WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Ермохина Ксения Алексеевна ФИТОИНДИКАЦИЯ ЭКЗОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ТУНДРАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЯМАЛА 25.00.23 – Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре биогеографии географического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова Научный руководитель доктор географических наук, профессор Мяло Елена Григорьевна

Официальные оппоненты: доктор географических наук, Викторов Алексей Сергеевич, Институт геоэкологии имени Е.М. Сергеева РАН кандидат биологических наук, Ребристая Ольга Владимировна, Ботанический институт имени В.Л. Комарова РАН Ведущая организация Институт географии РАН

Защита состоится «12» ноября 2009 г. в «1500» часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.13 в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, географический факультет, 18 этаж, аудитория 1807.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова на 21 этаже.

Автореферат разослан «08» октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Горбунова И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из актуальных проблем биогеографии в связи с освоением природных ресурсов Крайнего Севера и изменением климата Арктики, является выявление реакции тундровой биоты на различные природные и антропогенные воздействия и поиск индикаторов для разработки системы мониторинга состояния экосистем. Растительность тундровой зоны весьма динамична, существенный вклад в ее динамику вносят экзогенные геоморфологические процессы (Антропогенная динамика…, 1995).

Из экзогенных процессов наибольшее внимание привлекают криогенные оползни скольжения и дефляция, в силу их широкого распространения и производимых существенных преобразований тундровых экосистем. Они описаны в Канаде (Lewkowicz et al, 2005; Воскресенский, 2001), на Гыдане и Ямале (Лейбман, Кизяков, 2007). Дефляция также характерна для тундр Чукотки (Сизов, Соромотин, 2007), Аляски (Seppl et al, 2004), востока Европейской части России (Кулюгина, 2008). Активизация этих процессов обусловлена происходящим потеплением климата Арктики (Васильев и др., 2008), усугубляемым увеличением количества осадков (Павлов, 2000), и антропогенным воздействием, которое, накладываясь на естественную динамику экосистем, вносит в нее существенные изменения.

По сравнению с другими районами российской Арктики хозяйственное освоение Ямала происходит сейчас наиболее активно, что определяет увеличение антропогенной нагрузки на экосистемы региона, особенно на территории Бованенковского газоконденсатного месторождения, где создаются объекты инфраструктуры, система транспортировки газа (протяженностью более 2500 км) и железная дорога Обская–Бованенково. В настоящее время природа полуострова, за исключением локально освоенных участков, остается практически ненарушенной.

С началом разработки месторождений Ямала начнется усиление опасных экзогенных процессов, что осложнит функционирование объектов добычи и транспортировки газа (Москаленко, 1999; Кузин и др., 2006; Тентюков, 2008).

В связи с этим особое внимание исследователей привлекает не только изучение динамических смен растительности на Ямале (Ребристая и др., 1995;

Украинцева и др., 2002; и др.), но и выявление фитоиндикаторов основных природных процессов, оценки и прогноза развития растительного покрова.

Цель и задачи работы. Цель исследования – выявление индикационных связей растительности с дефляционным и оползневым процессами и поиск фитоиндикаторов разного ранга для мониторинга и прогноза их развития. Для ее достижения последовательно решались следующие задачи:

1. инвентаризация растительности на основе флористической классификации и экологический анализ выделенных синтаксонов;

2. построение эколого-динамических рядов растительности на основе анализа связей растительности с характеристиками местообитаний, присущими разным стадиям развития экзогенных процессов, и оценка возможности их использования в качестве индикаторов этих процессов 3. анализ структуры растительного покрова и выявление сочетаний типов сообществ, формирующихся при развитии того или иного экзогенного процесса;

4. построение карты растительности на основе сопоставления значений вегетационного индекса NDVI, получаемого по космическим снимкам и отражающего структуру и продуктивность растительных сообществ, и показателей проективного покрытия и фитомассы сообществ выделенных синтаксонов;

5. создание ГИС с результирующими слоями фитоиндикационных карт дефляционного и оползневого процессов на основе сопряженного анализа морфологии рельефа и распределения растительности и поверхностных отложений.

