Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экосистемный подход в оценке биоразнообразия 7
1.1 Концепция экологической безопасности Республики Казахстан 7
Глава 2. Природные условия района исследования 16
2.1 Географическое положение региона 16
2.2 Климатические условия 16
2.3 Рельеф и Геологическое строение 21
2.4 Почвы 23
2.5 Растительный и животный мир 23
2.6 Характеристика техногенных воздействий 24
Глава 3. Разнообразие экосистем 26
Глава 4. Организация мониторинга территории Северо-Восточного Прикаспия
3 4.1 Принципы.организации наблюдений 32
4.2 Материалы и методы исследований на территории нефтяных месторождений 36
Глава 5. Флористическая и фитоценологическая характеристика района исследования 37
5.1 Систематический список сосудистых растений 39
5.2 Общая характеристика флоры 52
5.3 Ключевые виды флоры 65
5.4 Структура и закономерности распространения растительности 73
5.5 Фитоценологическая характеристика 73
5.6 Современное состояние растительности 83
Глава 6. Фаунистическая характеристика Северо-Восточного рикаспия 98
6.1 Общая характеристика фауны 98
6.2 Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения животные 113
Заключение 116
Выводы 117
Практические рекомендации 118
Список литературы
- Концепция экологической безопасности Республики Казахстан
- Рельеф и Геологическое строение
- Материалы и методы исследований на территории нефтяных месторождений
- Структура и закономерности распространения растительности
Введение к работе
Актуальность исследований. В связи с большими запасами нефти регион Каспийского моря в настоящее время находится в центре экономических и политических интересов многих стран. Разведка, добыча, переработка и транспортировка нефти сопровождаются интенсификацией природопользования и развитием инфраструктуры. В процессе работ ежегодно увеличиваются площади территорий, вовлекаемых в хозяйственную деятельность, что приводит к трансформации природных экосистем и сокращению биоразнообразия флоры и фауны. В связи с этим актуальна проблема поддержания экологической устойчивости территории Прикас-пия, обеспечения рационального и сбалансированного режима природопользования и сохранения разумного баланса природных и хозяйственных экосистем. От решения этих проблем в конечном счете зависит устойчивое развитие государств и народов, населяющих данный регион.
Сохранение экосистем в устойчивом состоянии можно обеспечить посредством управления природопользованием, основной задачей которого является сохранение ландшафтного разнообразия как каркаса структуры экосистем, обеспечение потенциала их естественного самовосстановления. Это позволит поддерживать биоразнообразие на разных уровнях его структурной организации: видовом, популяционном, цено-тическом, экосистемном и ландшафтном — и условия нормального функционирования видов флоры и фауны. Основой должна служить надежная информация о состоянии флоры и фауны, экологических условиях их развития. Владение такой информацией позволяет прогнозировать негативные тренды в динамике природных систем, управлять ими путем минимизации воздействий или временных и пространственных ограничений.
Для сохранения ландшафтного и биологического разнообразия конкретной территории необходимы знания об условиях формирования, природной и антропогенной динамике и структуре экосистем, биологических особенностях видов флоры и фауны и географических аспектах их формирования. Работы проводились в соответствии с задачами Конвенции ООН «О биоразнообразии», которую Казахстан ратифицировал в 1998 г., а также национальными планами действий и национальной стратегией по сохранению биоразнообразия.
Цель исследования: комплексная оценка состояния биоразнообразия северо-восточной части Прикаспия в современной техногенной экологической ситуации.
Задачи исследования:
Анализ и обобщение современных представлений о состоянии биоразнообразия и принципах мониторинга района исследования.
Выявление разнообразия экосистем, их пространственной структуры и функционирования в зоне влияния промышленных воздействий.
Инвентаризация видового состава флоры и фауны в районе нефтяных месторождений Прикаспия.
Характеристика состава, структуры и распределения растительных сообществ в зоне нефтяных месторождений.
Разработка программы мониторинга для прогнозирования состояния экосистем на территории нефтяных месторождений.
Научная новизна. Впервые проведена комплексная оценка растительного покрова и животного населения в районе нефтяных месторождений Новокаспийской и Позднехвалынской равнин Северо-Восточного Прикаспия. Дана характеристика флоры, описание основных экосистем, проанализировано значение основных природных и антропогенных факторов, определяющих современное состояние растительного покрова и животного населения.
