Глава 7. Механизмы формирования и кризисные процессы фитоценозов дельты волги

7.1. Механизмы формирования растительных сообществ экотонов

Особенности развития исследований по проблемам сохранения и устойчивого использования экосистем в последние десятилетия во многом обусловлены все возрастающими темпами воздействия человека на природную среду. Повышенный интерес вызывают проблемы пространственно-временной динамики различных экосистем и оценки их устойчивости. Значительно менее изученными оказались природные комплексы, которые занимают пространства вдоль границ между основными зонами. С одной стороны, они становятся своеобразными буферами для экосистем, а с другой - расширяют сферу действия антропогенных факторов.

Одним из традиционных методических приёмов организации био- и географических объектов является анализ соотношений ядра и периферии. Известна экологическая триада, которая включает некоторый оптимум значений фактора для существования сообщества и два крайних пессимума (min и max значения фактора), характеризующих критические состояния объекта и пределы его толерантности к данному фактору. Ф.Н. Мильков (1986) предложил применять это правило для расчленения природной зоны на три подзоны, из которых средняя подзона принимается за «ядро типичности» данной зоны, а две крайних считаются переходными к соседним зонам (Коломыц, 1995). Этот методический прием был использован при изучении основных геоморфологических структур дельты Волги. Исследования проводились в буферных зонах, расположенных между бэровскими буграми и поёмными местоположениями и представленных лугово-степными сообществами средиземноморского типа растительности умеренно-засолённых почв класса Glycyrrhizetea glabrae. Диагностическим ядром класса является группа ксерофитных видов - Glycyrrhiza glabra, Acroptilon repens, Dodartia orientalis, Calamagrostis epigeios, Medicago caerulea, Eryngium planum, Carex stenophylla, Bassia hyssopifolia (Голуб, 1998).

Длительные наблюдения на стационарных участках и анализ полученных результатов говорят об объекте нашего исследования как об экотоне, расположенном в пределах двух подсистем (бэровские бугры и поёмные биотопы), которые между собой равнозначны и представляют геосистему в виде триггера, обладающего гистерезисными свойствами. Триггер представляет собой систему двух альтернативных конкурирующих подсистем, находящихся в состоянии неустойчивого равновесия (Корниенко, 1973; Коломыц, 1995). Состояния системы могут сменяться во времени, но в каждый момент исключают друг друга. Неустойчивый характер промежуточных фаз объясняется наличием контура конкурентной обратной связи в структурной схеме системы. Два альтернативных состояния, которые в случае глубоких качественных различий между ними могут рассматриваться как две автономные относительные системы, тем или иным способом подавляют друг друга. Подавление «чуждых» видов осуществляется путём создания каждой ассоциацией своих специфических условий фитогенной среды (С1 и С2 на рис. 7.1). С другой стороны, фитогенные среды не препятствуют, а способствуют возобновлению своих адаптированных к ней видов. Таким образом, обеспечивается длительное, в принципе, бесконечное самовозобновление каждой из подсистем.



Рис. 7.1. Блок-схема связей в триггерной системе, состоящая из двух фитоценозов (Ф1 и Ф2): «+» - положительные связи, «-» - отрицательные связи

Переход из одного в другое совершается только при участии внешних сил. В роли блока, ответственного за принятие решения о переходе в альтернативное состояние, выступают флуктуации одного из постоянных факторов среды: увлажнения, объёмов половодья, длительности половодья. Переключение происходит в том случае, если величина отклонений окажется достаточной, чтобы переместить систему за критическую точку в новую область притяжения. В случае быстрых структурных перестроек реакция триггерной системы на изменение условий имеет буферный характер, её состояние сохраняется почти без изменений до тех пор, пока внешние воздействия не превысят некоторой пороговой величины. Возможно накопление последствий ряда сравнительно слабых воздействий, в итоге которого произойдет переключение триггера.

Поведение триггерной системы можно показать на модели «складки». На графике (рис. 7.2) горизонтальная ось - значения фактора А, определяющего переход системы из одного состояния в другое, например, обводнённости. Вертикальная ось характеризует состояния системы с помощью показателя F продуктивности. Тогда равновесные состояния системы «бугор - пойма» изобразятся в форме S-образной кривой. Верхняя горизонтальная часть кривой соответствует ксерофитному состоянию фитоценоза, нижняя - мезофитному.

Промежуток A1A2, ограниченный абсциссами перегибов кривой равновесных состояний, отвечает условиям, в которых система стабильна в любом из двух состояний, т.е. представляет собой триггер. Участок кривой между двумя перегибами соответствует состояниям неустойчивого равновесия, границе. По разные стороны от нее система самопроизвольно смещается в сторону ксерофитной или мезофитной растительности (стрелки вниз или вверх на рис. 7.2).

Рис. 7.2. «Складка» положение равновесных состояний триггерной системы

Характерной особенностью системы считается специфическое поведение - «гистерезис». Гистерезис замкнутая траектория системы в пространстве состояний меду двумя устойчивыми состояниями. Движение по траектории в прямом и обратном направлениях проходит разными путями. Если изменять в одну сторону фактор А, т.е. увеличивать обводненность, то переход системы из ксерофитного состояния в мезофитное, как правило, резкий, произойдет в точке А2. Если затем климат становится более аридным, то возврат в ксерофитное состояние будет уже отвечать точке А1. Таким образом, гистерезис - это несовпадение прямой и обратной траекторий точки, представляющей систему в пространстве координат. Гистерезисная зона ограничена критическими точками a1 и А2 (Ведюшкин, 1989).

