Геоэкологическое районирование северно-восточного Прикаспия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Казахстанский филиал Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, кафедра экологии и природопользования

Республиканское общественное объединение «QazaqGeography»

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОГО ПРИКАСПИЯ

А.С. Табелинова

В статье проведен анализ роли ландшафтной структуры северо -восточного Прикаспия в развитии геоэкологических процессов. Целью исследования было проведение геоэкологического районирования северо-восточного Прикаспия на основе изучения основных факторов, определивших характер и интенсивность развития современных ландшафтов и основных геоэкологических процессов: высотной и геоморфологической дифференциации территории, сложившейся в процессе длительной истории развития региона, значительных периодических колебаний уровня Каспийского моря и развития в регионе хозяйственной деятельности, включая нефтедобывающую промышленность.

Составлена карта пространственной дифференциации геоэкологических процессов в ландшафтах северо-восточного Прикаспия на основе их изучения в пределах различных антропогенных модификаций на шести ключевых участках. Определение пространственного распространения геоэкологических процессов в ландшафтах исследуемого региона проводилось по прямым и косвенным дешифровочным признакам с применением синтезированных многозональных космических снимков Landsat 5, 7. На основе этой карты c помощью геоинформационного картографирования в программе ArcGis 10.3 составлена карта геоэкологического районирования северо -восточного Прикаспия с выделением 25 геоэкологических районов и 127 подрайонов -- территориальных подразделений (подвидов современных ландшафтов), отличающихся однотипными природными (ландшафтными) и антропогенно-обусловленными факторами их формирования, определяющимих географическое распространение и преобладание определенных геоэкологических процессов. Ключевые слова: геоэкологические районы, геоэкологические процессы, современные ландшафты северо-восточного Прикаспия, ландшафтные ярусы.

Современные ландшафты северо-восточного Прикаспия сформировались в процессе длительной истории естественной эволюции природной среды (неотектонических движений и трансгрессивно - регрессивных фаз колебания уровня Каспийского моря) и воздействия антропогенных факторов (экстенсивного сельского хозяйства и нефтедобычи). геоэкологический прикаспий ландшафт восточный

Под геоэкологическими процессами понимаются изменения, происходящие в современных ландшафтах под влиянием антропогенных воздействий на фоне естественной эволюции природной среды (неотектонических движений, трансгрессий и регрессий Каспийского моря) и оказывающие влияние на жизнедеятельность населения (расселение, продуктивность сельскохозяйственных угодий и др.).

Основными природными (физико-географическими) и геоэкологическими процессами в современных ландшафтах исследуемого региона являются засоление, деградация и динамика проективного покрытия растительности, дефляция и эоловая аккумуляция, линейная эрозия и плоскостной смыв, карст, подтопление и затопление, техногенные загрязнения.

Цель исследования - геоэкологическое районирование и картографирование северо-восточного Прикаспия по природным и антропогенным факторам, определяющим особенности и пространственную дифференциацию природных (физико-географических) и геоэкологических процессов.

Анализ роли природных свойств ландшафтной структуры северо -восточного Прикаспия в развитии природных (физико-географических) и геоэкологических процессов основывается на изучении роли современной вертикальной дифференциации территории региона, сложившейся в ходе формирования основных геоморфологических уровней под влиянием значительной неотектонической деформации региона, а также на исследовании влияния колебаний уровня Каспийского моря в периоды исторических трансгрессий (позднехвалынской, ранне- и поздненовокаспийской) и регрессий (Рычагов, 2011). Отправной точкой в теории вертикальной дифференциации стало выделение ландшафтных ярусов и подъярусов (Николаев, 1979; Мильков, 1947), отличающихся по возрасту, особенностям становления их современной структуры, условиям проявления зональных и азональных факторов.