Научная новизна работы. Впервые составлена флористическая классификация растительности Центрального Ямала, которая вносит определенный вклад в разработку единой классификации тундровой растительности на этом принципе. Значительно расширено и уточнено представление об индикационных связях растительности тундр Ямала с элементами мезорельефа, генетическими типами поверхностных отложений, глубиной сезонного протаивания и интенсивностью развития дефляции и оползневых процессов. Показана корреляционная связь продуктивности тундровых сообществ со степенью минерализации надмерзлотных грунтовых вод на участках развития криогенных оползней, которая, как было установлено ранее, тесно связана с относительным возрастом таких нарушений. Разработаны принципы создания фитоиндикационной ГИС экзогенных процессов для тундровых регионов. Показана возможность экстраполяции выявленных индикационных связей на северную полосу типичных тундр Гыдана.

Положения, выносимые на защиту:

1. Установлены связи классификационных единиц разного ранга со свойствами абиотических компонентов экосистем и с интенсивностью развития экзогенных процессов. Связи союзов прослеживаются, главным образом, с характером поверхностных отложений и мезорельефом, обуславливающими потенциальную возможность развития дефляции и оползневого процесса. Единицы более низкого ранга – ассоциации и субассоциации – проявляют связь с параметрами экотопов (микрорельефом, мощностью СТС и др.), в свою очередь связанными со стадией развития процесса.

2. В ходе экзогенной сукцессии изменяются видовой состав, набор биоморф высших растений, показатели видового разнообразия и наиболее физиономичные признаки растительного покрова, формирующие особенности фотоизображения на космических снимках, – проективное покрытие ярусов, величина и состав надземной фитомассы сообществ. Индикаторами процессов являются экологодинамические ряды растительности, а их стадий – определенные синтаксоны.

3. Сопоставление значений вегетационного индекса NDVI, получаемого при анализе космических снимков, с показателями продуктивности и структуры сообществ выделенных ситаксонов позволяет локализовать в пространстве звенья построенных эколого-динамических рядов и выявлять, таким образом, закономерности распределения растительности в зависимости от ведущего экзогенного процесса.

4. Сопряженный анализ морфологии рельефа и распределения растительности и генетических типов поверхностных отложений позволяет создать фитоиндикационную ГИС экзогенных процессов, которая дает возможность определять глубину сезонного протаивания, степень развития дефляции и криогенных оползней и выявлять участки их наиболее вероятной активизации.

Научная и практическая значимость работы. Работа выполнена в рамках тем НИР кафедры биогеографии географического факультета МГУ. Полевые работы проведены в составе экспедиций Института Криосферы Земли СО РАН (по грантам РФФИ и международным проектам «CALM») и российско-финской экспедиции (Арктический центр, Рованиеми). Результаты могут использоваться при мониторинге окружающей среды и инженерно-экологических изысканиях, а также в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на конференциях студентов и аспирантов «Ломоносов» (Москва, 2002, 2003), Международной конференции «Экстремальные криосферные явления: фундаментальные и прикладные аспекты» (Пущино, 2002), 5-х научных чтениях им. Е.М. Сергеева (Москва, 2003), Международной конференции «Криосфера Земли как среда жизнеобеспечения» (Пущино, 2003), 8-ой Международной Мерзлотоведческой Конференции (Цюрих, Швейцария, 2003), Международной конференции по Северным территориям (Эдмонтон, Канада, 2003), заседании Комиссии биогеографии Русского географического общества (Москва, 2005).

Публикации. Результаты представлены в 4 статьях (1 из которых опубликована в журнале, рекомендованном ВАК) и 9 тезисах докладов.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и выводов, списка литературы, включающего 207 наименований (на русском и 21 на иностранных языках, 2 ссылки на интернет-ресурсы). Объем работы – 166 страниц основного текста (в том числе 19 таблиц, 119 рисунков и карты).

Благодарности. Автор глубоко признателен своему научному руководителю Е.Г. Мяло, Е.Г. Сусловой и всему коллективу кафедры биогеографии географического факультета МГУ. Автор благодарит Н.Г. Украинцеву, М.О. Лейбман, С.Н. Эктову, И.Д. Стрелецкую, Н.А. Глебову, сотрудников Института Криосферы Земли СО РАН и лаборатории Растительного покрова Крайнего Севера Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Методы и материалы анализа индикационных связей растительности и экзогенных процессов Растительность – центральный и один из наиболее доступных для наблюдения блоков экосистем, связанный прочными экологическими связями с абиотическими блоками, что позволяет использовать растительный компонент для диагностики состояния всей экосистемы в целом. Развитие фитоиндикационного направления связано с выявлением обусловленности структуры и динамики растительности комплексом природных и антропогенных факторов.