При глобальных изменениях климата система будет функционировать за счёт её гистерезисных свойств, т.е. будет наблюдаться временное превалирование одной из подсистем с последующей ее сменой (Сальников, 2000).

В триггерной границе соседних подсистем гистерезисный характер выражается в том, что структурный элемент одной подсистемы появляется раньше, чем полностью исчезает либо утрачивает свои основные структурные элементы предыдущая подсистема (рис. 7.3).

Рис. 7.3

В переходной полосе между двумя подсистемами может существовать гистерезисная полоса, где устойчивы элементы как одной подсистемы, так и другой. Явление гистерезиса и служит причиной того, что природный рубеж имеет чаще всего характер диффузной или пятнистой полосы, образующей буферную зону, поэтому на склонах бэровских бугров можно встретить растительные сообщества с видами как мезофитной (Alisma plantago-aquatica, Phragmites australis), так и пустынной ориентации (Limonium caspium, Dodartia orientalis). Это будет происходить при равномерном давлении увеличения аридизации и повышения водности (Пилипенко, Сальников, 1998). Если один климатический градиент, например, водность, будет превалировать, то зональный элемент - ксерофитные ассоциации фитоценозов бэровских бугров (например, класса Artemisietea lerchianae с ассоциацией Kochietum prostratae) - будут находиться в подчинённом состоянии. При увеличении аридности произойдет смена доминирующих ассоциаций. Одновременное усиление водного режима и аридизации приведёт к более чёткой дифференциации зональных группировок с уменьшением средиземноморского типа растительности (Elytrigia repens, Glycyrrhiza glabra, Polygonum pulchellum, Camphorosma monspeliaca, Bassia hyssopifolia, B. sedoides) (Пилипенко, Сальников, 1998; Сальников, 2000).

Чем устойчивее система, тем дольше она сохраняет свое прежнее качество и тем резче переход в новую область притяжения. Во времени это выражается в краткости переходного периода, в пространстве - в узости переходной полосы. Триггерные геосистемы находят свое пространственное выражение как комплекс соседствующих ландшафтных урочищ, а акт переключения от одного состояния к другому фиксируется в форме границ. Таким образом, буферные зоны дельты Волги представляют собой экосистемы, реакция которых на изменение внешних условий имеет триггерный характер и обладает гистерезисными свойствами.

7.2. Деградация растительного покрова и кризисные процессы

Для выявления степени деградации и предельно-допустимых нагрузок на экосистемы необходимо создание информационной базы для осуществления экологического мониторинга, в которую входят показатели динамики абиотических факторов и объектов индикации (Сальников, Пилипенко, 2005). Для практического выявления деградационных процессов в ландшафтах необходимо знание не только признаков, но и механизмов и симптомов этих процессов. Д.А. Славинским (2006) разработана универсальная этапность протекания кризисных процессов, на основе которой нами проведен анализ кризисных явлений в ландшафтах дельты Волги.

Индикаторы кризисных процессов наземных экосистем дельты Волги в условиях постоянно изменяющегося гидрологического режима (рис. 7.4):

1. Уровень предкризиса (возникновение конфликта). Внешними факторами, спровоцировавшими предкризис, являются локальное изменение гидрологического режима и пастбищная дигрессия. На стадии предкризиса выделяются три процесса: изменение структурных особенностей подсистем; нарушение в системе управления и «расшатывание» структуры. Каждый процесс характеризуется симптомами с определенным набором индикаторов:

1. Изменение соотношения возрастных групп и фитомассы видов.

2. Изменение численности, соотношения и динамики популяций (например, Gagea, Allium, Tulipa).

3. Стабилизация повышенного уровня грунтовых вод (УГВ) приводит к флуктуационным замещениям эдификаторов в фитоценозах, например, замещение Elytrigia repens на Eleocharis palustris на лугах среднего уровня.

4. Изменение микроклиматических характеристик биотопов.

5. Изменение интенсивности поступления биогенных элементов (аллювиальности).

6. Ослабление средообразующей роли эдификаторов (Elytrigia repens, Cynodon dactylon, Agropyron fragile).

7. Изменение элементарных почвенных процессов (например, оглеения).

8. Эрозионные процессы (дефляция и водная эрозия).

9. Изменение структуры микробных сообществ (Сальникова, Сальников, Егоров, 2006).

10. Появление нехарактерных видов (рудералы, ценофобы, эксплеренты).

11. Нарушение пространственных взаимосвязей в биотопах за счет возникновения экотонов (разрушение бэровских бугров приводит к локальному образованию засоленных почв и солончаков); понижение целостности и устойчивости сообществ.

2. Уровень разрушения системы. На стадии разрушения системы выделяются следующие процессы: действие провоцирующего фактора(ов), элиминация доминанта, разрушение ценообразующих связей и фрагментация системы. Набор индикаторов:

12. Превышение порогового значения гидрологических показателей выше флуктуационного диапазона (уровня половодья, паводка, грунтовых вод) или химических соединений в среде (ЛРС, отдельных ионов, биогенов, токсичности, засоления).

13. Изменение условий обитания видов за счет образования новых экотонов в результате обвалования территории и изъятия грунта.

14. Внедрение новых видов (массовое распространение Xanthium strumarium и Alhagi pseudalhagi на лугах дельты Волги).

15. Элиминация эдификаторов, доминантов, специалистов > цепная реакция разрушения (элиминация одной популяции приводит к структурным и функциональным изменениям в другой) (Elytrigia repens, Cynodon dactylon, Agropyron fragile).

