ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Проект направлен на исследование механизмов формирования эмерджентных свойств ландшафтной структуры на примере агроландшафта в среднетаежной подзоне Архангельской области. Основные задачи проекта: 1) выявить условия возникновения эмерджентных свойств геосистем, состоящих из условно зональных (лесных, в том числе вторично-лесных, болотных) и антропогенных урочищ (полевых, луговых), 2) установить критические площадные соотношения условно зональных и антропогенных урочищ, при которых происходит нарушение зональных геохимических свойств почв и вод, фаунистического разнообразия в геосистеме более высокого ранга, 3) установить критерии оптимального взаиморасположения условно зональных и антропогенных урочищ в бассейне и катене, способствующего сохранению экологических функций при интенсивных антропогенных нагрузках. Основной подход заключается в комбинации возможностей пространственного анализа и ландшафтно-геохимических методов для выявления причинно-следственных связей между характеристиками пространственной структуры ландшафта «на входе» и свойствами потоков косного (химические свойства вод, почв, биологическое поглощение) и живого вещества (фаунистическое разнообразие) «на выходе». Проект исходит из допущения, что площадные соотношения и взаиморасположение пространственных элементов, оцененные на нескольких иерархических уровнях организации геосистем, являются самостоятельным фактором формирования эмерджентных эффектов геосистем. Задачи проекта предлагается решать на примере трех иерархических уровней геосистем: катены, малого бассейна и ландшафта. Предлагаемое многокомпонентное исследование ставит задачу исследования радиальных связей как механизма нейтрализации неблагоприятных латеральных потоков. По материалам многокомпонентного исследования ландшафта (морфолитогенная основа, почвы, воды, растительный покров, животное население) предполагается разработать количественные критерии экологически эффективных соотношений угодий в агроландшафте лесной зоны.
На примере агроландшафта в таежной зоне Архангельской области установлены пространственные и биогеохимические критерии реализации буферной роли лесных и луговых урочищ по отношению к потокам загрязняющих веществ с распаханных полей к водоемам. Определение эффективности биогеохимических барьеров позволяет в процессе ландшафтного планирования предлагать пространственные параметры буферных зон. На основании биогеохимических данных показана различная емкость фитобарьеров в нижних звеньях катен. Доказана эффективность ленточных фитобарьеров с доминированием таволги вязолистной, энергично перехватывающих Cu, Zn и Ba, поступающих на поймы из распаханных верхних звеньев катен. Их функции по перехвату элементов, поступающих с внутрипочвенным и грунтовым стоком, корректируются филогенетической специализацией доминантов (активное включение К в биокруговорот зонтичными, Si – злаками и осоками и др.), определяющей снижение химических угроз для водоемов после прохождения фитобарьера. Доказана буферная роль склоновых еловых лесов по отношению к Ba, Zn, Mo, которые привносятся с вышележащих распаханных участков и более активно вовлекаются в биокруговорот елью, чем в фоновых условиях. Отсутствие емких фитобарьеров по днищу ложбин способствует потере элементов и оказывает негативное влияние на речной сток, в частности на увеличение летом и осенью в водах мелких рек южных склонов концентраций P и K. Установлено, что эффективность геохимических ловушек в аккумулятивных позициях на террасах различаются от года к году в зависимости от года севооборота. Доказано, что в весенний и осенний паводки рост лесистости бассейна способствует понижению выноса нитратов из агроландшафтов. Для пашенно-лесных катен доказано, что в катенах, где делювиальные шлейфы не перекрывают полностью речные террасы, в органогенных горизонтах агроземов на пашнях и соседствующих с ними лесных комплексах с текстурно-подзолистыми почвами наблюдается дальнейшее снижение содержания подвижных форм Р и К (L 0,1-0,03) и обменного К, Са, Мg. Для текстурно-подзолистых почв характерно увеличение радиальной дифференциации Мп (R от 0,6 до 1,6). Свидетельством активной вертикальной миграции является обеднение Мп осветленного контактно-глеевого горизонта с накоплением в гор.ВFe . Появление оглеения и увеличение в поглощающем комплексе Al (до 0,48м-экв/100г, L от 7 до16) и Н (до 0,42м-экв/100г и более) свидетельствует об изменении не только окислительно-восстановительных, но и щелочно-кислотных условий, что увеличивает контрастность обстановок водной миграции в катенах за счет нижних звеньев неполных геохимических сопряжений.