Практическая значимость. Выявленные в процессе изучения полезные технические, кормовые, лекарственные виды растений, ключевые виды флоры и фауны могут быть использованы специалистами служб мониторинга в практической деятельности, направленной на улучшение состояния экосистем, прогнозирования состояния природной среды в районе нефтяных месторождений. Данные по инвентаризации биоразнообразия могут быть использованы при проведении полевых практик, для чтения лекций по курсам «Экология растений», «Рациональное природопользование», «Общая экология» в высших учебных заведениях.
Защищаемые положения
Исследуемая территория представлена сочетанием луговых, песчаных, солончаковых, пустынных экосистем, сформировавшихся под влиянием абиотических факторов, формирующих сложную ландшафтную структуру территории исследования.
Видовой состав эколого-флористических комплексов является результатом эдафо-климатического отбора и техногенного воздействия.
Проведенный анализ биоразнообразия Северо-Восточного Прикаспия является основой для проведения мероприятий по сохранению видового разнообразия и организации мониторинга.
Личный вклад соискателя. Представленная диссертационная работа является обобщением результатов многолетней (с 2005 года) работы
автора. Все выносимые на защиту результаты и положения получены либо соискателем, либо при его непосредственном участии. Автором определены задачи, подготовлена программа исследования, выполнены работы по выбору методов, сбору полевых материалов, камеральной и статистической обработке, обобщению и интерпретации данных. Доля участия автора в подготовке публикаций составила 80%.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на IV Международной конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2008 г.), VI Всероссийской конференции «Биоразнообразие и биоресурсы Урала и сопредельных территорий» (Оренбург, 2010 г.), III Международной научной конференции молодых ученых «Парадигмы современной науки» (Караганда, 2011 г.), аспирантских чтениях, заседаниях кафедры ботаники и физиологии растений.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов и приложений, включает 155 страниц, 11 таблиц, 15 рисунков. Список литературы содержит 141 источник, из них 19 на иностранном языке.
Концепция экологической безопасности Республики Казахстан
На протяжении многих десятилетий в Казахстане складывалась система природопользования с экстремально высокими техногенными нагрузками на природную среду, что ведет к утрате способности поддерживать качество природной среды, необходимое для жизнедеятельности общества [78].
Основы государственной политики в области охраны природной среды заложены в Концепции экологической безопасности, (1996), где выделены экологические приоритеты создания системы природоохранного законодательства, государственного контроля и экспертизы, экономических механизмов природопользования, мониторинга окружающей среды [77-81, 144].
С момента принятия данной Концепции в Республике Казахстан создана основа природоохранного законодательства, подписан ряд международных конвенций по вопросам охраны окружающей среды, создана система управления природоохранной деятельностью. Программа экологической безопасности разработана на 2004-2015годы [144]. Основные принципы этой программы - экосистемный подход к регулированию всех общественных отношений для устойчивого развития государства путем внедрения научно обоснованного комплекса ограничений, нормативов и правил ведения хозяйственной и иной деятельности, определяющих экологически допустимые пределы использования природных ресурсов и обеспечивающих сбалансированное управление качеством окружающей среды; подчиненность региональных и локальных задач экологической безопасности глобальным и национальным целям предупреждения экологических угроз [79].
Экосистемы Казахстана отличаются уникальностью биологического разнообразия в Центральной Азии и на континенте в целом. Исчезновение видов растений и животных приводит к утрате разнообразия на генетическом уровне и соответствующим изменениям в экосистемах. Основной причиной реальной утраты биоразнообразия являются уничтожение и деградация местообитаний, главным образом уничтожение лесов, эрозия почв, загрязнение внутренних и морских водоемов, чрезмерная заготовка видов растений и животных. Не так давно интродукция чужеродных видов растений и животных была также признана в Казахстане в качестве серьезной причины утраты биоразнообразия [15, 142].