16. Изменение (снижение) продуктивности в старших возрастных группах в фитоценозах. Биомасса фитоценозов и отдельных популяций имеет циклический характер и подчиняется внутривидовой динамической структуре. Период колебаний биомассы строго специфичен, поэтому при оптимальных экологических условиях биомасса видов может быть на низком уровне. В луговых фитоценозах отмечается механизм замещения одного эдификатора другим (Сальников, 2005).

17. Изменение фиторазнообразия. Этот индикатор имеет разноплановый характер. Для фитоценозов (особенно монодоминантных), достигших стадии климакса, низкие показатели биоразнообразия - показатель динамического равновесия в экосистеме (Сальников, 2000).

18. Изменение скорости роста отдельных видов за счет дополнительного привноса веществ в биотоп и активизации почвенной микробиоты.

19. Изменение статуса вида: отдельные виды меняют свой статус при структурных изменениях в экосистеме. Salsala dendroides является эдификатором растительных сообществ бэровских бугров при пастбищной дигрессии, но в условиях ненарушенности почвенного покрова этот вид единичен и встречается на склонах и делювиальных отложениях (Сальников, Сальникова, Пилипенко, 2006).

20. Разрушение пространственной структуры и изменение временной динамики.

3. Уровень хаоса. Для этой стадии характерны следующие процессы: дробление и разрушение системы, образование новых сообществ и связей. Набор индикаторов:

21. Усиление факторов внешней среды (локально-гидрологических, антропогенных) способствует дальнейшему разрушению.

22. Усиление конфликта между фитоценозами и разрыв взаимосвязей.

23. Резкие колебания биомассы и численности видов.

24. Массовая элиминация средообразующих флороэлементов семейств Poaceae и Asteraceae (Сальников, Сальникова, Пилипенко, 2006).

25. Вспышка обилия ранее малочисленных видов (реактивный банк семян, эксплеренты).

26. Образование новых экотонов и увеличение площади экотонов (буферных зон) и как следствие увеличение зоны «напряжения».

27. Изменение морфологических и экологических свойств видов (род Artemisia).

28. Расширение экологического диапазона видов семейств Chenopodiaceae и Brassicaceae.

29. Кратковременная стабилизация внутренней среды за счет формирования новых неустойчивых растительных ассоциаций (на уровне модификации).

30. Преобладание жизненных форм с коротким жизненным циклом (Сальников, Сальникова, Пилипенко, 2006).

4. Уровень «ядра кристаллизации»:

31. Активизация субдоминантов или новых жизненных форм Artemisia lerchiana.

32. Появление вокруг субдоминантов сопутствующих видов и образование ценозов.

33. Образование «центров кристаллизации».

34. Последовательная смена субдоминантов Agropyron fragile > Artemisia lerchiana; Artemisia lerchiana > Salsola dendroides.

35. Конфликт или интеграция локальных структур.

36. Появление новых доминантов - Salsola dendroides, Anabasis aphylla, Salsola australis.

37. Появление сопутствующих видов - Climacoptera brachiata, Descurainia sophia, Goldbachia laevigata, Capsella bursa-pastoris, Cardaria draba, Lepidium perfoliatum.

Натурные исследования позволяют уточнить некоторые положения протекания кризиса:

1. Притягивание кризиса. Экосистемам свойственна упорядоченная во времени закономерная смена состояний. Каждая смена состояний характеризуется определенным набором активных и пассивных характеристик. В зависимости от их сочетания и стадиальности образуются так называемые «входы» неупорядочности (хаоса). Изменения в экосистеме возможны при: а) функционировании системы, обусловленном взаимодействием флуктуаций экологических условий; б) характере динамики за счет процессов создания, разрушения и аккумуляции вещества; в) общей эволюции ландшафта.

2. Причина кризиса. Когда система проходит в своем развитии начальные стадии, то основной причиной возникновения и распространения кризисных процессов часто является возмущающее воздействие (степень воздействия) экологического фактора. Системы, находящиеся в состоянии динамического равновесия, обладают высоким порогом устойчивости и слабое возмущающее воздействие не всегда способно сыграть роль «спускового крючка», запустившего кризис.

3. Эксперименты. Для экосистем не характерна адекватная реакция на внешнее воздействие. Построение новой структуры будет зависеть от того, насколько глубоко нарушена структура системы, какие подсистемы затронуты «экспериментом». Если кризис затронул только одну из подсистем, то система будет стремиться к исходному состоянию за счет различных механизмов устойчивости, действующих, например, в рамках геохимической соподчиненности почв, памяти ландшафта, построения новых экологических рядов (экологическая секвентность), мозаичности или замещения.

Отсутствие естественного обводнения гидроморфных экосистем (лугов, солончаков), системы пастбищеоборотов и разрушение ландшафтных структур являются факторами риска для экосистемы, особенно в периоды пониженной ее устойчивости. Именно эти факторы могут послужить «спусковым крючком», запустившим масштабный кризис экосистемы дельты Волги.

Необходимы системные мониторинговые исследования и подбор универсальных индикаторов протекания кризисных процессов для определения этапа кризиса, специфики его протекания и возможности прогнозирования состояния экосистемы. Изменения, происходящие в ландшафтах дельты Волги, отражают концептуальные положения теории экологически дестабилизированной среды, разработанной В.С. Залетаевым (1989), и подтверждают универсальность схемы кризисных этапов развития экосистем, разработанной Д.А. Славинским (2006).



Рис. 7.4. Системная модель протекания кризисных процессов в дельте Волги

Уход от проблемно-ориентированного подхода в науке и практике к превентивному позволит избежать многих негативных явлений в природопользовании. Теория кризиса и системный подход как методологическое обеспечение позволят с большой долей вероятности прогнозировать изменения в экосистемах посредством набора биоиндикатов и биоиндикаторов.

