МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ЛАНДШАФТА

Мустафаев Жумахан Сулейменович

д-р техн. наук, профессор, ТарГУ им. М. Х. Дулати, г. Тараз, респ. Казахстан

Сейтказиев Адеубай Садакбаевич

д-р техн. наук, профессо,р ТарГУ им. М. Х. Дулати, г. Тараз, респ. Казахстан

Успанова Ботагоз Болатовна

докторант Ph. D, ТарГУ им. М. Х. Дулати, г. Тараз, респ. Казахстан

E-mail: 

Ландшафты и агроландшафты как компоненты приповерхност­ной части земной сферы нельзя рассматривать в отрыве от природной системы и протекающих в них глубинных процессов энерго- и массо­переноса, определяющие их экологическую продуктивность и емкость. Учет экологической продуктивности и емкости природной системы позволяет по новому подойти к обоснованию условий экологически безопасного функционирования агроландшафтов в условиях антропо­генной деятельности.

В связи с этим, возникла необходимость оценки экологической емкости, техноемкости и предельно допустимой техногенной нагрузки природной системы Казахстана. Так как в настоящее время соизмере­ние параметров хозяйственной деятельности с потенциалом компонен­тов географической оболочки, не дает возможность к самосохранению и выживаемость их возможно лишь на основе изучения законо­мерностей формирования и функционирования естественных и антро­погенных ландшафтов, количественной оценки параметров, обеспечи­вающих их устойчивость, равновесие, живучесть и безопасность.

Одним из фундаментальных понятий эколого-географической теории взаимодействия человека и природы является экологический потенциал ландшафта (ЭПЛ) — совокупность условий, необходимых для жизни и воспроизводства, населяющих данную территорию орга­низмов, то есть в этом понятии отражена одна из важнейших социальных функций ландшафта, способность обеспечивать челове­чество необходимыми средствами к существованию [1, с. 215].

Всесторонняя характеристика ЭПЛ требует учета сотен показате­лей, однако, его сравнительная оценки может быть основана на двух определяющих факторах — тепле и влаге, от которых в первую очередь зависит биологическая продуктивность и экологической емкость, где ясно прослеживается влияние закона географической зональности на их распределение. Это привело к необходимости разра­ботки методологии количественной оценки экологической емкости и экологической техноемкости компонентов окружающей среды, а так­же предельно допустимой техногенной нагрузки на элементы ланд­шафта и агроландшафтов на основе фундаментальных законов приро­ды — закона сохранения энергии и вещества.

Вопросы количественной оценки энергетического и биокли­матического потенциала, экологической продуктивности и емкости, экологической техноемкости и экологического потенциала территории в последнее десятилетие рассматривались особенно интенсивно для экологического обоснования адаптивно-ландшафтной мелиорации в Казахстане [2, с. 52; 3, с. 258].

Разработка методики оценки экологической емкости, экологи­ческой техноемкости территории и предельно допустимой техноген­ной нагрузки ландшафтов и агроландшафтов всесторонне раскрывает механизм формирования балансовых элементов под влиянием комп­лекса физико-географических факторов, что может стать основой для экологического обоснования адаптивно-ландшафтной мелиорации в Казахстане [4, с 144; 5, с. 109—113].

Как особого компонента биосферы, почва обладает особым свойством «памятью», то есть один из составляющих компонентов процессов саморегуляции почвообразовательного процесса и за счет различных деградационных процессов у почвы наступает ухудшение «памяти», ей не из чего восстанавливать свое первоначальное плодо­родие, являющихся функцией затраты энергии на почвообразователь­ный процесс, что может стать функцией определения экологической емкости почвы. Согласно современному представлению почвообразо­вательного процесса в ландшафтных и агроландшафтных системах выполняет средообразующие, ресурсосодержащие и ресурсовоспроиз­водящие функции. Следовательно, природно-ресурсный (энергетичес­кий и биоклиматический) потенциал ландшафта будет выступать мерой возможного выполнения им этих функций. Определение при­родно-ресурсного потенциала позволит оценить способность ландшафта удовлетворять потребности общества, то есть на количест­венном уровне показать, что допустимая мера воздействия хозяйствен­ной деятельности, то есть мелиорации сельскохозяйственных земель на компоненты природной среды объективно предопределена интен­сивностью и временной изменчивостью естественных потоков энергии и вещества, определяющими экологическую емкость и техноемкость, а также предельно допустимую техногенную нагрузку.