Наиболее эффективной мерой сохранения биоразнообразия является создание особо охраняемых природных территорий. Площадь особо охраняемых природных территорий республики составляет 13,5 млн. гектаров, или 4,9% от всей территории, что совершенно недостаточно для сохранения экологического баланса биологического разнообразия и ниже мировых стандартов, которые составляют 10% [81].
Согласно Концепции развития и размещения особо охраняемых природных территорий Республики Казахстан до 2030 года предусмотрено увеличить их площадь до 17,5 млн. гектаров, что будет составлять 6,4% территории республики [143, 144, 80].
В целях сохранения биологического разнообразия в Казахстане предпринимается реализация мер по оценке состояния и инвентаризации объектов биоразнообразия, расширению сети особо охраняемых природных территорий и сохранению природных популяций редких видов с помощью их искусственного воспроизводства и восстановления на нарушенных территориях с учетом современных природных и антропогенных процессов, включению особо охраняемых природных территорий страны в списки Всемирного природного и культурного наследия ЮНЕСКО и биосферных территорий в рамках программы "Человек и биосфера" [77-81,144, 146].
Необходимо разработать и утвердить программу по борьбе с опустыниванием, направленную на предотвращение и сокращение масштабов опустынивания, и негативного воздействия засухи, восстановление деградированных земель и плодородия почв, разработку и внедрение экономических механизмов устойчивого землепользования, обеспечивающих сохранение и или восстановление ресурсной базы, укрепляющих экологическую безопасность населения, а также информирование и обеспечение участия широких слоев населения, в процессе борьбы с опустыниванием [90, 146, 147].
Основными результатами Программы будут предотвращение процессов опустынивания и сокращение масштабов деградации земель, введение экономических механизмов борьбы с опустыниванием, повышение продуктивности сельскохозяйственных земель. Широкое освоение углеводородных ресурсов государствами бассейна Каспийского моря увеличивает масштаб негативного воздействия на морские и прибрежные экосистемы. В условиях неопределенности статуса моря существенное значение приобретают внешние экологические угрозы трансграничного характера. Предстоящее массированное освоение углеводородного сырья в казахстанском секторе моря представляет потенциальную угрозу экологической безопасности страны и требует проведения специальных исследований по определению предельно возможного уровня добычи углеводородов без нанесения ущерба морским и прибрежным экосистемам, осуществление геодинамического мониторинга, ликвидация бесхозных нефтяных скважин и других исторических загрязнений, принятие мер по прекращению сжигания попутного газа на факелах и несанкционированного захоронения нефтяных труб и оборудования, имеющих радиоактивное загрязнение [80-83].
Рельеф и Геологическое строение
Зональные пустынные (автоморфные) формируется на возвышенных равнинах с бурыми и серо-бурыми почвами различной степени засоления в автоморфном режиме увлажнения и представлены следующими подтипами:
Пустынные автоморфные цокольных возвышенных равнин с зональными бурыми и серо-бурыми пустынными почвами различной степени засоления. Подразделяются в пределах бассейна на три подзональных варианта: северные (остепненные) пустыни с сочетанием в растительном покрове полукустарничковых полынных и многолетнесолянковых сообществ с участием степных злаков (еркек, житняк, ковыль Гогенаккера) на бурых почах. Преобладают сообщества с доминированием полыней туранской и белоземельной. настоящие пустыни (Туранского типа) с преобладанием белоземельнополынных сообществ с участием эфемероидов (осочка пустнынная, мятлик луковичный) на серо-бурых почвах.
Экосистемы эоловых равнин (песков) очень широко распространены изенимают более 40% территории. К эоловым равнинам с пустынными песчаными почвами приурочены псаммофитнокустарниковые (разные виды жузгунов, терескен, эремоспартон, саксаул белый) с участием полыней Лерха и белоземельной и эфемеров.
Пустынные полугидроморфные приурочены к отрицательным формам рельефа и пониженным равнинам и характеризуется преобладанием полукустарничковых биюргуновых и сарсазановых сообществ на солончаках обыкновенных и соровых. Они. широко распространены на приморской равнине, а также в межгрядовых понижениях, и вблизи массивов орошения (вторичные солончаки) [73]. Хозяйственное значение зональной растительности - круглогодичные пастбища, топливная древесина (саксаул, кустарники). Экологическая функция - ландшафтостабилизирующая, почвоукрепляющая, солеудерживающая. Хозяйственное значение - разносезонные пастбища для всех видов скота и диких животных. Потребность в водообеспеченности. Влагозарядка за счет атмосферных осадков, в отдельных случаях - грунтовых вод. При необходимости увеличения продуктивности возможно орошение. Интразональные (гидроморфные) экосистемы формируются исключительно под воздействием водного фактора на гидроморфных почвах лугового и болотного ряда различной степени засоления.