Глава 8. региональная оценка природно-ресурсного потенциала экосистем

8.1. Система оценки природных ресурсов и управления землепользованием Германии

С 1997 г. в Германии, в Междисциплинарном научно-исследовательском центре Justus-Liebig-Universitдt разрабатывается специальное научно-прикладное исследование SFB 299 «Региональная концепция землепользования». Основная идея проекта - развитие и приложение интегрированной методики к выработке и оценке эколого-экономических и природно-пространственных дифференцированных решений регионального землепользования. С этой целью создана модельная сеть ITE2M (Integrated Tools for Ecological and Economic Modelling), состоящая из взаимосвязанных экономических, гидрологических и экологических моделей для анализа и оценки изменений землепользования и функций ландшафта. С модельной сетью ITE2M возможно отображать состояние и протекающие процессы в экологических, социальных и экономических системах, экстраполировать функциональные отношения во времени и пространстве, прогнозировать системные реакции при изменении пограничных условий. Модельная сеть состоит из автономных моделей: сельскохозяйственное и лесохозяйственное землепользование - ProLand, (Weinmann, 2002), биоразнообразие - ANIMO (Steiner и Kohler, 2003), гидрология - WAT-G (Eckhardt и др., 2002), ATOMIS - тяжелые металлы в почвах (Reiher и др., 2004), ProF - флористическая модель (Waldhardt и др.) и GEPARD - фаунистическая модель (Gottschalk и др.), монетарно-оценочная модель CHOICE (Borresch и др., 2005).

8.2. Методология оценки природно-ресурсного потенциала муниципальных образований Астраханской области

В настоящее время актуальным является разработка стратегии экологической политики региона, где основной стратегической целью является оптимизация использования природных богатств для сохранения уникальных дельтовых и плакорных природных ландшафтов при планируемом развитии хозяйственной и туристско-рекреационной деятельности и росте социально-экономических выгод от ее реализации, повышение качества жизни и улучшение здоровья населения, обеспечение экологической безопасности.

Для достижения стратегической цели необходимы в первую очередь оценка почвенно-растительного (природно-ресурсного) потенциала территории и разработка для каждого муниципального образования геоинформационной модели территории на основе ГИС и баз данных. Для проведения оценочных работ необходимо разработать технологию оценки почвенно-растительного потенциала территории. С этой целью исследования проводились на территории муниципального образования «Житнинский сельсовет» Икрянинского района Астраханской области в рамках регионального проекта «Разработка планов социально-экономического развития муниципальных образований Астраханской области».

Технология оценки природно-ресурсного потенциала

1. Геоинфомационно-картографический блок (рис. 8.1) является базовой основой осуществления всего комплекса работ. Его целью является формирование геоинформационной модели территории на основе комплекса карт и данных натурных наблюдений. В комплексе с блоком Моделирование Геоинформационный блок позволяет сформировать Геоинформационную модель муниципальной территории (ГММТ).

Рис. 8.1

Содержательное наполнение модели предопределяется, с одной стороны, задачами работы, а с другой - спецификой социально-экономических, экологических и прочих условий конкретной территории. Картографическая часть включает в себя ряд базовых векторных слоев, данные о ресурсном потенциале, а также карты, полученные в ГИС путем анализа информации основных слоев (тематические выборки, оверлей, построение буферных зон и т.д.). Слои содержат также атрибутивную информацию. Базовыми слоями являются: топографическая основа, а также комплекс тематических карт различного характера: карты современных ландшафтов, геоботаническая, почвенная, геоморфологическая, землепользования. Необходимо включение цифровой модели рельефа (ЦМР), а также использование актуальных и архивных данных дистанционного зондирования.

2. Блок Моделирование. Основным является подблок Моделирование и оценка кризисных процессов (рис. 8.2). Для разработки модели протекания кризисных процессов в дельте Волги была использована методологическая основа эколого-хозяйственная баланса территории Б.И. Кочурова (1997), теории экотонов и дестабилизированной природной среды В.С. Залетаева (1996), системной модели протекания кризисных процессов Д.А. Славинского (2006). Отсутствие естественного обводнения гидроморфных экосистем (локальная обваловка территории), системы сенокосо-пастбищеоборотов и разрушение ландшафтных структур (ядер) являются факторами риска для экосистемы, особенно в периоды пониженной ее устойчивости. Именно эти факторы могут послужить «спусковым крючком», запустившим масштабный кризис экосистемы дельты Волги.

Оптимальное решение по рациональному использованию почвенных и растительных ресурсов возможно на фоне совместного рассмотрения и выявления закономерностей протекания процессов в как в экотонных ландшафтах, так и на плакорных. Необходимы системные мониторинговые исследования и подбор универсальных показателей (индикаторов) протекания кризисных процессов для определения этапа кризиса, специфики его протекания и возможности прогнозирования состояния почв и фитоценозов в экосистеме.



Рис. 8.2

Типы деградации почв и растительности, которые могут встречаться в конкретном районе, определяются спецификой использования земель и природными условиями. Полевые исследования позволили выделить основные типы деградации почв и растительности.

Антропогенные процессы: промышленное и дорожное строительство, нефтедобыча; вырубка ленточных лесов; проведение луговых и лесных палов; деградация почв и растительного покрова вокруг нерационально размещенных объектов; чрезмерная пастбищная нагрузка на экосистемы; отсутствие системы пастбищеоборота и взаимосвязи земледелия с животноводством; расширение площадей, занятых плакорными почвами и песками; рост системы сухих русел (за счет обваловки); понижение уровня залегания грунтовых вод.