Интенсивность накопления биомассы конкретного растения, даже при находящихся в оптимуме всех регулирующих факторов, зависит от количества фотосинтетически активной радиации (), которая определяется затратами солнечной энергии в биогеоценозе на почвообразование (). Это позволяет рассчитывать экологическую емкость ландшафтов, на основе продуктивности биоценоза на основе зависимости формирования относительной продуктивности растений от динамики гидротермического коэффициента, то есть «индекса сухости» — () в условиях антропогенной деятельности [6—9].

Одним из основных факторов получения запрограммированных урожаев в геосистемах является обеспечение оптимальных количеств отдельных факторов внешней среды, определяющих формирование продукционного процесса. В основу построения модели прогнози­рования и программирования урожаев могут быть положены опреде­ления величины урожая по приходу в данном районе фотосинтети­ческой активной радиации (ФАР) и коэффициенту ее использования посевами, по биоклиматическим показателям, по естественной влаго­обеспеченности посевов, а также на основе разработки системы удоб­рений с учетом эффективного плодородия почвы и потребности расте­ний в питательных веществах. Полученные результаты затрат солнеч­ной энергии на почвообразование приведены в таблице 1.

Таблица 1

Определение затраты солнечной энергии на почвообразования.

Экологическая емкость ландшафтов, характеризует максимально возможный уровень повышения продуктивности ландшафтов на основе антропогенной деятельности человека, которая обеспечивает или сохра­няет экологическую устойчивость и стабильность природных систем.

В условиях антропогенной деятельности, когда обеспечивается сба­лансированность тепла и влаги (=1.0), затраты энергии на почвообра­зование увеличиваются, следовательно на основе их можно определить экологическую емкость ландшафтов по форму­лам [6, с. 305; 7, 
с. 635—641]:

,

где:  — площадь ландшафтов, га;

 — энергетический потенциал растительного покрова ланд­шафтов или агроландшафтов.

При этом разница потенциальной экологической емкости агро­ландшафтов и естественных ландшафтов, определяют предельно-возможное повышение экологической емкости и их можно определить по следующему выражению:

·           для территории ландшафтной системы:  ;

·           для элементарного участка ландшафта: ,

где:  — затраты энергии на почвообразование в ландшафтах, кДж/см²;

 — затраты энергии на почвообразование в агроландшафтах, кДж/см² [9, с. 20—24].

Экологическая техноемкость агроландшафтов () количест­венно определяется суммой техноемкости компонентов возникающих при адаптивно-ландшафтной мелиорации, то есть:

·           величиной фактического нормы водопотребности сельскохо­зяйственных угодий:

,

где: — параметр, характеризующих прироста техногенных наг­рузки предельно-допустимого уровня, и определяется отношением фактической нормы водопотребности () к экологической нормы водопотребности () сельскохозяйственных угодий;

·           содержанием солей в источника орошения:

 ,

где:  — параметр, характеризующий отклонение содержа­ния солей в оросительной воде () в сравнение их предельно- допустимого () уровня;

·           содержанием солей в воздухе:

 ,

где: — параметр, характеризующих отклонение содержание солей в воздухе () от их предельно-допустимого () уровня.

Таким образом, экологическая техноемкость агроландшафтов () при адаптивно-ландшафтной мелиорации сельскохозяйст­венных земель можно определить по следующей формулы:

.

С учетом этого становится очевидным, что направление и интен­сивность единого и неразрывного процесса влаго- и теплообмена деятельной земной поверхности не только формируют пространст­венную дифференциацию физико-географической оболочки, но и определяют ее устойчивость и способность к самосохранению агроландшафтных системы. При этом выделяются «граница ороси­тельных мелиораций» (), как закономерный и естест­венный переход от почвы неустойчивого увлажнения к почвам недос­таточного и наоборот, характеризующие необходимый объем материально-вещественных ресурсов, что позволяют обосновать не только необходимость мелиорации сельскохозяйственных земель, а также обосновать целесообразность их развития по агроклимати­ческим зонам или водохозяйственным бассейнам Казахстана.