Травяные болота (заросли тростника) или водно-болотные угодья (гидрофитные) формируются в условиях избыточного увлажнения на почвах болотного ряда (иловато-болотных) с анаэробными процессами почвообразования. На территории встречаются локально в приморской части. Повсеместно ландшафтное значение имеют заросли крупного корневищного злака - тростника. В пресноводных водоемах, наряду с тростником, широко распространены сообщества рогоза и камыша. При уменьшении водообеспеченности травяные болота сменяются болотистыми лугами. Экологическая функция — кормовая база и места гнездования для водоплавающих и околоводных птиц, нерестилища и места нагула молоди рыб, места обитания ондатры, буферная зона между водными и наземными экосистемами.
Болотистые луга (гигрофитные) формируются в условиях ежегодного кратковременного (15-20 дней) и периодического длительного затопления на лугово-болотных почвах при уровне грунтовых вод 1-2 м. Они приурочены к отрицательным формам рельефа. Сообщества обычно монодоминантные тростниковые и клубнекамышевые. По мере обсыхания в них увеличивается обилие вейника и разнотравья, а на засоленных почвах - однолетних галофитов.
При обсыхании болотистые луга сменяются, настоящими и галофитными лугами, а при избыточном поверхностном затоплении - травяными болотами.
Экологическая функция — ландшафтостабилизирующая, кормовая база и места обитания диких животных (кобан, камышовый кот), гнедования птиц.
Галофитные луга формируются на луговых солончаках с близким залеганием грунтовых вод (1,5-2,5м) и обычно занимают незначительные площади. Эдификаторами являются галофитные (солеустойчивые) злаки: ажрек (Aeluropus littoralis), бескильница (Puccinellia tenuissima, P. dolicholepis, P. diffusa). Встречаются разреженные тростниковые (Phragmites australis var.acanthophylla) сообщества с участием однолетних галофитов (Salicornia europaea, Suaeda prostrate) и кермека (Limonium otolepis). Экологическая функция — ландшафтостабилизирующая, места обитания и кормовая база диких животных и птиц.
Опустыненные луга являются сукцессионной стадией болотистых и галофитных лугов и формируются при прекращении поверхностного затопления и углубления грунтовых вод более чем на Зм. Доминирующую роль в сообществах играют виды фреатофитного разнотравья: солодка, карелиния и верблюжья колючка.
При дальнейшем обсыхании территории наблюдается внедрение галофитных кустарников: засолении - карабарака, гребенщика и итцегека.
Экологическая функция — ландшафтостабилизирующая, места обитания и кормовая база диких животных и птиц.
Кустарниковые заросли являются сукцессионной стадией лугов в процессе опустынивания или вторичного засоления. Они также формируются в условиях подтопления в зоне влияния сгонно-нагонных процессов. Верхний ярус образуют кустарники: гребенщик, селитрянка. В нижнем ярусе обычны злаки (тростник, вейник, ажрек) и однолетние солянки (сведа, петросимония). Экологическая функі{ия — ландшафтостабилизирующая, водоохранная, места обитания и кормовая база диких животных и птиц, восстановление плодородия почв. Водные экосистемы Капийское море - естественный природный водоем с богатым биоразнообразием гидрофлоры и фауны (бентос, планктон, ихтиофауна). Экосистемный подход является основой классификации Глобальных характеристик земного покрытия (GlobalLandCoverCharacterization - GLCC), разработанной Центром данных геологических исследований США (USGS), Системой наблюдений за земными ресурсами (EROS) и Объединенным исследовательским центром Европейской комиссии на основе обработки данных спутника AVHRRNOAA с разрешением 1 км. В основе этой системы лежит методический подход, разработанный Джери Олсоном (Jerri Olson) [78,80] и известный как «Глобальная структура экосистем» (GlobalEcosystemFramework) [82, 145, 146].