Фитоэкологические процессы: трансформация видового состава растительных сообществ и снижение их продуктивности; несоответствие современных растительных сообществ и почв; изменение (снижение) продуктивности в старших возрастных группах в фитоценозах. Биомасса фитоценозов и отдельных популяций имеет циклический характер и подчиняется внутривидовой динамической структуре.

Период колебаний биомассы строго специфичен, поэтому при оптимальных экологических условиях биомасса видов может быть на низком уровне. В луговых фитоценозах отмечается механизм замещения одних эдификаторов другими.

Почвенные процессы: водная эрозия и дефляция; динамичное варьирование мощности профилей почв; опесчанивание и карбонатизация почв; внутрипочвенное соленакопление и осолонцовывание почв; вторичное засоление почв; заболачивание (избыточное переувлажнение); снижение роли биологического фактора в почвообразовании, переуплотнение, включая обесструктуривание - распыление горизонта Апах при дегумификации почв; нарушение поверхностных горизонтов почв в результате вырубки леса и органогенных горизонтов почв в результате луговых пожаров; активизация абиогенных процессов выветривания; несоответствие морфологии почв современным почвообразовательным процессам. Эволюция почвенного покрова протекает в сторону преобладания среди компонентов структурной организации почв непочвенных образований и солончаков.

Анализ экологических особенностей опустынивания в дельте позволяет сделать следующие выводы. Оценка опустынивания аридных территорий должна проводиться с учетом результатов комплексного анализа природных, антропогенных и экологических процессов, что позволит наиболее полно раскрыть природу этого явления и найти эффективные меры борьбы с ним. В современный период аридные ландшафты активно опустыниваются при неблагоприятном проявлении природных и антропогенных процессов, приводящих к пятнисто-очаговой деградации почв и растительности. Опустынивание способствует «миграции» почвенно-растительных поясов, их активному обновлению более аридными почвами и антропогенной растительностью, а так же неблагоприятно сказывается и на социально-экономическом развитии МО и приводит к необратимой деградации компонентов экосистем.

Геоинформационно-картографический блок и блок моделирования предопределяют создание Геоинформационной модели муниципальной территории (ГММТ) - Банк специальных электронных карт и Баз данных муниципалитетов (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Технология оценки природно-ресурсного потенциала муниципального образования

Разработанная технология оценки и геоинформационная модель муниципальной территории (ГММТ) является основой:

• применения экологически ориентированных систем управления европейских стандартов серии ISO 14000;

• схем экологического менеджмента и аудита (EMAS, SMAS), экологической сертификации продукции и этикетирования, ОВОС;

• создания модельной системы экологического мониторинга АО;

• разработки предельно-допустимых нагрузок и ведения всех видов кадастра (водного, земельного, ООПТ и т.д.);

• разработки региональных социально-экономических индикаторов устойчивого развития;

• оценки работы глав муниципалитетов и повышения эффективности работы хозяйствующих субъектов;

• оперативного управления и создания предпосылок для опережающего управления;

• эффективного контроля администрацией Астраханской области муниципальных образований;

• эколого-экономической сбалансированности территории.

Разработанная технология позволяет учесть природно-ресурсный потенциал, экономическую целесообразность и эффективность управления, как на муниципальном, так и на региональном уровне. Позволяет также избежать масштабный региональный эколого-экономический кризис и «конфликт интересов» между различными землепользователями. ГММТ универсальна, применима для разных уровней государственного управления и обусловливает взаимодействие всех уровней власти. ГММТ пластична, т.е. существует возможность включения новых элементов, без изменения структурно-функциональной основы. Это реальное взаимодействие между наукой и практикой, между учеными и управленцами.

Выводы

1. Важнейшей особенностью изменения флоры и почв бэровских бугров является массовое развитие негативных процессов и ухудшение экологического состояния территории. Основными факторами дестабилизации являются: перевыпас и перегрузка бугров скотом, ирригационная эрозия, распашка бугров в сельскохозяйственных целях, использование почв и грунта в качестве строительных материалов. Это приводит к сокращению площади бэровских бугров и расширению площадей солончаков, дигрессивной сукцессии растительности и распространению антропогенных вариантов растительных сообществ. Так, например, отмечается уменьшение обилия и проективного покрытия представителей семейств Poaceae, Fabaceae, Asteraceae; появление новых 7 семейств, например, Cannabaceae, Fumariaceae, Convolvulaceae, Hypecoaceae, представленные в основном рудеральными видами и массовое их распространение; высокая доля пастбищных сорняков (Anabasis aphylla, Salsola australis, S. foliosa, Atriplex ancheri); изреженность и угнетенность одного из основных эдификаторов - Artemisia lerchiana; широкое распространение галофитов - Climacoptera brachiata, Neocaspia foliosa, Petrosimonia brachiata, Salsola australis, Salsola dendroides и Suaeda.

В результате анализа динамики флоры г. Астрахань выявлено, что в течение 125 лет исчезли 106 видов и появились 175 новых (исключая интродуценты). Количество семейств увеличилось на 8, а родов - на 51. Если в начале века на долю наиболее значимых семейств флоры приходилось 63 % от общего процента видового состава, то в современной флоре 39 %. Если в конце XIX в. преобладала бореальная систематическая структура флоры, на современном этапе флорогенеза - аридная. Из ценотических групп наиболее уязвимыми оказались болотные, луговые и плакорные виды бэровских бугров. Исчезла большая группа декоративных видов и реликтов дельты Волги. Выявлено 27 новых сорных растений. Подобные тенденции свидетельствует о слабом процессе видообразования и значительной роли миграции в процессе флорогенеза, а наличие большого числа синантропных видов является предпосылкой общей тенденции синатропизации растительного покрова в будущем. Определяющим фактором устойчивого развития урбанизированной среды является создание экологического каркаса города.