Материалы и методы

На основе геоинформационного картографирования в программе ArcGis 10.1 в результате анализа высотной дифференциации ландшафтов территории и распространения геоэкологических процессов было проведено геоэкологическое районирование северо -восточного Прикаспия. Основными территориальными единицами районирования являются ландшафтные ярусы и подъярусы, подразделяющиеся на геоэкологические районы с учетом пространственного распространения и преобладания определенных геоэкологических процессов. Дифференциация ландшафтов на основании их абсолютных высотных отметок и выделение геоэкологических процессов на этой территории были проведены с помощью типологического районирования.

Согласно мнению Д.Л. Арманда, «Районирование - это классификация территории, положенная на карту» (Арманд, 1975, с. 161), т.е. районирование заключается в объединении территориальных выделов, обладающих относительным сходством по некотор ому, признанному для данной ступени классификационному признаку (объединенных однородных участков). По данному принципу было геоэкологические районы, выделенные на основе индивидуального районирования. Например, в условиях близкого залегания высокоминерализованных грунтовых вод выделяется такой геоэкологический район, как Северо-восточная ранненовокаспийская морская аккумулятивная равнина, осложненная соровыми и солончаковыми понижениями, подвергающаяся сильному засолению и деградации растительного покрова в условиях периодического колебания уровня моря. Вследствие расположенных крупных нефтяных месторождений, сосредоточенных на определенной территории с ареалами исторического нефтяного загрязнения, данный геоэкологический район делится на два подрайона: западный и восточный; в первом северном подрайоне преобладают процессы деградации растительного покрова и дефляции, во втором - сильная степень загрязнения техногенными нефтеуглеводородами и засоление.

проведено многоуровенное геоэкологическое районирование территории северо -восточного Прикаспия, где на каждом уровне районирования использовался определенный классификационный признак (схема выделяемых единиц геоэкологического районирования; рис. 1).

Рис. 1 Схема геоэкологического районирования.

Геоэкологические районы по степени проявления доминирующих геоэкологических процессов в антропогенных типах подвидов ландшафта дифференцируются на геоэкологические подрайоны.

Исследуемые геоэкологические процессы изучались на ключевых участках в пределах ландшафтов северо-восточного Прикаспия (в масштабе до 1:500000) и на всей исследуемой территории (в масштабе 1:2500000) с применением полевых и дистанционных методов исследования, сравнительного системного анализа и полимасштабного картографирования, что позволило выявить их генезис (природную и антропогенную причины возникновения), пространственное распространение и интенсивность их проявления. Ключевые участки выбирались в зависимости от наибольшей подверженности ландшафтов развитию основных геоэкологических процессов (рис. 2).

Выявление интенсивности природных (физико -географических) и геоэкологических процессов проводилось в соответствии с разработанным комплексом факторов и критериев исследования процессов на шести ключевых (рис. 2, врезки 1) участках (в масштабе до 1:500 000) в зависимости от наибольшей подверженности ландшафтов развитию определенного процесса (табл.).

При исследовании процессов засоления по данным дистанционного зондирования на ключевом участке в пределах залива Кайдак и Комсомолец (рис. 3, график 3) были выявлены участки, вышедшие из-под воды, занятые рапой и представляющие собой обширную сорово -солончаковую равнину, которая расширяется во время регрессий моря. С помощью построения графиков кривых спектральной яркости (Кравцова, 2005) на комбинированном изображении космического снимка Landsat 5 по каналам 4, 3, 2 в программе MultiSpec были определены типы засоленных почв в пределах выделенного ключевого участка (рис. 3). Кривые спектральной яркости маршевых солончаков имеют высокое значение отражательной способности в синем и зеленом спектральных зонах (1 и 2 каналы снимка Landsat 5), а также в инфракрасной зоне (рис. 3, график 2) и формируются на морской слабонаклонной равнине с редкими озерными понижениями под однолетнесолянковой - сарсазановой (Halocnemum strobilaceum, Climacoptera crassa, Suaeda acuminata, Petrosimonia triandra) растительностью. На снимке хорошо читается повышенная влажность почвы (рис. 3, график 1).