Материалы и методы исследований на территории нефтяных месторождений
В условиях серьёзного вмешательства в окружающую среду, каковым является разработка нефтяных месторождений, очень важно проведение мониторинга биоразнообразия. Мониторинг позволяет оценить эффективность проводимых природоохранных мероприятий и внести необходимые коррективы в случае выявления недостатков [1,2].
Мониторинговые наблюдения носили комплексный характер и проводились на основе полевого наземного обследования территории исследования и конкретных участков, анализа данных дистанционного зондирования с использованием космических мультиспектральных снимков высокого разрешения [28,30].
Разный масштаб охвата территории позволил проведение работ с разной степенью подробности. В связи с этим мониторинг проводился на 2-х уровнях:
1. По всей территории выбиралась сеть репрезентативных участков мониторинга, характеризующих разнообразие экосистем. Площадь участков составляла от 100 м2 (10x10 м) до 10 000 м 2 (100x100 м) в зависимости от особенностей экосистемы. Ежегодно, в одни и те же сроки проводились полевые обследование с посещением всех участков мониторинга, с определением всех необходимых параметров, характеризующих состояние экосистем, включая состояние компонентов биоразнообразия и экологические условия местообитаний: физико-химические свойства и запасы влаги почвенного профиля, уровень залегания грунтовых вод, присутствие загрязняющих веществ и т.п [54,55]. Эти данные необходимы для оценки общего состояния экосистем и определения трендов развития негативных процессов. Для этих целей испольовались космические снимки среднего разрешения типа Landsat, Spot и другие, позволяющие получить обзорную информацию [3,4,5].
2. Объектами мониторинга служили участки, с выраженным воздействием на природную среду в результате эксплуатации нефтяных месторождений, а также участки, на которых проводятся восстановительные мероприятия. Участки с аналогичными условиями, но с наимение выраженным антропогенным воздействием принимались в качестве контрольных. На этих участках проводился сезонный мониторинг 3 раза в год (весна, лето, осень). Площадь их составляла 100 м (10x10 м). В отличие от предыдущего обзорного мониторинга здесь, кроме перечисленных ранее параметров, проводились детальные наблюдения за флорой и растительностью, её фенологическим состоянием в различных экологических условиях. Данные мониторинга на модельных участках необходимы для получения количественных критериев контроля за реализацией проводимых восстановительных мероприятий и состоянию биоразнообразия.
Перечисленные уровни мониторинга различаются методическими подходами, особенно в части детальности исследований. При этом имеются общие принципы, которые необходимо учитывать для получения сравнительных данных. При подборе мониторинговых участков применялся метод экологического профилирования, с целью достижения репрезентативности в разнообразии экологических условий и типов экосистем. Координаты участков мониторинга фиксировались GPS, в натуре участки обозначались угловыми столбиками или огораживанием при необходимости. На каждом участке устанавливался аншлаг с номером участка, датой начала наблюдений, срока ежегодных наблюдений и другой необходимой информацией [57, 58].
Основываясь на обзоре литературных и фондовых материалов по проблеме исследований, были установленны качественные и количественные характеристики основных видов флоры и фауны, и приуроченность их к биологическим сообществам и местам обитания. Выявлены факторы негативного влияния на флору и фауну, определены индикаторные виды растений и животных в зависимости от техногенного воздействия и дана экологическую оценку их состояния [98]. Основной задачей мониторинга является выявление закономерностей изменений и динамики видов растений и животных в зависимости от техногенных воздействий и разработка рекомендаций по сохранению и восстановлению биоразнообразия [9,111].
При подборе мониторинговых участков учитывались основные типы воздействия на биоразнообразие. По характеру воздействия на флору и фауну выделяются 2 основные группы факторов: техногенные и прочие, последние не имеют отношения к производственной деятельности (Табл. 2).
Структура и закономерности распространения растительности
Экосистемы эоловых равнин (песков) очень широко распространены изенимают более 40% территории. К эоловым равнинам с пустынными песчаными почвами приурочены псаммофитнокустарниковые (разные виды жузгунов, терескен, эремоспартон, саксаул белый) с участием полыней Лерха и белоземельной и эфемеров.