2. Синтаксономическая структура растительных сообществ сохранилась, но процентное соотношение доминирующих естественных ассоциаций и их антропогенных вариантов резко изменилась. Пастбищная дигрессия идет от дерновинновых, полынно-дерновинно-злаковых, дерновинно-злаково-полынных к полынным, однолетниково-полынным, полынно-однолетниковым и сочносолянковым и однолетниковым сообществам на уровне флуктуационных колебаний. Сохранение подобной тенденции приведет к редукции синтаксонов и формированию новых антропогенных ассоциаций. С точки зрения устойчивого и рационального использования природных ресурсов возникнет необходимость изменения региональной системы землепользования.

3. Установлено, что в микробных сообществах различных типов почв дельты Волги доминирующее положение занимает грибной мицелий (до 75 % от общей микробной биомассы) или водоросли (до 50 %), тогда как на долю биомассы прокариот приходится до 7 %. Не обнаружены водоросли в галоморфных почвах, где основная доля микробной биомассы приходится на грибной мицелий или споры, достигая 80 % от общей биомассы. Лечебные грязи оз. Тинаки-1 характеризуются наличием только прокариотных микроорганизмов. Не выявлено существенной сезонной динамики численности и биомассы микроорганизмов во всех изученных типах почв. Максимальная доля углерода микробной биомассы в углероде органического вещества колеблется от 0,2 % в солончаке до 7,5 % в бурой аридной почве.

Выявлено антропогенное изменение почвенного покрова. Эволюция почв дельты Волги протекает от пойменных луговых слоистых среднемощных к пойменным луговым остепеняющимся среднемощным.

4. Разработаны три методологических подхода в контексте разработки допустимых рекреационных нагрузок на экосистемы дельты Волги:

I подход - выделение из состава земельного фонда Астраханской области земель рекреационного назначения (рекреационные угодья и центры), комплексные исследования и разработка предельно-допустимых рекреационных нагрузок;

II подход - детальный анализ материалов экологической экспертизы (ЭС) по каждому рекреационному объекту с целью: а) выявления экологического состояния среды до ввода объектов в эксплуатацию; б) выявления экологического состояния среды на текущий момент; в) сравнительного анализа и прогнозирования экологических последствий антропогенных и природных факторов, а также оценка их синергетического эффекта. ЭС покажет динамику среды и даст предварительные интервальные границы рекреационной нагрузки. Это позволит выявить динамику экосистемы, разграничить внешние воздействия и скорректировать показатели ПДН;

III подход - выявление всех рекреационных объектов, их картографирование, проведение экологического сопровождения хозяйственной деятельности, в результате чего отпадет необходимость проведения дорогостоящих локальных исследований. ОВОС раскроет современное стадиальное его развитие и позволит учесть весь набор прямых и опосредованных факторов и связей при разработке ПДН.

5. Установлен циклический характер закономерности формирования продуктивности фитоценозов в условиях дельты. Продуктивность растительных сообществ разных режимов увлажнения изменяется циклично от 2-х до 9 лет и не зависит от ритма и степени воздействия экологического фактора, а обусловлена динамической структурой популяций с видовыми параметрами при некатастрофических условиях среды. Циклический характер изменения продуктивности фитоценозов обусловлен исключительно внутрипопуляционным развитием растительного сообщества (соотношением возрастных групп, элиминацией генеративных и вегетативных продуктов и т.д.), на которые воздействуют колебания внешних факторов.

Колебания факторов внешней среды оказывают влияние на амплитуду колебаний численности (продуктивности) популяций, но не оказывают влияния на период колебаний при стабильных условиях среды, когда экосистема находится в гомеостатическом состоянии. Период колебаний продуктивности растительных сообществ - величина постоянная. Условия среды определяют лишь пространственное распределение растительных сообществ, позволяя им реализовывать свой биотический потенциал. Естественные сообщества неадекватно реагируют на изменение условий окружающей среды. Для них характерен временной лаг, широкий диапазон устойчивости, способность к восстановлению при изменении направления и степени воздействия внешнего фактора (посредством триггерного и компенсационного механизмов, формирования новых структур и т.д.). Разработанная концепция «Динамическая структура популяций с видовыми параметрами» является составной частью общей теории продуктивности и может служить основой прогноза поведения фитоценозов во времени, прогнозной оценки продуктивности сенокосов и пастбищ на ближайшую и отдаленную перспективы, а также при планировании антропогенных нагрузок на экосистемы.

6. Выявлен механизм формирования фитоценозов экотонов дельты Волги, реакция которых на изменение внешних условий имеет триггерный характер и обладает гистерезисными свойствами. В основе формирования триггерных фитоценозов лежат синергетические эффекты внешних факторов и геоморфологическая характеристика ядер геосистемы. Тригерный механизм объясняет течение экологических процессов в буферных зонах, что позволяет предсказать поведение системы при антропогенном воздействии. Познание механизма актуально для практики рационального природопользования и охраны природных ресурсов.

7. Применение теории кризиса позволило выявить факторы дестабилизации среды и прогнозировать изменения в экосистемах посредством набора индикаторов. Для различных стадий протекания кризисных процессов в ландшафтах дельты Волги выявлены признаки, механизмы и симптомы этих процессов: уровень предкризиса - 11 индикаторов, уровень разрушения системы - 9 индикаторов, уровень хаоса - 10 индикаторов, уровень «ядра кристаллизации» - 7 индикаторов.