Также интенсивность засоления почв в прибрежных ландшафтах северо -восточного Прикаспия определялась по растительному покрову, так как солонцы обычно формируются в микропонижениях равнин на засоленных породах под многолетне -солянково-полынной растительностью (биюргун, черная полынь и др.), а солончаки (приморские, соровые и луговые) занимают пониженные части мезорельефа и формируются под солянками или не имеют растительного покрова. Солончаки приморские прослеживаются полосой по современной береговой зоне моря и образуются под редким покровом различных галофитов (солянково -полынными комплексами), на сильно минерализованных грунтовых водах близкого залегания (1-2 м). Отражательная способность данных почв имеет высокие значения в синем, зеленом и инфракрасных спектральных зонах, но значительно ниже по отражательной способности солончаков маршевых (рис. 3, график 2).

Прямые и косвенные дешифровочные признаки пространственного распространения и интенсивности проявления геоэкологических процессов позволили перейти от исследования ключевых участков к картированию процессов на всей изучаемой территории (рис. 4, 5). Например, для процесса засоления почв прямыми дешифровочными признаками являются морфологическая выраженность процесса (светлый тон и четкие контуры рисунка, солевая корка на поверхности), глубина и минерализация грунтовых вод, косвенными признаками - видовой состав растительности (однолетне- и многолетнесолянковая растительность) и появление галофитной растительности на месте тростниково-камышовых зарослей в ландшафтах первичной морской равнины. Прямыми дешифровочными признаками водной эрозии (линейной и плоскостного смыва) являются крутизна и экспозиция склонов, косвенными - образование конусов выноса и направление потока выносимого материала.

Таблица

Комплекс факторов, методов и критериев оценки степени развития геоэкологических процессов

Ландшафтный подход исследования геоэкологических процессов показал:

1. среди выделенных 123 антропогенных модификаций современных ландшафтов основное распространение на территории северо-восточного Прикаспия получили пастбищные (87%) и техногенные (3%) антропогенные модификации современных ландшафтов, с доминирующим развитием засоления (15%), дефляции (47%) и загрязнением почвенно-растительного покрова нефтеуглеводородами (0.2%) с дисперсным и очаговым типами распространения;

2. за период 1987-2015 гг. наблюдалось усиление дефляции на 25% вследствие перевыпаса, засоления на 0.7% из-за строительства дамбы в Восточно-Прикаспийском районе и на 0.13% в результате разлива высокоминерализованных пластовых вод (более 150 г/л) на нефтяных месторождениях;

3. в пределах долины реки Урал динамика проективного покрытия растительности за рассматриваемый период составила 23%, из них 7% - вследствие расширения сенокосных и пастбищных угодий;

4. положительная тенденция по увеличению проективного покрытия растительности и снижению площади дефляционных участков за 1987-2011 гг. наблюдалась в пределах северо-западной части песчаного массива Бостанкум вследствие проведенных фитомелиоративных работ в 2007 г. возле населенного пункта Уштаган для защиты от дефляции и песчаных заносов;

5. геоэкологические и природные процессы могут создавать синергетический эффект при взаимодействии с природными (физико-географическими) процессами, примером чего может служить береговая зона северо-восточного Прикаспия, где из-за сгонно-нагонных явлений интенсифицируется процесс засоления почв вследствие подтягивания высокоминерализованных грунтовых вод к поверхности, что приводит к смене почвенно-растительного покрова (появление в ландшафтах первичной морской равнины галофитной растительности и солончаков на месте тростниково - камышовых зарослей на приморских лугово-болотных почвах), в сочетании с дефляцией расширяется ареал засоления почв, интенсифицируется процесс деградации и динамики проективного покрытия растительности, что в свою очередь приводит к сокращению пастбищных угодий.

