунтовых вод, что приводит к смене почвенно-растительного покрова (появление в ландшафтах первичной морской равнины галофитной растительности и солончаков на м ес-те тростниково-камышовых зарослей на приморских лугово-болотных почвах), в сочетании с дефляцией расширяется ареал засоления почв, интенсифицируется процесс деградации растительности и сокращаются пастбищные угодья. То есть вследствие подтопления и затопления прибрежных ландшафтов сокращение площадей пастбищных угодий и деградация растительного покрова происходят значительно меньше, чем в результате синергетического эффекта с процессами засоления почв и солевой дефляцией.
На основе проведенной оверлейной операции (генерации новых и изменения существующих объектов путем совмещения различных цифровых карт) границ распространения и интенсивности развития исследуемых геоэкологических процессов северо-восточного Прикаспия был получен новый синтезированный слой под названием синергетический эффект геоэкологических процессов (СЭГП) (рис. 3):
1) под сильный СЭГП процессов попадают районы, расположенные в береговой зоне северовосточного Прикаспия (рис. 3, антропогенные модификации ландшафтов № У1-14б, У12-21а, У3-55а, У3-58-59а, У4-64а), с синергетическим эффектом процессов подтопления и затопления, абразии, засоления почв, деградации растительного покрова и местами с техногенным загрязнением. Также районы техногенного загрязнения (1111 -11а, У1-37а, У3-54б, У3-55б, У3-57а,
Рис. 3. Синергетический эффект геоэкологических процессов северо-восточного Прикаспия
У2-48-49а, б, У3-59а, б, У1-45-46а), где проявляется синергетический эффект процессов засоления, водной и ветровой эрозии с техногенным загрязнением в местах разработки и добычи полезных ископаемых;
2) умеренный и средний СЭГП проявляются в районах, расположенных преимущественно в ниж-
нем ландшафтном ярусе (У) погруженной части Прикаспийской низменности с отрицательными абсолютными отметками поверхности (—29 — 0 м) на морских четвертичных отложениях, подверженных ветровой эрозии, засолению и техногенному загрязнению. Умеренный эффект также проявляется в районах, расположенных в предгорьях Мангистау, где активно протекают такие неблагоприятные процессы, как линейная эрозия и плоскостной смыв, дефляция и эоловая аккумуляция, засоление (111-6б, 3б, 111-4а, б, У13-26а, в, У13-25а, У13-27, б) и в районах с интенсивным техногенным загрязнением (месторождение Жа-наозен, Мунайшы, Жетыбай, 111-6б);
3) слабый СЭГП проявляется в районах с монодоминантными процессами, где вторичные процессы имеют низкую степень динамичности и слабо контактируют с преобладающими. Такие районы преимущественно расположены на территории плато Устюрт (112-8а, б, 112-7а, У1-24а, б), на Куландинском, Мангистауском плато (111-58а, 1У.3-32а), где преимущественно развиваются процессы водной и ветровой эрозии.
Заключение. Дифференциация территории на геоэкологические районы является основой для разработки планов по м инимизации развития неблагоприятных воздействий геоэкологических процессов, а также важным фактором устойчивого развития региона для снижения антропогенной нагрузки, сохранения природной среды и благоприятных условий жизни местного населения.
Благодарности. Автор выражает признательность научному руководителю к. г. н., доценту Ми-лановой Е. В. за помощь и поддержку при выполнении работы.
Библиографический список
1. Рычагов Г. И. Колебание уровня Каспийского моря: причины, последствия, прогноз // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География, 2011. № 2. С. 4—12.
2. Леонтьев О. К., Маев Е. Г., Рычагов Г. И. Геоморфология берегов и дна Каспийского моря. М., Изд-во Моск. ун-та, 1977.
3. Игнатов Е. И., Каплин П. А. и др. Влияние современной трансгрессии Каспийского моря на динамику его берегов // Геоморфология, Наука (М.), № 1, 1992. — С. 12—21.
4. Табелинова А. С. Влияние колебания уровня Каспийского моря на прибрежные ландшафты Мангистауской и Аты-рауской областей Казахстана // Геоморфология. Наука (М.). — 2016. — № 2. — С. 96—103.
5. Бадюкова Е. Н. История развития Северного Прикаспия и дельты Волги // Океанология, 2010, том 50, № 6. С. 1002—1009.
6. Геоэкологические изменения при колебаниях уровня Каспийского моря / Под ред. П. А. Каплина, Е. И. Игнатова. М.: Географический ф-т МГУ, 1997. — 208 с. (Геоэкология Прикаспия / Гл. ред. Н. С. Касимов. Вып. 1).
7. Свиточ А. А. Большой Каспий: строение и история развития. М.: Изд-во МГУ, 2014. — 270 с.
8. Глазовский Н. Ф. Избранные труды. Том 2. Основные современные экологические, геополитические проблемы Каспийского региона. — М., 2009.
9. Касимов Н. С., Касатенкова М. С., Ткаченко А. Н., Лычагин М. Ю., Кроненберг С. Б. Геохимия лагунно-мар-шевых и дельтовых ландшафтов Прикаспия. 100 лет со дня рождения А. И. Перельмана / Н. С. Касимов [и др.]. — М.: Лига-Вент, 2016. — 244 с.
10. Табелинова А. С. Геоэкологические процессы на территории северо-восточного Прикаспия (Атырауская и Ман-гыстауская области Казахстана) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. — 2018. — № 1. — С. 25—32.
11. Николаев В. А. Проблемы регионального ландшафтоведения. — М.: МГУ, 1979. — 160 с.
12. Кочуров Б. И. Экодиагностика и сбалансированное развитие. — М.-Смоленск: Маджента, 2003. — 384 с.