Стратегия устойчивого развития считается эффективной, если ее реализация выгодна для общества, то есть количественная и ли качест­венная оценка затрат на реализацию стратегии не должна превышать соответствующую оценку результатов, то есть обеспечивают продо­вольственной безопасности государств и ограниченность националь­ных ресурсов. Для оценки потенциальной устойчивости агроландшаф­тов при обосновании адаптивно-ландшафтной мелиорации целесооб­разно выделение экологической опасности, определяющих возмож­ность развития неблагоприятных процессов при техногенной нагрузки. То есть на основе существующих технологий мелиорации земель, качество поверхностных вод и атмосферных осадков, определены техноемкость орошаемых земель Казахстана. Отметим, что  является фундаментальным экологическим нормативом для регламентации территориальной хозяйственной деятельности., однако в качестве норматива в настоящее время законодательно не утвержден. Для отдельной территории ее экологическая техноемкость  объективно равна предельно допустимой техногенной нагрузке (). Если последняя берется как некий норматив, то может отличаться от , так как учитывает еще и социальную ценность объектов, испытывающих нагрузку. Комплексная оценка эколо­гической емкости, техноемкости, предельно допустимой техногенной нагрузки может служить ориентирующей основой для оценки эколо­гической обстановки в по водохозяйственным бассейнам и в разреза областей Казахстана. Концепция устойчивого развития предус­матривает сбалансированность техногенных и природных процессов, исключение превышения техногенного давление на окружающей среду над экологической емкостью природной среды, наличие резерва экологической емкости природных систем. При истощении природ­ного потенциала, нарушении экологического равновесия происходит резкое обеднение экономических возможностей водохозяйственных бассейнов, поэтому рациональнее всего проводить региональное нормирование антропогенных воздействий на природную среду на уровне ландшафтного района. Антропогенное воздействие на природ­ную среду является комплексным и проявляется одновременно на локальном, региональном и глобальном уровнях. Хозяйственное освоение по всем водохозяйственным бассейнам Казахстана харак­теризуется экстенсивным потреблением всех видов природных ресур­сов, так как не только нормы водопотребности сельскохозяйст­венных угодий и используемые технологии орошения не соответствует основ­ному принципу мелиорации земель, то есть они разработаны для реализации водоемких систем орошаемых агроландшафтов. При этом из-за отсутствия научно-обоснованной стратегии природопользования, несовершенных технологий мелиорации и завышенные нормы водопотребности сельскохозяйственных угодий приводит к прогресси­рующему загрязнению окружающей среды и деградации естественных экосистем [8, с. 293—295; 9, с. 25—27].

Для понимания специфики функционирования и перспектив развития системы «Человек — Природа» в пределах территории по водохозяйственному бассейну важно знать не только современное состояние компонентов ландшафтов, но и их пространственно-времен­ную устойчивость к антропогенным нагрузкам. Согласно принципам сбалансированного природопользования, хозяйственная деятельность на определенной территории и техногенная нагрузка на окружающую природную среду не должны превышать восстановительного потенциала экосистем, то есть экологической техноемкости террито­рии и на основе такого принципа должна быть полностью перерас­смотрены нормы водопотребности сельскохозяйственной угодий и технологии орошения. С экологической точки зрения, современный ландшафт — это целостная система взаимосвязанных и взаимодейст­вующих компонентов. Необходимой предпосылкой для грамотного управления процессами использования ландшафта, является разработ­ка теоретико-методологических основ решения конкретных практичес­ких задач. При этом к вопросам первоочередной важности относится оценка устойчивости современного ландшафта и его оптимизации.

Под оптимальным понимают ландшафт, структура и функции которого максимально соответствуют возможностям и потребностям нормального сбалансированного развития отдельных его компонентов или определенным целям его использования. В соответствии с этим оптимизация ландшафта — это комплекс мероприятий по сохранению или модификации существующих или формированию новых связей между различными составляющими ландшафта в целях его рациональ­ного использования, сохранения полезных свойств и предупреждения их возможной утраты, установление максимально полного соответст­вия природного потенциала ландшафта социально-экологическим функциям, задаваемым ему человеком. В оптимизации техногенных ланд­шафтов занимает целенаправленное восстановление или реконструкция природно-техногенных комплексов, обеспечивающая возобновление и повышение их продуктивности, природоохранной, хозяйственной, санитарно-оздоровительной и эстетической ценности [10, с. 270—273; 11, с. 515—518].

При оценке экологической устойчивости и оптимизации ланд­шафта (В. Л. Черников. М. Алексахин, А. В. Голубев и др. 2000) рекомендуют учитывать следующие соображения:

• оценка состояния и прогнозирование изменений в ландшаф­тах должны осуществляться на основе системного излучения, так как научно доказано наличие биотической само регуляции и самооргани­зации ландшафта как системы, обладающей территориальной устой­чивостью и четкой ограниченностью в пространстве.
• системный подход к ландшафту позволяет выявить его структуру, а также существенные связи компонентов в пространстве и во времени, отсюда вытекает возможность поиска вариантов, принци­пов и методов согласования взаимоотношений для различных типов ландшафта.
• экологическая стабильность и продуктивность экосистем тесно связана с разнообразием абиотических и биотических элементов ландшафта, поэтому особенно важно грамотно оценить сложившиеся ландшафтные структуры и предполагаемые их модификации на основе учета коэффициентов экологического разнообразия.
• экологическая устойчивость ландшафта включает как устойчивость к антропогенным нагрузкам, так и гибкость системы в ее реакции на то или иное нарушение, поэтому при оценке веществен­но-энергетических и других связей между компонентами необходимо определить потенциальные нагрузки на ландшафт [12, с. 106—110; 13, с. 43—48].