Рис. 2 Ландшафтные ярусы и подъярусы северо-восточного Прикаспия и ключевые участки исследования природных (физико-географических) и геоэкологических процессов. Масштаб 1:2500000. Условные обозначения. Ключевые участки исследования интенсивности проявления геоэкологических процессов: 1 - склоновые (линейная и речная эрозия, делювиально-пролювиальный смыв), 2 - эоловые (дефляция и эоловая аккумуляция), 3 - соровые (засоление и соровая дефляция), 4 - аккумулятивные (озерная аккумуляция, подтопление и затопление вследствие колебания уровня моря), 5 - техногенные (техногенное загрязнение), 6 - деградация растительного покрова

На территории северо-восточного Прикаспия основное распространение среди геоэкологических процессов получили засоление и ветровая эрозия (дефляция). Засоление связано с высокой минерализацией и неглубоким залеганием грунтовых вод (1 -6 м), сильным испарением в условиях сухого и жаркого климата. Кроме того, в процессе добычи нефти происходит засоление почв сточными промысловыми водами. Многие нефтяные месторождения исследуемой территории (Каражанбас, Каламкас и Арман) сильно обводнены и отличаются высокой минерализацией.

Дефляция в свою очередь связана как с накоплением на большей части территории песчано- детритово-глинистых отложений неоген-четвертичного возраста в результате новейших трансгрессий уже обособившегося внутриконтинентального морского бассейна (Акиянова, Нурмамбетов, 1998) и интенсивным физическим выветриванием горных пород, так и с антропогенными факторами: перевыпас скота, деградация растительного и почвенного покрова.

Рис. 3 Определение типов засоленных почв в районе сора Кайдак с помощью кривой спектральной яркости (КСЯ): 1) солончака маршевого, 2) солонца пустынного, 3) бурой пустынной солонцеватой почвы, 4) солончака лугового, 5) солончака сорового

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 сгонно-нагонных колебаниях уровня моря (Каплин, 2010). Для определения основных причинно -следственных связей влияния колебаний уровня моря на прибрежные ландшафты были использованы мультиспектральные космические снимки со спутников Landsat. В результате анализа синтезированных снимков прибрежной зоны за 1977, 1987, 1998 и 2013 гг. и идентификации водного зеркала на основе нормализованного дифференциального индекса влагосодержания NDWI (Normalized Difference Water Index; Gao, Goetz, 1995) были выделены три зоны по степени влияния колебаний уровня моря на прибрежные ландшафты: слабая, умеренная и сильная (рис. 4).

Дистанционный метод исследования позволил выявить современную активную зону влияния колебания уровня моря на прибрежные ландшафты, которая проходит по границе Новокаспийской морской равнины с тремя террасовыми поверхностями: террасы 1929 и 1940 гг. и максимума Новокаспийской трансгрессии, которые в настоящее время несут на себе отпечатки современных колебаний уровня моря и хорошо дешифрируются на многозональных космических снимках.

Терраса 1929 г. выделяется на синтезированном снимке светлым тоном (современные ландшафты 2А, 3А, 4А; рис. 4б), белый цвет говорит о распространении здесь солончаков, обусловленных подтоплением и переувлажнением на момент съемки. Терраса максимум Новокаспийской трансгрессии проходит по границе аллювиально-дельтовой равнине реки Жайык (Урал).

Результаты и их обсуждение

В результате геоэкологического районирования на территории северо -восточного Прикаспия по морфоструктурным особенностям и генезису рельефа было выделено 5 ландшафтных ярусов, часть из которых подразделяется на ландшафтные подъярусы по морфолитологическим и морфометрическим характеристикам рельефа, обуславливающим развитие геоэкологических процессов природного генезиса (рис. 2):

а) б)

Рис. 4 Схема дешифрирования космического снимка участка северного побережья Каспийского моря в 2011 году: а) синтез каналов 4, 3, 2 многозонального снимка Landsat, б) фрагмент карты влияния колебания уровня моря на прибрежные ландшафты