Пустынные полугидроморфные приурочены к отрицательным формам рельефа и пониженным равнинам и характеризуется преобладанием полукустарничковых биюргуновых и сарсазановых сообществ на солончаках обыкновенных и соровых. Они. широко распространены на приморской равнине, а также в межгрядовых понижениях, и вблизи массивов орошения (вторичные солончаки) [73].
Хозяйственное значение зональной растительности - круглогодичные пастбища, топливная древесина (саксаул, кустарники). Экологическая функция - ландшафтостабилизирующая, почвоукрепляющая, солеудерживающая. Хозяйственное значение - разносезонные пастбища для всех видов скота и диких животных. Потребность в водообеспеченности. Влагозарядка за счет атмосферных осадков, в отдельных случаях - грунтовых вод. При необходимости увеличения продуктивности возможно орошение. Интразональные (гидроморфные) экосистемы формируются исключительно под воздействием водного фактора на гидроморфных почвах лугового и болотного ряда различной степени засоления. Травяные болота (заросли тростника) или водно-болотные угодья (гидрофитные) формируются в условиях избыточного увлажнения на почвах болотного ряда (иловато-болотных) с анаэробными процессами почвообразования. На территории встречаются локально в приморской части. Повсеместно ландшафтное значение имеют заросли крупного корневищного злака - тростника. В пресноводных водоемах, наряду с тростником, широко распространены сообщества рогоза и камыша.
При уменьшении водообеспеченности травяные болота сменяются болотистыми лугами.
Экологическая функция — кормовая база и места гнездования для водоплавающих и околоводных птиц, нерестилища и места нагула молоди рыб, места обитания ондатры, буферная зона между водными и наземными экосистемами.
Болотистые луга (гигрофитные) формируются в условиях ежегодного кратковременного (15-20 дней) и периодического длительного затопления на лугово-болотных почвах при уровне грунтовых вод 1-2 м. Они приурочены к отрицательным формам рельефа. Сообщества обычно монодоминантные тростниковые и клубнекамышевые. По мере обсыхания в них увеличивается обилие вейника и разнотравья, а на засоленных почвах - однолетних галофитов.
При обсыхании болотистые луга сменяются, настоящими и галофитными лугами, а при избыточном поверхностном затоплении - травяными болотами. Экологическая функция — ландшафтостабилизирующая, кормовая база и места обитания диких животных (кобан, камышовый кот), гнедования птиц.
Галофитные луга формируются на луговых солончаках с близким залеганием грунтовых вод (1,5-2,5м) и обычно занимают незначительные площади. Эдификаторами являются галофитные (солеустойчивые) злаки: ажрек (Aeluropus littoralis), бескильница (Puccinellia tenuissima, P. dolicholepis, P. diffusa). Встречаются разреженные тростниковые (Phragmites australis var.acanthophylla) сообщества с участием однолетних галофитов (Salicornia europaea, Suaeda prostrate) и кермека (Limonium otolepis). Экологическая функция — ландшафтостабилизирующая, места обитания и кормовая база диких животных и птиц.
Опустыненные луга являются сукцессионной стадией болотистых и галофитных лугов и формируются при прекращении поверхностного затопления и углубления грунтовых вод более чем на Зм. Доминирующую роль в сообществах играют виды фреатофитного разнотравья: солодка, карелиния и верблюжья колючка.
При дальнейшем обсыхании территории наблюдается внедрение галофитных кустарников: засолении - карабарака, гребенщика и итцегека.
Экологическая функция — ландшафтостабилизирующая, места обитания и кормовая база диких животных и птиц.
Кустарниковые заросли являются сукцессионной стадией лугов в процессе опустынивания или вторичного засоления. Они также формируются в условиях подтопления в зоне влияния сгонно-нагонных процессов. Верхний ярус образуют кустарники: гребенщик, селитрянка. В нижнем ярусе обычны злаки (тростник, вейник, ажрек) и однолетние солянки (сведа, петросимония). Экологическая функі{ия — ландшафтостабилизирующая, водоохранная, места обитания и кормовая база диких животных и птиц, восстановление плодородия почв.
