Введение к работе
Актуальность темы. До недавнего времени Азовское море выделялось из прочих водоемов Мирового океана исключительно высокой биологической продуктивностью. В последние десятилетия его экосистема претерпела существенные, порой катастрофические изменения под влиянием как климатических флуктуации, так и хозяйственной деятельности в акватории и на водосборных площадях. Проблема экологической диагностики и оценки устойчивости ландшафтной структуры Азовского моря является весьма актуальной. Эффективное решение этой проблемы возможно только на основе ландшафтной концепции, описывающей сложные взаимодействия естественных природных и антропогенных процессов.
Цель и задачи работы. Цель диссертационных исследований - экологическая диагностика и оценка устойчивости ландшафтного каркаса Азовского моря на основе применения современных компьютерных технологий - предполагает решение следующих задач:
определение положения Азовского моря в системе таксономических единиц физико-географического районирования Мирового океана с учетом действия зональных, вертикальных и азональных факторов;
исследование ландшафтообразующих факторов, ландшафтное районирование моря, разработка концептуальной схемы антропогенной деятельности, оценка экологического состояния ландшафтов;
- изучение морфологической структуры ландшафтов, оценка геохимических
характеристик абиотических и биотических компонентов на основе детальных
многопараметрических съемок с применением методов многомерной классификации (ММК);
типизация ландшафтов и оценка устойчивости ландшафтного каркаса Азовского моря на основе технологий географических информационных систем (ГИС) и ММК для трех сценариев его развития;
разработка методики интегральной оценки качества среды, типизация экологического состояния водных масс и донных осадков, комплексная оценка качества среды на основе интегрального показателя, выявление тренда развития загрязнения аквальных природных комплексов (АПК).
Материалы и методы исследований. Объектом исследования является Азовское море. В основу диссертации положены материалы полевых и камеральных работ, выполненных автором в экспедициях Ростовского государственного университета с 1984 по 2002 гг., а также использованы результаты обработки фондовых материалов и литературных источников.
Комплексный характер исследований определил необходимость применения методов, используемых в геологии, геоморфологии, литологии, гидрологии, гидробиологии, геохимии. Работы проводились в соответствии с действующими наставлениями, руководствами и методическими указаниями. Полевые работы предусматривали проведение серии детальных многопараметрических съемок. Ландшафтные исследования проводились двумя основными способами - путем создания на акватории равномерной сетки станций и методом изучения ключевых участков. Исследование подводных ландшафтов регионального уровня проводилось на основе методик, разработанных К.М. Петровым. Внутриландшафтная дифференциация береговой зоны выполнена с использованием метода многомерной классификации.
Общий объем исследований составил: гидро лого-гидрохимические параметры -температура - 460 измерений, соленость и кислород по 437 проб; гидробиологические анализы -фито- и зоопланктон по 188 проб, бентос - 230 проб. Спектральный анализ: вода - 619, взвеси -127, донные осадки - 291, гидробионты - 36; гранулометрический анализ - 230 проб.
Научная новизна полученных результатов заключается:
- в выделении и картографировании подводных ландшафтов и их морфологической
структуры, оценке загрязнения воды, донных осадков и биоты на основе детальных
многопараметрических съемок с применением методов многомерной классификации;
- в создании базы данных в виде комплекта цифровых карт для периода
значительных природно-климатических и антропогенных флуктуации второй половины
XX и начала XXI века, исследовании динамики основных факторов ландшафтной
дифференциации Азовского моря;
- в создании электронных атрибутивных таблиц среднестатистические
характеристик и стандартных отклонений параметров среды и биоты для трех сценариев
развития Азовского моря, оценке устойчивости ландшафтного каркаса моря и выявлении тренда его изменений.
- в выявлении тренда изменения морских ландшафтов на основе интегральной оценки качества среды, экологической типизации водных масс, донных осадков и биоценозов.
Теоретическая значимость диссертации состоит в разработке методологии экологической диагностики и оценки устойчивости ландшафтной структуры морских бассейнов на основе методов многомерной классификации (ММК), позволяющих обобщить большой фактический материал, объективно отразить общие свойства и особенности исследуемых территорий и акваторий в многомерном пространстве признаков и визуализировать полученные данные при помощи ГИС- технологий.
Практическое значение. Результаты исследований являются составной частью отчетов по грантам:
1) Грант РФФИ 00-05-65379-а: Твердые примеси антропогенного происхождения в
морских водоемах: поступление, перенос, захоронение и оценка воздействия на экосистему (2000 -
2002 гг.) - исполнитель.
Грант РФФИ 02-05-64927-а: Разработка ландшафтной концепции биогеографического районирования окраинных морей (2002-2004 гг.) - исполнитель.
Грант РФФИ 04-05-96800-р2004юг-а: Исследование современного развития абразионных и аккумулятивных берегов Азовского моря (2004-2005 гг.) - руководитель.
Грант Университеты России 015.08.01.018: Биогеохимический статус Азовского моря как результат антропогенной деятельности Приазовья (2000-2001 гг.) - исполнитель.
Грант Университеты России УР.08.01.039: Трансформация аквальных комплексов Азовского моря в условиях антропогенного воздействия (2002-2003 гг.) - руководитель.
Разработанные в диссертации методы и подходы могут быть использованы при
мониторинге морских экосистем, выявлении импактных районов, для разработки
программ устойчивого развития береговой зоны моря. Ландшафтные карты и электронная
база данных служит основой при составлении оценочных и инвентаризационных карт.
Полученные результаты используются природоохранными органами,
рыбохозяйственными, курортными и другими организациями для целей планирования, разработки схем рационального использования, охраны природных ресурсов Азовского моря.