Равновесие состояния агроландшафтов достигается путем опти­мизации круговорота веществ и потоков энергии. Оценка тенденции изменения геохимической активности среды дает достаточно репре­зентативный показатель для прогнозирования ее возможной само­оценки. Основную роль в стабилизации биогеоценотического процес­са играют почвы, выступающие в качестве своеобразного связующего звена, регулятора и преобразователя различных вещественно-энерге­тических потоков. Отсюда выступает первостепенное значение сохра­нения и поддержания саморегулирующих свойств почв. Несомненно, что и устойчивость агроландшафтов к антропогенным воздействиям в значительной мере зависит от степени устойчивости обрабатываемых пахотных земель к разнообразным нагрузкам техногенного происхож­дения.

Список литературы:

1. Акимова Т. А. Основы экоразвития / Акимова Т. А., Хаскин В. В. — М., 1994. —312 с.
2. Айдаров И. П. Перспективы развития комплексных мелиораций в России / Айдаров И. П. — М., 2004. — 63 с.
3. Мустафаев Ж. С. Методологические и экологические принципы мелиорации сельскохозяйственных земель / Мустафаев Ж. С.— Тараз, 2004.— 306 с.
4. Мустафаев Ж. С. Экологические проблемы бассейна Аральского моря / Мустафаев Ж. С., Козыкеева А. Т.. — Тараз, 2009. — 354 с.
5. Мустафаев Ж. С. Методология оценки эколого-мелиоративной устойчивости и стабильности агроландшафтов / Мустафаев Ж. С., Рябцев А. Д. // Пойск, 2006. — № 4. — С. 109—113.
6. Мустафаев Ж. С. Почвенно-экологическое обоснование мелиорации сельскохозяйственных земель в Казахстане / Мустафаев Ж. С. — Алматы: Гылым, 1997. — 358 с.
7. Мустафаев Ж. С. Оценка экологической емкости ресурсного потенциала ландшафтов / Мустафаев Ж. С., Козыкеева А. Т., Умирзаков С. И., Кенжалиева Б. Т. // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию Института географии АО ЦНЗМО РК / Географические проблемы устойчивого развития: теория и практика. — Алматы, 2008. — С. 635—641.
8. Сейтказиев А. С. Исабай С. И. Жумадилова А. К. Экологическое обосно­вание технологии поверхностного полива при различных ландшафтах. Международн. научно-практ. конф.(20—21 октября); Тараз, 2005. С. 293—295
9. Сейтказиев А. С. Винокуров Ю. И. Мадалиева Э. Б. Экологическое обоснование улучшения засоленных земель в аридной зоне Казахстана Международн. Научн. журнал: «Мир науки, культуры, образования», ИВЭП СО РАН, № 5(12), 2008. С. 20—27.
10. Сейтказиев А. С. Почвенно-экологическое оценка засоленных земель Труды международн. научн. конф. «Наука и образование — ведущий фактор стратегии Казахстан —2030» (24—25 июня 2008 г.) вып. 2, Караганда. С. 270—272.
11. Сейтказиев А. С. Айтекова Қ. Ө. Шилібек К. Қ. Ландшафта геоэкологиялық жүйенің қалыптасуын негіздеу «Ұлттық ғылыми білім потенциалы және еліміздің бәсекеге қаблеттілігі» халықаралық ғылыми практ. конф материалдары..,Тараз 31 қазан—1 қараша 2008. Б. 515—518.
12. Сейтказиев А. С. Ахмеджанов Т. К. Чакеев У. Н. Регулирование теплового режима почвы и системы управления заданной температурой окружаю­щей среды Вестник ВКТУ им. Д. Серикбаева Усть-Каменогорск, 2004. С. 106—110
13. Хачатурьян В. Х. Обоснование сельскохозяйственной мелиорации с экологических позиций / Хачатурьян В. Х. // Вестник сельскохозяйствен­ной науки. 1990, — № 5. — С. 43—48.