Модификация пашенно-лесных катен связана: 1) в верхних звеньях – со ступенчатостью междуречных равнин и появлением дополнительных зон аккумуляции на выровненных поверхностях, куда поступает вещество с прилегающих пологих склонов; 2) в нижних звеньях – с развитием террас разного уровня и появлением в притеррасных понижениях супераквальных комплексов с дерново-глеевыми почвами и разнотравно-таволгово-вейниковыми лугами, фитомасса которых достигает 60,4ц/га. Такие комплексы могут выступать в роли локальных латеральных биогеохимических барьеров на пути внутрипочвенных вод. Подвижность Мп в глеевой среде увеличивает его доступность растениям и включение в БИК. В рядах биологического поглощения разнотравья и таволги вязолистной он входит в число элементов биологического накопления (Ах 2,5-3,8), что наряду с возможностью выщелачивания снижает его содержание в почвах этих супераквальных ландшафтов (L 0,8). Для пашенно-луговых катен установлено,что при полном перекрытии террас делювиальными шлейфами пахотные горизонты хорошо обеспечены Р2О5 (280-540мг/кг, L 0,8-1,7) и К2О (260-473мг/кг, L 2,5-4,5), а зона пониженных значений этих соединений сдвинута к пойме и фиксируется на конусах у подножья цокольных террас (Р2О5 104,7 мг/кг, L=0,3; К2О 217мг/кг, L=2,1). Возможно, одной из причин снижения содержания Р2О5 является поступление материала со склонов террас, сложенных мергелями, что согласуется с увеличением в поглощающем комплексе Са, как и в трансэлювиальных ландшафтах коренных склонов (16-17м-экв/100г, L 2,2-2,3). Влияние карбонатного субстрата в нижних звеньях катен может способствовать снижению латеральной контрастности щелочно-кислотных условий, когда ведущую роль в изменении миграционной структуры в связи с развитием глеевой среды начинает играть окислительно-восстановительная обстановка.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
2 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Критерии эмерджентных свойств пространственной структуры ландшафта |
Результаты этапа: В 2014 году работы были сосредоточены на определении параметров буферных зон в катенах, необходимых для предотвращения поступления загрязняющих веществ в водотоки и накоплении полевых данных, характеризующих зависимость фаунистического разнообразия и гидрохимических свойств от пространственной структуры ландшафта. На основе данных биогеохимического и педогеохимического опробования и расчета серии коэффициентов биологического поглощения и запасов микроэлементов в фитомассе оценена способность растительных сообществ трансаккумулятивных элементарных ландшафтов к осаждению потоков твердого и растворенного вещества на физико-химических, механических, биогеохимических барьерах при близком соседстве распахиваемых склонов и водотоков. Проведено: 1) морфологическое описание и геохимическое опробование 7-10 почвенных разрезов на каждом из 10 трансектов, пересекающих границу распаханных и лесокустарниковых/луговых урочищ в трансаккумулятивных позициях рельефа в сравнении с массивом распаханных урочищ (содержание гумуса, общего азота, подвижного фосфора и калия, обменных катионов, рН, микроэлементов), 2) биогеохимическое опробование коры, веток, хвои, листьев хвойных пород, 3) определение фракционной структуры и биогеохимическое опробование надземной фитомассы травяного яруса морфологически аналогичных трансаккумулятивных элементарных ландшафтов, примыкающих к распаханным и нераспаханным урочищам, 4) определение масс элементов, задерживаемых в биологическом круговороте в луговых урочищах при латеральной миграции от распаханных склонов и террас к водотокам, 5) расчет и интерпретация серии геохимических коэффициентов, отражающих интенсивность радиальной миграции в элементарном ландшафте, т.е. вовлечения потенциальных загрязнителей из почвы в биомассу и емкости биогеохимических барьеров. Составлены карты коэффициентов биологического поглощения и запасов микроэлементов в фитомассе для фоновых лесных, антропогенных луговых урочищ, урочищ буферных лесокустарниковых зон между распаханными полями и поймами рек. На их основе получены предварительные оценки регионально специфичных параметров (ширина, видовой состав, структура) буферных лесокустарниковых и луговых полос для сильнорасчлененных агроландшафтов зоны тайги. Проведено опробование 5 погребенных органогенных горизонтов в почвах аккумулятивных позиций. Для 10 малых эрозионных форм с постоянными и временными водотоками проведен сравнительный анализ состава донных отложений, почв бассейна и химического состава весеннего талого стока (основные ионы, нитраты, органические и минеральные формы фосфора, микроэлементы) при разной степени распаханности. Рассчитаны критические морфометрические характеристики рельефа ландшафта, при которых создаются эмерджентные свойства ландшафта – пониженный уровень грунтовых вод, аэрация почв, возможность повсеместного гумусонакопления, господство геоморфологических процессов, способствующих сносу малоплодородных