1. - верхний ярус представлен эрозионно-денудационным грядово-увалистым резко расчлененным низкогорьем Центрального Мангыстау (250-560 м н.у.м. БС), сложенным осадочными породами кайнозоя на молодой платформе с палеозойским фундаментом;

2. - ярус выше среднего, структурные возвышенные денудационные плато Устюрта и пластовые равнины Мангыстау (150-300 м н.у.м. БС), сложенные осадочными породами кайнозоя на молодой платформе с палеозойским фундаментом;

3. - средний ярус, Подуральское структурно-денудационное плато (50-200 м н.у.м. БС), сложенное осадочными породами кайнозоя на древней платформе с допалеозойским фундаментом и с ландшафтами пластовой наклонной, холмисто -грядовой равнины;

4. - ярус ниже среднего, подножья склонов гор Мангыстау, Актау, чинков Устюрта с конусами выносов (0-100 м н.у.м. БС), представлен пластово-аккумулятивными и пластово-денудационными равнинами, которые сложены осадочными породами кайнозоя на молодой платформе с палеозойским фундаментом;

5. - нижний ландшафтный ярус погруженной части Прикаспийской низменности с отрицательными абсолютными отметками поверхности (-29-0 м н.у.м. БС) представлен пластовоаккумулятивными и аккумулятивными субгоризонтальными равнинами на морских четвертичных отложениях с современными морскими террасами и покатыми поверхностями хвалынских и новокаспийских морских равнин.

Значительное влияние на ландшафтную структуру нижнего (V) яруса оказали длительные трансгрессии моря, что объясняет его хорошо выраженное террасированное строение и позволяет подразделить на пять подъярусов (V-1-V-5), различающихся по абсолютной высоте, глубине залегания высокоминерализованных грунтовых вод, особенностям почвенно-растительного покрова и развитием таких геоэкологических процессов, как засоление, дефляция и деградация растительного покрова.

В соответствии с различными типами антропогенного использования современных ландшафтов, которые способствуют развитию геоэкологических процессов антропогенного генезиса или интенсификации природных геоэкологических процессов, ландшафтные подъярусы подразделены на 25 геоэкологических районов (рис. 5). Например, в условиях близкого залегания высокоминерализованных грунтовых вод в подъярусе V -2, подверженном процессам засоления и деградации растительного покрова в условиях периодического колебания уровня моря, а также с расположением здесь крупных нефтяных месторождений, сосредоточенных на территории с ареалами исторического нефтяного загрязнения, выделены два геоэкологических района: западный и восточный, разделенные дельтой реки Жайык (Урал). Западный район с эоловой переработкой и соровыми понижениями характеризуется сильной степенью дефляции и деградации растительного покрова, а восточный подвержен сильному засолению и загрязнению техногенными нефтеуглеводородами.

По степени проявления доминирующих геоэкологических процессов (слабая, умеренная, сильная) геоэкологические районы разделены на 127 геоэкологических подрайонов.

Рис. 5 Геоэкологические районы северо-восточного Прикаспия (масштаб 1:1500000)

Заключение

Выполненное исследование показало, что на Прикаспийской низменности основное распространение получило засоление, связанное с высокой минерализацией и неглубоким залеганием грунтовых вод (36 м) в прибрежной зоне, сильным испарением в условиях сухого и жаркого климата и разливом высокоминерализованных (>100 г/л) сточных вод при нефтедобыче. На полуострове Мангышлак доминирующими процессами являются линейная эрозия и плоскостной смыв, связанные с расположением системы хребтов горной его территории с крутыми и выположенными склонами, сложенными рыхлыми породами мела и юры. В результате эрозионных процессов по мере развития овражной сети выработались Прикаратауские долины. Повсеместное распространение на территории северо-восточного Прикаспия получила дефляция (47%), которая в свою очередь связана с накоплением в большей части территории песчано-детритово-глинистых отложений неоген-четвертичного возраста в результате новейших трансгрессий уже обособившегося внутриконтинентального морского бассейна и с интенсивным физическим выветриванием горных пород.