13. Кочуров Б. И. Экодиагностика и сбалансированное развитие: учебное пособие. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2016. — 362 с.
14. Акиянова Ф. Ж., Нурмамбетов Э. И. Геоморфология шельфа и береговой зоны казахстанской части Каспийского моря в условиях современной трансгрессии: Доклад на III Ассамблее университетов прикаспийских государств. Ак-тау, 1998. С. 198—200.
SYNERGETIC EFFECT OF GEOECOLOGICAL PROCESSES AND GEOECOLOGICAL ZONING OF THE NORTH-EASTERN CASPIAN REGION
A. S. Tabelinova, senior teacher, Kazakhstan branch of Lomonosov Moscow State University, biota0506@mail.ru.
Astana, Kazakhstan
References
1. Rychagov G. I. Kolebaniye urovnya Kaspiyskogo morya: prichiny. posledstviya. prognoz // Vestn. Mosk. un-ta. Ser. 5. Geo-grafiya. [Caspian Sea level fluctuations: causes, cosiquences, outlook. Bulletin of Moscow State University. Series. 5. Geography]. 2011. No. 2. P. 4—12. [in Russian].
2. Leontiev O. K., Maev E. G., Rychagov G. I. Geomorfologiya beregov i dna Kaspiyskogo morya. [Geomorphology of the Caspian Sea coasts and bottom]. Moscow, Izd-vo MGU, 1977. 210 p. [in Russian].
3. Ignatov E. I., Kaplin P. A. Vliyaniye sovremennoy transgressii Kaspiyskogo morya na dinamiku ego beregov. Geomorfologiya. [Influence of the recent transgression of the Caspian Sea on its coastal dynamics. Geomorphology]. Moscow, Nauka, No. 1, 1992. P. 12—21 [in Russian].
4. Tabelinova A. S. Vliyaniye kolebaniya urovnya Kaspiyskogo morya na pribrezhnyye landshafty Mangistauskoy i Atyrauskoy oblastey Kazakhstana // Geomorfologiya. [The impact of Caspian transgressions on coastal landscapes. Scale 1:1 000 000. Atlas of Atyrau region. Geomorphology]. Almaty, 2014. P. 236—237. [in Russian].
5. Badyukova E. N. Istoriya razvitiya Severnogo Prikaspiya i delty Volgi. Okeanologiya. [Development history of the Northern Caspian Sea Region and the Volga delta. Oceanology]. 2010. Vol. 50. No. 6. P. 1002—1009. [in Russian].
6. Geoekologicheskiye izmeneniya pri kolebaniyakh urovnya Kaspiyskogo morya [Geo-ecological changes due to fluctuations of the Caspian Sea level] / Eds. Kaplin P. A., Ignatova E. I. Moscow, Moscow State University, Faculty of Geography 1997. 208 p. (Kasimov, N. S. (Chief Editor), Geo-ecology of the pre-Caspian zone, Vol. 1.) [in Russian].
7. Svitoch A. A. Bolshoy Kaspiy: stroyeniye i istoriya razvitiya. [The Greater Caspian Sea: structure and history of development]. Moscow, MSU, 2014. 270 p. [in Russian].
8. Glazovsky N. F. Izbrannyye trudy. Tom 2. Osnovnyye sovremennyye ekologicheskiye. geopoliticheskiye problemy Kaspiysko-go regiona. [Selected papers. Volume 2. Basic modern ecological, geopolitical problems of the Caspian Sea Region]. Moscow, KMK Scientific Press Ltd, 2009. 535 p. [in Russian].
9. Kasimov N. S., Kasatenkova M. S., Tkachenko A. N., Lychagin M. Yu., Kronenberg S. B. Geokhimiya lagunno-marshevykh i deltovykh landshaftov Prikaspiya. 100 let so dnya rozhdeniya A. I.Perelmana [Geochemistry of the Caspian Sea lagoon-marshy and delta landscapes. The 100th anniversary of the birth of A. I. Perelman] / N. S. Kasimov [et al.]. Moscow, Liga-Vent, 2016. 244 p. [in Russian].
10. Tabelinova A. S. Geoekologicheskiye protsessy na territorii severo-vostochnogo Prikaspiya (Atyrauskaya i Mangystauskaya ob-lasti Kazakhstana) // Vestnik Mosk. un-ta. Ser. 5. Geografiya. [Geoecological processes on the territory of North-Eastern Caspian Sea Region (the Atyrau and Mangystau Regions of the Republic of Kazakhstan). Vestnik MGU. Series 5. Geography]. 2018. No. 1. P. 25—32 [in Russian].
11. Nikolaev V. A. Problemy regionalnogo landshaftovedeniya [Problems of regional landscape studying]. Moscow, MSU, 1979. 160 p. [in Russian].
12. Kochurov B. I. Ekodiagnostika i sbalansirovannoye razvitiye. [Ecodiagnostics and balanced development]. Moscow — Smolensk, Magenta, 2003. 384 p. [in Russian].
13. Kochurov B. I. Ekodiagnostika i sbalansirovannoye razvitiye. uchebnoye posobiye. — 2-e izd., ispr. i dop. [Ecodiagnostics and balanced development: a training manual. 2nd ed., revised and enlarged]. Moscow, INFRA-M, 2016. 362 p. [in Russian].
14. Akijanova F. G., Nurmambetov E. I. Geomorfologiya shelfa i beregovoy zony kazakhstanskoy chasti Kaspiyskogo morya v usloviyakh sovremennoy transgressii: Doklad na III Assambleye universitetov prikaspiyskikh gosudarstv. [Geomorphology of the Kazakh part of the Caspian sea coast and shelf in current transgression: the report of Caspian states' universities assembly]. Aktay, 1998 p. 198—200. [in Russian].