поверхностных отложений и выводу на поверхность богатых основаниями коренных пород. Определены критические расстояния перемещения таежных млекопитающих и птиц в пределах сельскохозяйственных обезлесенных угодий (методы зимнего маршрутного учета, установка ловушек для мелких грызунов). Проведен сравнительный анализ численности популяций индикаторных видов из отрядов Rodentia, Insectivora, Passeriformes, Charadriformes, Falconiformes в лесных местообитаниях разной степени изолированности от основного лесного массива и при соседстве с разными типами местообитаний (полевыми, луговыми, кустарниковыми, мелколесными). Составлены таблицы соответствия встречаемости видов-индикаторов фаунистического разнообразия видам лесных урочищ разной степени изолированности. Продолжена серия сезонных измерений стока и химического состава поверхностных вод в модельных бассейнах. Проведена классификация бассейнов по соотношению вкладов разных типов питания, антропогенного фактора в формирование химического состава вод и годового режима стока. | ||
3 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Критерии эмерджентных свойств пространственной структуры ландшафта |
Результаты этапа: 1)На примере бассейна р.Заячья в среднетаежной подзоне (Устьянский район Архангельской области) разработан подход к планированию агроландшафтов на локальном уровне, основанный на изучении эмерджентных свойств каскадных ландшафтно-геохимических систем. Первый этап включает катенарный анализ, раскрывающий структурно-генетический каркас и миграционные процессы в агроландшафтах. Второй – оценку свойств, подлежащих учету при планировании, в первую очередь роль ландшафтного соседства при формировании латеральных потоков, зон транзита и аккумуляции на геохимических барьерах. Третий этап – принятие планировочных решений по размещению угодий с учетом гетерогенности катен, сохранения внутреннего разнообразия агроландшафтов и поддержания экологического каркаса. 2)В связи с усложнением структуры катен при ускоренной эрозии и увеличением роли механической миграции возрастает вариабельность показателей биологической продукции агроценозов и ее снижение в трансэлювиальных ландшафтах, которые могут быть частично исключены из пахотного фонда. 3)Прекращение сенокошения на мезофитных пойменных лугах сопровождается потерей поедаемых видов, экспансией крупнодерновинных злаков и высокотравья, ростом фитомассы и запаса в ней зольных элементов, что за счет эффектов синергизма увеличивается емкость фитобарьеров. Их сохранение целесообразно на участках, где делювиальные шлейфы с полей спускаются непосредственно на поймы. При отсутствии такого контакта и существовании полосы лесов в краевой зоне полей необходимо сохранение мезофитных пойменных лугов как сенокосов. 4)Биогеохимическая неоднородность агроландшафтов определяется различной активностью фитоценозов к поглощению минеральных веществ; она контролируется филогенетической специализацией растений, изменением миграционной обстановки и эдафических условий. При общем увеличении зольности разнотравья по сравнению с другими видами (за исключением хвощей) основной тренд отражает изменение накопления зольных элементов в зависимости от положения в катенах и соседства с агрогенными комплексами. Ее рост зафиксирован: а) у материковых лугов на землях, бывших раньше под пашней, и по днищам сухих лугов среди полей; б) у высокотравных лугов на днищах влажных логов и наложенных на пойму пролювиальных конусов, не имеющих прямого контакта, но связанных с полями линейными латеральными потоками. Сходная тенденция отмечается и по биогеохимической активности (БХА), рассчитанной на основании коэффициентов биологического поглощения микроэлементов. 5)Варьирование биогеохимических параметров агроценозов определяется их видовым составом и фазой развития. У зерновых культур в начальный период вегетации стратегия растений направлена на продуцирование фитомассы, и накопление минеральных веществ листьями (до 9,7%) выше, чем в период молочно-восковой спелости (6,6-7,9%). Перед покосом зерновых, идущих на фураж, зольность колосьев ниже, чем у вегетативных органов, что может быть связано с прерыванием их онтогенеза на этой стадии. В отличие от зольности тенденция к росту активности поглощения микроэлементов прослеживается не только на ранних стадиях развития, причем с последующим увеличением их перевода в колосья. По сравнению со злаками, накопление микроэлементов выше у бобовых, особенно в монодоминантных посевах клевера по сравнению с их участием в травосмесях. 