Результаты диссертационной работы применяются в учебном процессе при подготовке студентов по специальностям «География», «Геоэкология», «Океанология» в Ростовском государственном университете при чтении курсов «Общая гидрология» «Гидрология суши», «Экология океана», «Подводные ландшафты океана», «Миграция загрязняющих веществ в окружающей среде», «Озероведение», при подготовке дипломных работ и кандидатских диссертаций.
Защищаемые положения.
Азовское море имеет упорядоченную ландшафтную структуру. В ней четко выделяются региональные и типологические ряды аквальных комплексов, которые определяются как при районировании на основе традиционного сравнительно-географического метода, так и с использованием компьютерных технологий ММК и ГИС.
Ландшафтная структура Азовского моря характеризуется определенной устойчивостью по отношению к внешним воздействиям. Установлена ее способность сохранять ключевые элементы при изменении внешних условий.
Для функционирования Азовского моря, как единой системы, характерна цикличность протекания основных процессов, связанных с изменениями климата и интенсивности антропогенного воздействия. Это проявляется в изменении параметров природных компонентов, границ ландшафтов, их площадей и конфигурации.
Современная ландшафтная структура моря формируется на месте предшествующей в результате саморазвития под воздействием природно-антропогенных флуктуации. В результате необратимых изменений в компонентах ландшафта, его структура претерпевает перестройку, возникает новая структура, новый ландшафт, содержащий в себе элементы прежнего.
5. Экодиагностика, проведенная на основе методов многомерной классификации и ГИС-
технологий, установила, что в современных условиях класс качества вод в аквальных природных
комплексах Азовского моря изменяется от II (чистые) до VI (грязные), донных осадков от I
(чистые) до IV (умеренно-загрязненные). Интегральная оценка качества среды определила в
акватории моря 6 экологических районов с соответствующим уровнем загрязнения среды, а также
выявила тренд улучшения качества среды Азовского моря при сохранении ряда импактных зон.
6. Разработка основных принципов и критериев выделения единиц ландшафтного
районирования морских мелководий различного таксономического ранга на основе методов
многомерной классификации позволяет обобщить большой фактический материал, объективно
отразить общие свойства и особенности исследуемых территорий и акваторий в многомерном
пространстве признаков и визуализировать полученные данные при помощи ГИС- технологий.
Разработанная методика интегральной оценки качества среды с применением современных
информационных технологий может быть использована при мониторинге морских экосистем, при
выполнении работ по оценке воздействия на окружающую среду, при разработке
природоохранных мероприятий.
Апробация работы. Основные положения и выводы, содержащиеся в диссертации, докладывались автором на Всесоюзной конференции по рациональному использованию биологических ресурсов окраинных и внутренних морей СССР. «Сбалансированное рыболовство» (г.Пярну, 1989), на Всесоюзной конференции по гидромеханизированным работам и дампингу (г.Ростов-н/Д, 1991), на Всесоюзной конференции по охране и использованию биологических и химических ресурсов Мирового океана (г.Владивосток, 1990), на ежегодных отчетных конференциях АзНИИРХ (г.Ростов н/Д, 1986-1992 гг.) и межведомственной ихтиологической комиссии (г.Ростов-н/Д, 1992), на ежегодных конференциях «Экология. Экономика. Информатика. Математическое моделирование и проблема рационального природопользования» (п. Дюрсо, 2000-2006 гг.,), на международном семинаре «Современные технологии мониторинга и освоения природных ресурсов южных морей» (г.Ростов-н/Д, 2005), на международной научной конференции «Современные климатические и экосистемные процессы в уязвимых природных зонах» (г. Азов, 2006), на международной научной конференции «Проблемы биологической океанографии XXI века» (г.Севастополь, 2006).
Результаты работы отражены более чем в 60 публикациях, в том числе в 8 статьях в ведущих научных изданиях, 1 авторской и 4 коллективных монографиях. Ряд положений диссертации изложен в 6 научно-производственных отчетах, при составлении которых автор являлся ответственным исполнителем. Отчеты хранятся в фондах Азовского НИ рыбного хозяйства (АзНИИРХ) и Ростовского госуниверситета.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 212 наименования. Общий объем работы 280 страниц машинописного текста. Работа иллюстрирована 93 рисунками и 35 таблицами.
Автор выражает глубокую признательность за помощь в работе, ценные советы и рекомендации научному консультанту д.г.н., профессору кафедры биогеографии и охраны природы С.-Петербургского государственного университета К.М. Петрову. При выполнении работы на разных ее этапах существенную помощь и поддержку оказали: председатель ЮНЦ РАН акад. Г.Г. Матишов, зам. председателя ЮНЦ РАН, зав. кафедрой океанологии РГУ, член.-кор. Д.Г. Матишов, декан гео лого-географического факультета РГУ д.г-.м.н., профессор Н.И. Бойко, д.б.н, профессор СП. Воловик, директор ГИС-центра РГУ, профессор Ф.А. Сурков, преподаватели кафедры океанологии РГУ доц., к.г.н. О.В. Ивлиева, А.Е. Цыганкова, В.В. Сорокина, сотрудники Азовского НИИ рыбного хозяйства к.б.н. Л.Н. Фроленко, к.б.н. Е.И. Студеникина, сотрудники кафедры биогеографии и охраны природы С.-Петербургского государственного университета во главе с зав. кафедрой, д.г.н., профессором А.С. Федоровым. Всем автор выражает благодарность и глубокую признательность. Автор благодарит главного ученого секретаря ЮНЦ РАН, к.ф-м.н., д.г.н. СВ. Бердникова за неоценимую помощь при обработке материалов на основе математических методов.