8. Хозяйственная емкость территории входит в противоречие с экологической емкостью среды. Потенциальные возможности территории в виде рекреации, сельского хозяйства, промышленного рыболовства, нефтегазодобычи и ООПТ международного значения не могут быть одновременно реализованы без значительного экологического, экономического и правового ущерба. В целях устойчивого развития дельты Волги необходимо разработка приоритетных направлений хозяйственной деятельности при фиксированном уровне воздействия. Необходима оценка природно-ресурсного потенциала муниципальных территорий. Для проведения оценочных работ разработана методология оценки природно-ресурсного потенциала территорий, посредством чего создана геоинформационная модель муниципальной территории (ГММТ) на основе ГИС и баз данных.

Список публикаций по теме диссертации

Монографии

1. Пилипенко, В. Н. Современная флора дельты Волги [Текст] : монография / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников, С. Н. Перевалов. - Астрахань : Изд-во АГУ, 2002. - 154 с.

2. Сальников, А. Л. Флористические комплексы г. Астрахань [Текст] : монография / А. Л. Сальников, А. М. Нигметова. - Астрахань : ИД «Астраханский университет», 2007. - 183 c.

3. Природа, прошлое и современность Астраханского края [Текст] : монография / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников, Э. И. Бесчётнова и др. ; сост.: А. А. Жилкин, А. П. Лунев, В. А. Пятин. - Астрахань : ООО «Типография Нова», 2008. - 451 с.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

4. Сальников, А. Л. Методологические подходы по регулированию рекреационной нагрузки и организации системы мониторинга на экосистему дельты Волги [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Вестник Оренбургского гос. университета. - 2005. - № 9 (47). - С. 138-142.

5. Сальников, А. Л. Антропогенная трансформация флоры г. Астрахани за последние 100 лет [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Экология. - 2005. - № 6. - С. 421-429.

6. Сальникова, Н. А. Структурная организация микроценозов бурых аридных почв дельты Волги [Текст] / Н. А. Сальникова, А. Л. Сальников, М. А. Егоров // Южно-российский вестник геологии, географии, глобальной энергии. - 2006. - № 9 (22). - С. 99-104.

7. Сальников, А. Л. Динамика флоры г. Астрахани и его окрестностей за последние 100 лет [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко, А. М. Нигметова // Вестник Оренбургского гос. университета. - 2005. - № 6. - С. 127-132.

8. Сальников, А. Л. Концептуальные подходы к оценке продуктивности растительных сообществ дельты Волги [Текст] // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2006. - № 1. - С. 81-88.

9. Сальников, А. Л. Современное состояние и динамика флоры бэровских бугров дельты Волги [Текст] / А. Л. Сальников, Н. А. Сальникова, В.Н. Пилипенко // Южно-российский вестник геологии, географии, глобальной энергии. - 2006. - № 9. - С. 124-133.

10. Сальников, А. Л. Моделирование популяций и вопросы рациональной эксплуатации рыбных ресурсов [Текст] / А. Л. Сальников, Л. П. Сальников // Вестник Оренбургского гос. университета. - 2006. - № 12. - С. 357-360.

11. Сальников, А. Л. «Деградация» и кризисные процессы ландшафтов дельты Волги [Текст] // Вестник Оренбургского гос. университета. - 2008. - № 6. - С. 101-106.

12. Сальникова, Н. А. База данных актиномицетов аридной зоны России: «Actinobase» [Текст] / Н. А. Сальникова, А. Л. Сальников, М. А. Егоров // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - 2008. - № 2. - С. 82-85.

13. Сальников, А. Л. К вопросу о влиянии зарегулирования стока р. Волга на геоэкологическую ситуацию в Астраханской области [Текст] / А. Л. Сальников, Б. И. Кочуров, Д. И. Шабанов, А.Н. Бармин // Проблемы региональной экологии. - 2008. - № 3. - С. 78-83.

Статьи в журналах и региональных изданиях

14. Пилипенко, В. Н. Природная зональность и особенности формирования растительных сообществ дельты р. Волги [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия : докл. конф. - Астрахань, 1996. - С. 8-11.

15. Сальников, А. Л. Особенности формирования пустынного типа растительности в дельте реки Волги [Текст] / А. Л. Сальников, И. В. Быстрова, В. Н. Пилипенко / Тез. докл. итог. науч. конф. АГПИ им. С.М. Кирова. - Астрахань, 1996. - С. 11.

16. Пилипенко, В. Н. Растительность буферных зон дельты реки Волги [Текст] / В. Н. Пилипенко, А.Л. Сальников // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань, 1997. - С. 17.

17. Пилипенко, В. Н. Динамика растительности буферных зон дельты реки Волги [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Мат-лы к всероссий. совещанию зав. каф. ботаники университетов России. - Барнаул : Изд-во БГУ, 1997. - С. 50.

18. Пилипенко, В. Н. Основы естествознания : метод. рекомендации / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников, Н. И. Сокольская. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 1997. - 31 с.

19. Сальников, А. Л. Состояние растительности и её динамики в буферных зонах дельты реки Волги [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Астраханский край: история и современность: к 280-летию образования Астраханской губернии : мат-лы Всерос. науч.-практич. конф. 26-27 ноября 1997 г. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 1997. - С. 36-40.

20. Пилипенко, В. Н. Динамика состава и продуктивности фитоценозов лугов высокого уровня дельты реки Волги [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия : доклады рос. науч. конф., 19-20 октября 1998 г. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 1998. - С. 42.

21. Сальников, А. Л. Долгопойменные фитоценозы буферных зон в сукцессионной динамике растительного покрова дельты реки Волги [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 1998. - Ботаника. - С. 30.