Теоретические и методические аспекты фитоиндикации природных и антропогенных процессов основаны на выявлении сукцессионной преемственности между сообществами и построении эколого-динамических (сукцессионных) рядов растительности (Виноградов, 1964 и др.; С.В. Викторов, 1966 и др.; Мяло, 2000 и др.). Расположение звеньев такого ряда в пространстве зачастую отражает направление течения процесса и создает своеобразный рисунок растительного покрова (Мельцер, 1980; А.С. Викторов, 1986; Беликович, 2001).

Начало индикационным исследованиям в Арктике положила работа Б.Н. Городкова (1928) по фитоиндикации мощности сезонного протаивания. В связи с хозяйственным освоением Севера постепенно сформировалось направление ландшафтной индикации инженерно-геологических условий (Протасьева, 1967;

Мельников, 1966; Геокриологический прогноз.., 1983). В последние десятилетия внимание фокусируется, в основном, на диагностике антропогенных изменений природы Арктики (Дружинина, Мяло, 1990; Голубева, 1999; Москаленко, 1999; и др.).

Исследования ботанико-географических особенностей Арктики (Городков, Сочава, 1956; Юрцев, 1974 и др., Грибова, 1977 и др.; Петровский, 1978 и др., Мельцер, 1980 и др.; Катенин, 1981 и др., Матвеева, 1985 и др.; Ребристая, 1989 и др.; Холод, 1993 и др.) создали основу для изучения индикационных связей растительности.

На обширных территориях Центрального Ямала динамика растительности в значительной степени определяется развитием криогенных оползней и дефляции, связанным с генетическим типом отложений и мезорельефом.

Склоны морских верхнеплейстоценовых террас, занимающие до 80% площади Центрального Ямала, сложены сильнольдистыми засоленными глинистыми отложениями, в которых развиваются процессы криогенного оползания. Оползни активизируется в конце лета, когда мощность сезонно-талого слоя (СТС) достигает максимума, их размеры составляют до 100 м в ширину и до 150 м в длину, мощность сползшей толщи обычно около 1 м. Минерализация надмерзлотных грунтовых вод резко возрастает после схода оползня, за счет растворения химических соединений из вышедших на дневную поверхность засоленных многолетнемерзлых пород (ММП) (Лейбман, Кизяков, 2007).

Зарастание участков, нарушенных оползнями, происходит стадийно и постепенно приводит к формированию сообществ с развитым ярусом из ивы сизой (Salix glauca) (Ребристая и др. 1995). Развитие таких ивняков вне долин водотоков отмечено только в типичных тундрах Ямала, Гыдана и Канады (Ермохина, Украинцева, 2003; Lewkowicz et al, 2005; и др.). В южных тундрах Ямала на аналогичных ландшафтных позициях распространены низкорослые сообщества с карликовой березкой (Betula nana), а в арктических тундрах – с полярной ивой (Salix polaris) и дриадой восьмилепестной (Dryas octopetala) (Мельцер, 1980).

Распространение ивняков на участках относительно недавно сошедших оползней позволило предположить, что они формируются, в том числе, за счет внесения дополнительного минерального питания грунтовыми водами (Украинцева и др., 2002). Отсутствие таких сообществ в южных тундрах, по-видимому, связано с протаиванием с поверхности ММП в голоценовый оптимум и выносом содержавшихся в них морских солей; в арктические тундры Salix glauca не заходит.

На возвышенных элементах рельефа Центрального Ямала, сложенных комплексом элювиально-делювиальных песчаных отложений, перекрывающих морские террасы, часто отмечается развитие дефляции (Forman et al, 2002). Ее активизация обычно обусловлена процессами эрозии, протекающими по канавкам протаивания повторно-жильных льдов (ПЖЛ), из-за чего центральная часть морозобойных полигонов становится выпуклой и подвергается сильному промерзанию зимой из-за сдува снега, что приводит к изреживанию растительности, а следовательно, и к развитию дефляции. Общие закономерности сукцессионных смен растительности на развеваемых песчаных отложениях Ямала описаны в работах Л.И. Мельцер (1980), М.А. Магомедовой и Л.И. Морозовой (1997), С.А. Пристяжнюка (1997 и др.), М.Ю. Телятникова (2003) и С.Н. Эктовой (2008).

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»