6)Первое место в рядах биологического поглощения растений занимает Р, на миграцию которого в агроландшафтах оказывает влияние внесение удобрений. Среди микроэлементов отмечено сильное накопление анионогенных элементов – В (в том числе и у злаков) и Мо при невысокой активности к захвату Mn. Переход Mn в группу элементов сильного накопления наблюдается только у растений разных систематических групп на высокотравных лугах фоновых катен. Очевидно, в агроландшафтах это связано со снижением подвижности катионогенных элементов при близком залегании карбонатных пород и увеличением подвижности анионогенных. С одной стороны, это создает предпосылки к накоплению биогенных элементов (Р, В, Мо) на латеральных фитобарьерах, с другой – усиливает возможность их включения в водный сток. Соотношение между этими процессами меняется в зависимости от катенарной организации малых водосборов. 7)С учетом катенарной и биогеохимической неоднородности агроландшафтов при разработке мероприятий по регулированию миграционных потоков необходим дифференцированный подход к сохранению существующих и конструированию специальных барьерных зон, ограничивающих активность механической миграции и вынос биогенных элементов с водным стоком. 8) При росте распаханности бассейнов малых рек возрастает вклад поверхностных и подземных вод, имеющих контакт с пермскими мергелями и снижается вклад вод, формирующихся в моренных отложениях, что приводит к изменению соотношения кальция и магния в пользу последнего, особенно при снижении лесистости ниже 10 %. Основной вклад в изменение гидрохимических характеристик стока вносит вынос кальция, магния, гидрокарбонатов, минерального фосфора, нитратов плоскостной и линейной эрозией на распаханных сильнопокатых коренных склонах долин, особенно при весеннем снеготаянии. Распаханные бассейны с лесистостью ниже 10 % требуют увеличения площади экологического каркаса за счет сокращения распашки крутых склонов, создания буферных лесокустарниковых полос в дистальной части делювиальных шлейфов и в водосборных понижениях. 9) Снижение лесистости бассейнов до 20-25 % и ниже и распашка изменяет соотношение биогенов в поверхностных водах в сторону снижения содержаний органического фосфора и роста содержаний минерального фосфора, нитратов, калия. Годовой режим содержаний органического фосфора становится более равномерным при стабильно низких содержаниях, чем в залесенных бассейнах. Долинные леса в бассейнах с лесистостью выше 25 % приоритетны для экологического каркаса. 10) Подземные воды, разгружающиеся в родниках на поймы рек, при росте распаханности водосбора, обогащаются элементами-биогенами, вносимыми с минеральными удобрениями. В паводковые периоды происходит обогащение основными ионами подземных вод, дренирующих распаханные водосборы. 11)Лесной покров поддерживает естественные колебания химического состава вод, обусловленные резкими различиями минерализации в паводковые и меженные периоды. При снижении лесистости ниже 20 % площади бассейна содержания ионов, определяющих общую минерализацию (гидрокарбонат, кальций, магний) в весеннее половодье, несмотря на сильное разбавление, становятся сопоставимы с содержаниями в меженные периоды. 12)Сочетание лесистости не менее 50 % и распаханности не более 25 % площади бассейна позволяет поддерживать химический состав вод и годовой режим стока растворенных веществ на уровне регионального фона. Поскольку достижение этих показателей в агроландшафте мало реалистично, развитие экологического каркаса должно предусматривать повышение лесистости малых бассейнов как минимум до 20-25%, прежде всего – за счет сильнопокатых склонов долин, лощин и водосборных бассейнов родников, через которые происходит разгрузка грунтовых вод на поймы рек. 13) Изолированные лесные острова в агроландшафте служат руслами продвижения в таежную зону видов южного происхождения (иволга, дубонос, вертишейка, полевая мышь)и местообитаниями редких и «краснокнижных» видов вторичных фоновых лесов средней тайги (летяга, красная полевка). 14) Наличие естественных буферных элементов рельефа – делювиальных шлейфов у подножий коренных склонов – способствует осаждению значительной части вещества, механически смываемого с распахиваемых коренных склонов. Поэтому отрезки пойм, примыкающие к наиболее широким террасам Заячьей и ее притоков в основном защищены от загрязнения. 15) Необходимость в создании дополнительных буферных полос возникает в дистальной части шлейфов, полностью перекрывающих узкие террасы, если их ширина не превышает 150 м. Сохранение или создание луговых или лесных полос позволит сократить поступление поллютантов на поймы. У подножий склонов террас требуется поддержание эффективного биогеохимического барьера, создаваемого крупнотравными лугами с доминированием таволги вязолистной. 16) Необходимость усиления экологического каркаса возникает в лощинах с крутым падением и повышенной глубиной вреза в коренной распахиваемый склон. Сохранение естественной луговой растительности требуется на расстоянии не менее 250 м вверх по течению от конуса выноса. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".