22. Пилипенко, В. Н. Геоботаническое профилирование как основа экологического мониторинга растительных сообществ Нижней Волги [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 1999. - Ботаника. - С. 14.

23. Пилипенко, В. Н. Экосистема искусственных островов Волго-Каспийского канала как объект исследования и прогнозирования [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 1999. - Ботаника. - С. 15.

24. Сальников, А. Л. Современное состояние и прогнозирование динамики фитоценозов буферных зон дельты р. Волги [Текст] / В.Н. Пилипенко // Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Северного Прикаспия : докл. II Всерос. науч. конф. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 1999. - С. 132-135.

25. Salnikov, A. Succession dynamics of composition and efficiency of phytocenosises of buffer zones of the delta Volga / V. Pilipenko // Ecological congress, Hutchinson, Kansas, USA. - 1999. - Vol. 3, № 2.

26. Сальников, А. Л. Динамическая структура популяций и влияние внешних факторов на растительные сообщества [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Эколого-биологические проблемы Волжского региона и Сев. Прикаспия : докл. III Всерос. науч. конф. 4-6 октября 2000 г. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 2000. - С. 205-208.

27. Сальников, А. Л. К вопросу о влиянии внешних факторов на продуктивность растительных сообществ дельты Волги [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 2000. - Ботаника. - С. 13.

28. Сальников, А. Л. Динамическая структура популяций и влияние внешних факторов на экотонные сообщества дельты Волги [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Актуальные проблемы геоботаники. Современные направления исследований в России: методология, методы и способы обработки. - Петрозаводск, 2001. - С. 157-158.

29. Сальников, А. Л. Механизм формирования фитоценозов в экотонных системах дельты Волги [Текст] / А. Л. Сальников, В. Н. Пилипенко // Актуальные проблемы геоботаники. Современные направления исследований в России: методология, методы и способы обработки. - Петрозаводск, 2001. - С. 159-160.

30. Сальников, А. Л. Расчет продукции гидробионтов и их оптимальное изъятие [Текст] // Эколого-географический вестник юга России. - 2001. - № 3-4. - С. 93-98.

31. Пилипенко, В. Н. К вопросу о создании природного парка на территории о. Городской [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 2001. - Ботаника. - С. 17.

32. Пилипенко, В.Н. Флора г. Астрахани [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 2002. - С. 31.

33. Пилипенко, В. Н. Итоги изучения флоры дельты Волги [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников, С. Н. Перевалов // Тез. докл. итог. науч. конф. АГПУ. - Астрахань : Изд-во АГПУ, 2002. - Биология. - С. 13.

34. Сальников, А. Л. Виды рода Artemisia во флоре Астраханской области [Текст] / А. Л. Сальников, В.Н. Пилипенко // Естественные науки : журнал фундаментальных и прикладных исследований. - Астрахань : Изд-во АГУ, 2002. - № 5. - С. 17-20.

35. Сальников, А. Л. Триггерный механизм формирования фитоценозов в экотонах дельты Волги [Текст] // Естественные науки : журнал фундаментальных и прикладных исследований. - Астрахань : Изд-во АГУ, 2002. - № 4. - С. 35-40.

36. Сальников, А. Л. О периодических колебаниях численности, специфичных для вида [Текст] // Астраполис: Астраханские политические исследования. - 2002. - № 1. - С. 41-45.

37. Пилипенко, В. Н. Анализ современной структуры флора дельты Волги [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников, С. Н. Перевалов // Естественные науки : журнал фундаментальных и прикладных исследований. - Астрахань : Изд-во АГУ, 2002. - № 4. - С. 41.

38. Шеин, Е. В. Почвенно-растительная характеристика бугров Бэра Прикаспийской низменности [Текст] / Е. В. Шеин, В. Н. Пилипенко, А. В. Федотова, А. Л. Сальников и др. // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря : мат-лы VI Междунар. науч. конф. 15-16 октября 2003 г. - Астрахань : Изд-во АГУ, 2003. - С. 142-146.

39. Сальников, А. Л. Практикум по ботанике [Текст] / А. Л. Сальников. - Астрахань : Изд-во АГУ, 2003. - 140 с.

40. Бутылкина, М. А. Почвенно-физическая и геоботаническая характеристика ландшафтов Прикаспийской низменности [Текст] / М. А. Бутылкина, Е. В. Шеин, А. Б. Умарова, А. Л. Сальников и др. // Экология и почвы : мат-лы VII школы, 7-9 окт. 2003. - Пущино, 2003.

41. Мелиорация и использование орошаемых земель в Астраханской области [Текст] / В. П. Зволинский, А. Н. Животов, А. Л. Сальников и др. - Астрахань : Факел, 2003. - С. 212.

42. Федотова, А. В. Почвенно-растительный мониторинг дельты Волги [Текст] / А. В. Федотова, Е. В. Шеин, А. Л. Сальников, Л. А. Яковлева и др. // Мониторинг экосистем : мат-лы науч. конф. 6-8 декабря 2003 г. - Италия, 2003. - С. 45-49.

43. Пилипенко, В. Н. Флора г. Астрахани и его окрестностей [Текст] / В. Н. Пилипенко, А. Л. Сальников // Естественные науки : журнал фундаментальных и прикладных исследований. - Астрахань : Изд-во АГУ, 2003. - № 6. - С. 19-25.

44. Сальников, А. Л. Выявление предельно-допустимых нагрузок на рекреационные природные объекты [Текст] / А. Л. Сальников, В.Н. Пилипенко // Туристическое обустройство и управление в прибрежных и горно-морских регионах на пути устойчивого развития : мат-лы российско-французской конф. - Сочи, 2003. - С. 61-62.