Использование ландшафтного подхода, раскрывающего историко -генетические особенности развития ландшафтов и современные условия формирования геоэкологических процессов, в изучении пространственного распространения и степени проявления геоэкологических процессов позволило дать комплексный геоэкологический анализ и провести геоэкологическое районирование северо-восточного Прикаспия. В результате выраженной высотной дифференциации территории, динамичности ландшафтов из -за периодического колебания уровня моря и низкого градиента берегового склона, а также антропогенных нагрузок на современные ландшафты на данной территории выделяются 25 геоэкологических районов и 127 подрайонов, представляющих собой синтез антропогенных модификаций по доминирующему геоэкологическому процессу в пределах высотных уровней (5 ярусов, 15 подъярусов).

На основе объединения геоэкологических районов по интенсивности и распространению природных и геоэкологических процессов и их синергетического эффекта проведена геоэкологическая оценка исследуемого региона и выделены территории с разным состоянием природной среды: кризисная - 21%, напряженная - 44%, умеренная - 30%, относительно благоприятная - 4%, благоприятная - 1%. Благоприятные условия проживания и ведения хозяйственной деятельности на территории северо -восточного Прикаспия формируются в Жайыкском геоэкологическом районе, который представляет собой долину реки Жайык (Урал) с близким залеганием (5-7 м) пресных (до 1 г/л) и слабосолоноватых (1-2.5 г/л) грунтовых вод. Неблагоприятными условиями характеризуются Нарынский (V.1 - 13), Восточно-прикаспийский (V.3 - 18), Восточный прибрежный (V.3 - 23) геоэкологические районы, формирующиеся в условиях близкого залегания высокоминерализованных грунтовых вод (50-150 г/л), с сильной техногенной нагрузкой и загрязнением при нефтедобыче на почвах с низкой устойчивостью к загрязнению нефтеуглеводородами (преимущественно приморские солончаки и солонцы). Ландшафты данных районов подвержены сильной солевой дефляции, засолению и деградации растительного покрова со значительным синергетическим эффектом.

Дифференциация территории на геоэкологические районы является основой для разработки планов по минимизации 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.

Список литературы

1. Акиянова Ф.Ж., Нурмамбетов Э.И. 1998. Геоморфология шельфа и береговой зоны казахстанской части Каспийского моря в условиях современной трансгрессии // Доклад на III Ассамблее университетов прикаспийских государств. Актау. С. 198-200.

2. Арманд Д.Л. 1975. Наука о ландшафте. М.: Мысль. 286 с.

3. Бекмухамедов Н.Э., Муратова Н.Р. 2013. Оценка информативности разных вегетационных индексов для определения проективного покрытия пастбищ // Сельское, лесное и водное хозяйство. № 1. 2 с. [Электронный ресурс URL: http://agro.snauka.ru/2013/01/830 (Дата обращения 01.08.2019].

4. Каплин П.А. 2010. Вопросы геоморфологии и палеогеографии морских побережий и шельфа // Избранные труды. М.: Географический факультет МГУ. 620 с.

5. Кравцова В.И. 2005. Космические методы исследования почв: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Аспект Пресс. 190 с.

6. Мильков Ф.Н. 1947. О явлении вертикальной дифференциации ландшафтов на Русской равнине // Вопросы географии. № 3. С. 35-41.

7. Николаев В.А. 1979. Проблемы регионального ландшафтоведения. М.: МГУ. 160 с.

8. Рычагов Г.И. 2011. Колебание уровня Каспийского моря: причины, последствия, прогноз // Вестник Московского университета. Сер. 5, География. № 2. С. 4-12.

9. Gao B.-C., Goetz A.F.H. 1995. Retrieval of equivalent water thickness and information related to biochemical components of vegetation canopies for AVIRIS data // Remote Sensing of Environment. No. 52. P. 155-162.

Размещено на Allbest.ru